專利名稱：鎳礦石的熔煉還原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)選用含碳物質(zhì)作為燃料或還原劑在熔煉還原爐中直接熔煉還原鎳礦石的方法。
諸如碎金屬、鐵合金、電解鎳之類的材料先前曾被用于不銹鋼制備方法的熔融精制過(guò)程中。這些材料在電爐或轉(zhuǎn)爐中被熔化。以鉻鐵合金和鎳鐵合金狀態(tài)存在、作為不銹鋼主要組分的Cr和Ni被導(dǎo)入電爐或轉(zhuǎn)化爐中。鉻礦與鎳礦需要預(yù)先在電爐中被還原以便制備鉻鐵合金和鎳鐵合金。由于還原鉻礦和鎳礦采用了昂貴的電能，所以，選用鉻鐵合金和鎳鐵合金作為原料不是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。在上述情況下，業(yè)已提出一種選用Cr礦作為Cr源以便經(jīng)濟(jì)實(shí)用地生產(chǎn)不銹鋼、其中Cr礦在轉(zhuǎn)爐或其它熔煉爐中被熔煉還原的方法。
另外，還有四種選用廉價(jià)Ni源材料的方法。在第一種方法中，熔融金屬FeNi被直接用于電爐以便降低熔化FeNi的費(fèi)用，該方法被披露于《鋼鐵》雜志〔69(1983)7，P.59〕。日本專利公開(kāi)No.104153/83介紹了一種在轉(zhuǎn)爐中熔煉還原鎳冰銅的方法。第三種方法載于日本專利公開(kāi)No.36613/85之中，其中加熱并且預(yù)還原氧化鎳與含碳物質(zhì)的混合物，并且將經(jīng)過(guò)預(yù)還原的材料置于轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)器中被熔煉還原。第四種方法選用氧化鎳(日本專利公開(kāi)No.291911/86)。
然而，在上面所引用的先有技術(shù)中，Ni礦石不是在熔煉爐中被直接熔煉還原的。由于Ni礦中Ni含量較低-2-3%并且由于80%(重)的Ni礦轉(zhuǎn)化為礦渣，所以在Ni礦的熔煉還原過(guò)程中產(chǎn)生大量礦渣。因此，如果想獲得具有預(yù)定Ni濃度的熔融金屬，就會(huì)產(chǎn)生大量礦渣。舉例來(lái)說(shuō)，為了獲得含有8%(重)Ni的熔融金屬，相對(duì)于每一噸熔融金屬產(chǎn)生2至3噸礦渣。由于產(chǎn)生大量礦渣，從而出現(xiàn)下列嚴(yán)重問(wèn)題(1)在熔煉還原步驟中易于通過(guò)氧與被導(dǎo)入熔煉還原爐、作為還原材料或熱源的含碳物質(zhì)反應(yīng)而發(fā)生溢出。因此，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作。
(2)由于出現(xiàn)溢出而使設(shè)備受到嚴(yán)重破壞;
(3)由于出現(xiàn)溢出使Ni的產(chǎn)率降低。
鑒于上述問(wèn)題，在前面所引用的對(duì)比文獻(xiàn)中，作為Ni源的Ni礦并非直接被加入熔煉還原爐中，所選用的是其中Ni百分含量通過(guò)某種預(yù)處理而得到增加的材料。
本發(fā)明的目的是提供一種盡管產(chǎn)生大量礦渣但是仍能進(jìn)行穩(wěn)定操作的Ni礦熔煉還原方法以便克服諸如設(shè)備損壞與Ni產(chǎn)率下降之類由于溢出所出現(xiàn)的困難。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熔煉還原Ni礦的方法，該方法包括將Ni礦、含碳物質(zhì)和助熔劑導(dǎo)入盛放熔融鐵的轉(zhuǎn)爐型熔煉還原爐內(nèi);以及通過(guò)由頂吹氧噴槍吹氧并且通過(guò)使來(lái)自被設(shè)置在所述熔煉還原爐底的底吹風(fēng)嘴的氣流湍流進(jìn)入所述的熔煉還原爐將所述熔煉還原爐內(nèi)的后燃比〔(H2O+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)〕控制在0.3或更高的數(shù)值。
參照附圖并且結(jié)合下文描述可以明了本發(fā)明的上述目的與其它目的及其優(yōu)點(diǎn)。


圖1為用于本發(fā)明方法的熔煉還原爐的垂直剖面圖;
圖2所示為本發(fā)明中后燃比與發(fā)生溢出頻率之間關(guān)系的曲線圖;
