專(zhuān)利名稱(chēng)：一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅土鎳礦生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及紅土鎳礦節(jié)能環(huán)保豎爐冶煉方法，具體涉及紅土鎳礦冶煉加硅鐵在線(xiàn)溫控方法。
背景技術(shù)：
此前我公司申請(qǐng)了一項(xiàng)紅土鎳礦節(jié)能環(huán)保豎爐冶煉方法的發(fā)明專(zhuān)利，采用不經(jīng)燒結(jié)、濕球入爐的冶煉工藝，不僅節(jié)約了燒結(jié)能源，還通過(guò)濕球在布料區(qū)內(nèi)起到的過(guò)濾煙塵的作用，使得大量煙塵在經(jīng)過(guò)布料區(qū)時(shí)為濕球加熱過(guò)程所產(chǎn)生的蒸汽所吸收，從而降低了煙氣中的煙塵含量，球團(tuán)也在這一階段得到了燒結(jié)烘干，收到了良好的節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的作用。但是，正是由于濕球入爐，使得爐內(nèi)的冶煉溫度升溫緩慢，延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是通過(guò)加入硅鐵的方式，調(diào)節(jié)爐溫，利用硅的發(fā)熱量高，奪取鼓入的氧氣和原礦中的氧，快速提升反應(yīng)區(qū)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)溫度，提高鎳回收率。一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法，其特征在于:先將爐料熔煉劃分為預(yù)熱、還原、燃燒、熔化、分離五個(gè)區(qū)域，然后進(jìn)行溫度測(cè)量，通過(guò)測(cè)量周邊溫度值后，監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算出中心溫度的變化值。通過(guò)溫度變化值計(jì)算所需要吸收熱量，從而確定硅鐵的加入量。1、物料熔煉區(qū)域分布將節(jié)能環(huán)保豎爐的冶煉過(guò)程分為五個(gè)主要區(qū)域，在爐料與爐氣流逆向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，熱交換、還原、融化于成渣等反應(yīng)依次在五個(gè)區(qū)域中進(jìn)行，這五個(gè)區(qū)域稱(chēng)為預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)、燃燒區(qū)、熔化區(qū)、分離區(qū)，見(jiàn)圖1。(I)預(yù)熱區(qū)。溫度25 300°C，加入的爐料隨著冶煉的進(jìn)行，緩緩下降。(2)還原區(qū)。又分上還原區(qū)和下還原區(qū)，溫度300 700°C，在C0、H2的作用下，金屬氧化物從高價(jià)逐漸還原至低價(jià)。(3)燃燒區(qū)。溫度700 1200°C。溫度達(dá)到焦炭的著火點(diǎn)后，焦炭開(kāi)始燃燒，不斷增加爐內(nèi)熱量，并釋放出CO，H2等還原氣體，為還原區(qū)提供還原氣體。(4)熔化區(qū)。溫度1200 1600°C。它由許多固態(tài)焦炭和紅土鎳礦塊黏結(jié)在一起的半熔融狀態(tài)，由于紅土鎳礦塊呈軟熔狀，透氣性極差。(5)分離區(qū)。溫度在1300 1600°C。溶化后的渣鎳鐵像雨滴一樣穿過(guò)焦炭層而滴落。在爐缸下部，主要是液態(tài)渣鐵以及浸入其中的焦炭，鎳鐵滴穿過(guò)渣層以及渣鐵界面時(shí)最終完成必要的氧化還原反應(yīng)，得到合格的鎳鐵。2、溫度計(jì)算爐內(nèi)溫度按物料流程及燃燒還原反應(yīng)，溫度中心高，四周低，其中滴落區(qū)最高，設(shè)計(jì)溫度反應(yīng)區(qū)中心溫度為1600°C。燃燒還原 反應(yīng)區(qū)的中心溫度與物料分布周邊溫度間成梯度變化，四周溫度的高低可及時(shí)反應(yīng)中心溫度。先對(duì)物料周邊溫度進(jìn)行檢測(cè)，再按照溫度梯度反應(yīng)中心溫度。溫度檢測(cè)儀探頭放在豎爐內(nèi)側(cè)，貼近耐火磚層，在線(xiàn)檢測(cè)物料周邊溫度，對(duì)每個(gè)固定區(qū)段的固定點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，所得溫度即是測(cè)量溫度。