圖3為本發(fā)明中相對(duì)于發(fā)生溢出與未發(fā)生溢出的情況下碳含量〔C〕與礦渣比重之間關(guān)系的曲線圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中工藝參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線圖。
通常被用作Ni源材料的Ni礦石含有大約30%(重)Fe和Ni金屬氧化物。Ni礦中含有2-3%(重)Ni。礦渣組分占除了Fe和Ni金屬氧化物以外的Ni礦的70%(重)。熔煉還原爐中的熔融礦渣由Ni礦中的礦渣組分以及被包含在含碳物質(zhì)、助熔劑等之中的礦渣組分組成。熔融礦渣的數(shù)量相當(dāng)于大約90%(重)Ni礦。因此，為了獲得含有大約8%Ni的熔融金屬，相對(duì)于每噸熔融金屬產(chǎn)生2至3噸礦渣。由于礦渣的體積密度依據(jù)其中所含的CO氣或CO2氣約為0.5-1.5，所以礦渣的體積大于熔融金屬的體積約20倍。當(dāng)產(chǎn)生大量CO或CO2時(shí)便會(huì)發(fā)生溢出現(xiàn)象。這樣，由于因發(fā)生溢出現(xiàn)象而引起的操作中斷、設(shè)備損壞以及熔融金屬流出使操作無(wú)法穩(wěn)定地進(jìn)行并且使Ni產(chǎn)率下降。
鑒于上述困難，本發(fā)明人研究了防止溢出現(xiàn)象產(chǎn)生或者限制溢出發(fā)生的方法。通過(guò)借助脫碳氧將熔融金屬中的〔C〕轉(zhuǎn)化為CO氣體脫除〔C〕。該CO氣體被后燃氧轉(zhuǎn)化為CO2。由脫碳與后燃產(chǎn)生的反應(yīng)熱是熔煉還原Ni礦的主要熱源。通過(guò)吹入底吹氣可以增強(qiáng)熔融金屬與礦渣的攪動(dòng)并且促進(jìn)上述〔C〕與CO的氧化反應(yīng)。由熔煉還原爐排出的廢氣的氧化程度越高，所產(chǎn)生的熱量就越多。關(guān)于這一點(diǎn)，可以減少待導(dǎo)入熔煉還原爐中的含碳物質(zhì)量。因此，由于作為導(dǎo)致溢出原因之一的CO氣和CO2氣數(shù)量減少，所以發(fā)生溢出的次數(shù)大大減少。
下面參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。圖1所示為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的熔煉還原爐10。圖中編號(hào)21代表頂吹氧噴槍，22代表脫碳噴嘴，23代表后燃噴嘴，24代表底吹風(fēng)嘴，11代表熔融金屬，12代表礦渣層，25代表Ni礦石、含碳物質(zhì)或助熔劑進(jìn)入熔煉還原爐的裝料漏斗，26代表導(dǎo)入攪拌氣的管路。
下面描述借助上述構(gòu)造的熔煉還原爐通過(guò)熔煉還原Ni礦制備含有預(yù)定濃度Ni的熔融金屬的方法。首先，將熔融金屬導(dǎo)入熔煉還原爐中。隨后導(dǎo)入含碳物質(zhì)，再將氧氣通過(guò)噴槍21吹入爐中。待熔融金屬的溫度升至1500℃左右之后，開(kāi)始加入Ni礦石。由風(fēng)嘴24吹入攪拌氣以便使風(fēng)嘴不會(huì)因?yàn)橄驙t中加入熔融金屬而被堵塞，必要的話，可以增大攪拌氣的吹入流量。導(dǎo)入爐體的Ni礦被熔融金屬中的C還原。通過(guò)碳與氧發(fā)生燃燒，即通過(guò)反應(yīng)C→CO，CO→CO2為熔煉Ni礦提供熱量。由脫碳噴嘴22提供的氧氣主要通過(guò)它與熔融金屬中〔C〕之間的反應(yīng)而被轉(zhuǎn)化為CO。由后燃噴嘴23提供的氧氣與所述的CO反應(yīng)并且轉(zhuǎn)化為CO2。后燃比〔(H2O+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)〕上升。
圖2表示后燃比與熔煉還原爐中發(fā)生溢出次數(shù)之間的關(guān)系曲線。此時(shí)的試驗(yàn)條件是熔煉還原爐中有6噸熔融金屬，熔融金屬中含有3至4%碳〔C〕，用于脫碳與后燃的氧氣總量為2500標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，作為以噸表示、相對(duì)于每噸熔融金屬之礦渣數(shù)量的礦渣比重為1T/HMT。在下文中，礦渣的比重用S表示，其單位為T/HMT。如圖2所示，當(dāng)后燃比為0.15時(shí)，產(chǎn)生溢出的次數(shù)增多約50%，當(dāng)后燃比連續(xù)地增加至0.15以上時(shí)，發(fā)生溢出的次數(shù)便會(huì)減少。