溫度梯度的測(cè)量方法，在豎爐的每個(gè)區(qū)段固定點(diǎn)開(kāi)孔，用高溫測(cè)溫儀探頭水平深入中心反應(yīng)區(qū)位置，測(cè)量溫度為h，測(cè)量好后，把測(cè)溫儀探頭退回豎爐內(nèi)壁，測(cè)量溫度為t2，則該位置的溫度梯度為a(ti — t2)，見(jiàn)圖2。熱擴(kuò)散系數(shù):a = λ + P c式中a為熱擴(kuò)散系數(shù)，又叫導(dǎo)溫系數(shù)；P為紅土鎳礦塊系數(shù)，1800kg.πΓ3 ;c為紅土鎳礦塊比熱容，1.2kJ.kg' k'相應(yīng)的，對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量并結(jié)合熱擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算出溫度梯度，做成標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)，輸入監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)，完成標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)建立。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)焦炭熱值不足或加量少，或紅土鎳礦塊水分多，或系統(tǒng)漏風(fēng)等控制不當(dāng)，造成系統(tǒng)溫度偏低，則物料外沿溫度監(jiān)測(cè)的溫度值就直觀地反應(yīng)到系統(tǒng)的溫度，與標(biāo)準(zhǔn)溫度有一個(gè)偏差，根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)分析計(jì)算，得出中心溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度數(shù)值，及時(shí)為生產(chǎn)管理參考決策。3、硅鐵塊量計(jì)算根據(jù)硅的燃燒所放熱，所需要的加入硅鐵塊量計(jì)算方法如下。Q 放=m硅 X Q 硅Q吸一Γη料Cp平均 AtQ 放一 Q 吸m桂=m料Cp平均 At+ 30486.6式中Q桂為硅的燃燒熱值:30486.6kJ/kg ；!!^為節(jié)能環(huán)保豎爐內(nèi)反應(yīng)中心物料重量，本方法取混合紅土鎳礦塊重量為IOOOkg或根據(jù)節(jié)能環(huán)保豎爐結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行計(jì)算；為節(jié)能環(huán)保豎爐物料的·平均熱容，本方法取混合紅土鎳礦塊的平均熱容為1.2kJ/(kg.V )；Δ t為硅放熱后物料升高溫度。硅在空氣中形成薄氧化膜，厚度一般不超過(guò)l、2nm，氧化量較少，對(duì)煉鎂的還原過(guò)程影響不大，若硅鐵發(fā)生氧化生成較大量的SiO2或其他物質(zhì)，一方面降低了還原劑硅的有效利用率，另一方面二氧化硅薄膜會(huì)阻礙硅原子的擴(kuò)散速度。爐料中Si02、Fe203在還原過(guò)程中會(huì)與MgO和CaO造洛，降低了 MgO和CaO的有效利用率，所生成的2Mg0.SiO2, Ca0.Fe203、2Ca0.Fe2O3等低熔點(diǎn)化合物。硅鐵的氧化增重率在800°C —下增重率較為緩慢，到達(dá)800°C以上增重率爐料為1.005%，隨著溫度的增高，氧化增重率加快，在1200°C時(shí)增重率為4.714%，所以溫度在1000 1600°C，硅吸氧反應(yīng)速度快，并放出大量的熱量。我公司現(xiàn)有2臺(tái)節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦豎爐，紅土鎳礦含鎳平均1.67%，全鐵含量25 28%，每天每臺(tái)爐子生產(chǎn)7噸鎳鐵，鎳鐵平均含鎳13%，鐵平均含量83%，金屬鎳回收率 85.6%o
使用本方法后，鎳回收率提高到87.7%，產(chǎn)量為每天每臺(tái)7.5噸，比使此方法前多還原鎳3.13kg，每天多產(chǎn)鎳3.13X15 = 46.95kg，增加價(jià)值為46.95X 120 = 5634元(鎳價(jià)按當(dāng)前的12萬(wàn)元/噸)。每天增加硅鐵消耗量72kg，硅鐵塊價(jià)格3.4元/kg，每天增加硅成本245元。減少焦炭加入量:m焦炭=72X30486.6 + 28470 = 77.1kg，減少成本:26.2X1.62=125 元。則每天增加效益:5634-245+125 = 5514，即每臺(tái)爐子每天增加效益2757元。加硅燃燒優(yōu)點(diǎn):1、硅與鼓入的氧氣和礦石中的氧結(jié)合，放出熱量大，每千克放熱30486.6kJ，比焦炭(30486.6kJ/kg)放熱多 2016.6kJ/kg。2、燃燒反應(yīng)速度快，爐料熱量提升高，節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間，每天節(jié)省41分鐘。3、有利于脫出鎳礦中氧，提高金屬的回收率，鎳回收率提高2.1%，由原來(lái)的85.6%提高到 87.7%o4、造渣效果好，降低堿度，采用酸性渣操作，避免堿金屬對(duì)碳的氣化反應(yīng)，提高焦炭強(qiáng)度，減少還原粉化。


圖1為節(jié)能環(huán) 保豎爐物料區(qū)段，其中1、預(yù)熱區(qū)；2、還原區(qū)；3、燃燒區(qū)、4、熔化區(qū)；5、分離區(qū)。圖2為物料中心與周邊溫度變化圖，tl為物料中心溫度；t2為物料中心溫度
具體實(shí)施例方式1、建立溫度曲線(xiàn)。熔化區(qū)溫度到達(dá)1600°C時(shí)，熱電偶插入核心代表區(qū)域中心進(jìn)行檢測(cè)，然后，把熱電偶插到區(qū)域爐體內(nèi)襯靠近內(nèi)表面測(cè)量溫度，依次對(duì)每個(gè)區(qū)段進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算溫度梯度和相應(yīng)的梯度系數(shù)，建立溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，編入監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)程序。2、生產(chǎn)過(guò)程中在線(xiàn)檢測(cè)內(nèi)襯溫度，內(nèi)襯溫度與曲線(xiàn)溫度對(duì)比，自動(dòng)算出偏差理想溫度值。3、根據(jù)溫度偏差值、硅熱值，算出所要添加硅鐵塊量。4、把硅鐵塊物料預(yù)熱區(qū)頂部中心，通過(guò)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，再到軟化半熔融區(qū)融化，熔融硅滲透到熔化區(qū)，在溫度1273K以上時(shí)開(kāi)始燃燒，放出大量的熱量，提升爐膛溫度。5、反應(yīng)區(qū)溫度過(guò)聞，增加爐料，減少娃鐵塊加入量，逐步調(diào)整焦炭、娃鐵塊和紅土鎳礦塊比例，不斷生產(chǎn)實(shí)踐，逐步與監(jiān)控溫度專(zhuān)家系統(tǒng)形成一套有效的硅鐵塊添加和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為生產(chǎn)使用。
權(quán)利要求
1.一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法，其特征在于:先將爐料熔煉劃分為預(yù)熱、還原、燃燒、熔化、分離五個(gè)區(qū)域，然后進(jìn)行溫度測(cè)量，通過(guò)測(cè)量周邊溫度值后，監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算出中心溫度的變化值。通過(guò)溫度變化值計(jì)算所需要吸收熱量，從而確定硅鐵的加入量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法，其特征在于:預(yù)熱、還原、燃燒、熔化、分離五個(gè)區(qū)域分別為: (1)預(yù)熱區(qū):溫度25 300°C，加入的爐料隨著冶煉的進(jìn)行，緩緩下降； (2)還原區(qū):又分上還原區(qū)和下還原區(qū)，溫度300 700°C，在CO、H2的作用下，金屬氧化物從高價(jià)逐漸還原至低價(jià)； (3)燃燒區(qū):溫度700 1200°C，溫度達(dá)到焦炭的著火點(diǎn)后，焦炭開(kāi)始燃燒，不斷增加爐內(nèi)熱量，并釋放出CO，H2還原氣體，為還原區(qū)提供還原氣體； (4)熔化區(qū):溫度1200 1600°C，由許多固態(tài)焦炭和紅土鎳礦塊黏結(jié)在一起呈半熔融狀態(tài)，由于紅土鎳礦塊呈軟熔狀，透氣性極差； (5)分離區(qū):溫度在1300 1600°C，溶化后的鎳鐵像雨滴一樣穿過(guò)焦炭層而滴落；在爐缸下部，主要是液態(tài)渣鐵以及浸入其中的焦炭，鎳鐵滴穿過(guò)渣層以及渣鐵界面時(shí)最終完成必要的氧化還原反應(yīng)，得到合格的鎳鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法，其特征在于: 爐內(nèi)溫度按物料流程及燃燒還原反應(yīng)，溫度中心高，四周低，其中滴落區(qū)最高，設(shè)計(jì)溫度反應(yīng)區(qū)中心溫度為1600°C ;燃燒還原反應(yīng)區(qū)的中心溫度與物料分布周邊溫度間成梯度變化，四周溫度的高低可及時(shí)反應(yīng)中心溫度；先對(duì)物料周邊溫度進(jìn)行檢測(cè)，再按照溫度梯度反應(yīng)中心溫度；溫度檢測(cè)儀探頭放在豎爐內(nèi)側(cè)，貼近耐火磚層，在線(xiàn)檢測(cè)物料周邊溫度，對(duì)每個(gè)固定區(qū)段的固定點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，所得溫度即是測(cè)量溫度； 溫度梯度的測(cè)量方法是，在豎爐的每個(gè)區(qū)段固定點(diǎn)開(kāi)孔，用高溫測(cè)溫儀探頭水平深入中心反應(yīng)區(qū)位置，測(cè)量溫度為h，測(cè)量好后，把測(cè)溫儀探頭退回豎爐內(nèi)壁，測(cè)量溫度為t2，則該位置的溫度梯度為a(trt2)； 熱擴(kuò)散系數(shù):a = λ ÷P c 式中a為熱擴(kuò)散系數(shù)，又叫導(dǎo)溫系數(shù)； P為紅土鎳礦塊系數(shù)，1800kg.m-3 ； c為紅土鎳礦塊比熱容，1.2kJ.kg' k-1 ； 相應(yīng)的，對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量并結(jié)合熱擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算出溫度梯度，做成標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)，輸入監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)，完成標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)建立。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法，其特征在于:根據(jù)硅的燃燒所放熱，所需要的加入硅鐵塊量計(jì)算方法如下。
全文摘要
一種硅熱法控制節(jié)能環(huán)保紅土鎳礦冶煉豎爐溫度的方法，屬于紅土鎳礦生產(chǎn)領(lǐng)域。其特征是先將爐料熔煉劃分為預(yù)熱、還原、燃燒、熔化、分離五個(gè)區(qū)域，然后進(jìn)行溫度測(cè)量，通過(guò)測(cè)量周邊溫度值后，監(jiān)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算出中心溫度的變化值。通過(guò)溫度變化值計(jì)算所需要吸收熱量，從而確定硅鐵的加入量，利用硅的發(fā)熱量高，奪取鼓入的氧氣和原礦中的氧，生成氧化硅進(jìn)入渣流，快速提升反應(yīng)區(qū)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)溫度。本方法專(zhuān)家監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化，反應(yīng)及時(shí)，原料中添加硅鐵后，溫度提升快，生產(chǎn)效率高，同時(shí)提高金屬鎳回收率，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22B23/02GK103103366SQ20131005381
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者田強(qiáng), 趙宙, 陳玉榮, 王平 申請(qǐng)人:罕王實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司