通過(guò)提高噴槍的位置進(jìn)而降低后燃氧的吹入位置可以增大后燃比。與此相反，當(dāng)降低噴槍的位置時(shí)便可以減小后燃比。當(dāng)通過(guò)將供氧量保持在預(yù)定水平而提高脫碳用氧量并且減少后燃用氧量時(shí)，可以使后燃比提高。當(dāng)增加脫碳用氧并降低后燃用氧時(shí)，可以使后燃比降低。也就是說(shuō)，當(dāng)后燃用氧相對(duì)于脫碳用氧得到增加時(shí)，后燃比便增大。當(dāng)后燃比為0.3或更大時(shí)，基本上不會(huì)發(fā)生溢出。后燃比須為0.35或更大。由于在后燃比增大之時(shí)所產(chǎn)生的熱量增大，所以，可以減少被導(dǎo)入的含碳物質(zhì)數(shù)量這樣便減少了CO氣體生成量。通過(guò)后燃(CO+O2→CO2)產(chǎn)生的熱量約比通過(guò)脫碳(C+O→CO)產(chǎn)生的熱量多2.5倍。圖2所示為在礦渣比重為1T/HMT的條件下所獲得的試驗(yàn)結(jié)果。由于可以預(yù)料溢出的發(fā)生在礦渣比重增大的情況下與鋼中碳〔C〕相關(guān)聯(lián)，所以圖3給出了對(duì)此進(jìn)行研究的結(jié)果。圖3表示本發(fā)明中相對(duì)于發(fā)生溢出與未發(fā)生溢出的情況下碳〔C〕與礦渣比重之間的關(guān)系曲線。此時(shí)的后燃比為0.3或更大。圖中0表示在未發(fā)生任何溢出條件下進(jìn)行的穩(wěn)定操作，×表示發(fā)生溢出時(shí)所進(jìn)行的不穩(wěn)定操作。圖中的點(diǎn)劃線為邊界線，表示在熔煉還原Ni礦過(guò)程中未發(fā)生溢出的范圍。在圖3中，所述的分界線用下列S與〔C〕的關(guān)系式表示〔C〕(%)＝S(t/HMT)/3因此，未發(fā)生溢出的穩(wěn)定操作范圍如下所示〔C〕(%)≥S(t/HMT)/3
可以理解即使是在〔C〕(%)≥S(t/HMT)/3和〔C〕%≤3的區(qū)域內(nèi)仍可以進(jìn)行穩(wěn)定操作。在〔C〕(%)≥S(t/HMT)/3和〔C〕(%)≤2的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定操作。
按照本發(fā)明，由于后燃比可以通過(guò)將脫碳用氧和后燃用氧吹入盛放有諸如熔融金屬、Ni礦、含碳物質(zhì)之類材料的熔煉還原爐中達(dá)到0.3或更高數(shù)值，所以可以在不發(fā)生任何溢出的條件下進(jìn)行穩(wěn)定操作并且可以保證Ni產(chǎn)率達(dá)到90%或更高的數(shù)值。
實(shí)施例下面參照附圖詳細(xì)描述適宜操作過(guò)程的具體實(shí)施例。圖4表示(1)操作步驟、(2)熔融金屬溫度、(3)供氧總量、(4)Ni礦石數(shù)量、(5)作為含碳物質(zhì)的焦炭數(shù)量、(6)礦渣S與熔融金屬的比重(縱軸中的數(shù)值以T/HMT和噸表示)和(7)熔融金屬中Ni組分隨時(shí)間的變化。(1)至(7)與圖4中的No.S.1至7相對(duì)應(yīng)。操作步驟中的“熔煉”1至3表示熔煉還原步驟進(jìn)行三次。Ⅰ表示加入熔融金屬，Ⅱ至Ⅳ表示排出礦渣三次。后燃比為0.3或更大數(shù)值，熔融金屬中的〔C〕為3-4%恒定值。
在操作步驟(1)中，首先將3.1噸熔融鐵加入熔煉還原爐中，隨后進(jìn)行三次Ni礦的熔煉還原與礦渣的排出。通過(guò)在將熔融金屬加入熔煉還原爐之后立即加入焦炭與吹入氧氣將熔融金屬的溫度(2)提高。當(dāng)該溫度超過(guò)1500℃時(shí)，將Ni礦石加入熔煉還原爐。
供氧量(3)，所加入的Ni礦(4)數(shù)量和焦炭(5)加入量如曲線中的平坦部分所示，分別為2900標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)、120Kg/分鐘和50Kg/分鐘。
礦渣S比重的最大值如圖4所示為0.8-1.1T/HMT，盡管礦渣比重通常在每次被排放時(shí)都會(huì)有所降低。由于Ni或Fe被加至熔融金屬中從而Ni礦被熔煉還原，所以使熔煉還原爐中的熔融金屬數(shù)量由初始值3.1噸增加至終值5.9噸。相對(duì)于熔融金屬中的Ni組分(7)，在第一次排出礦渣之時(shí)獲得具有4.5%這一高含量鎳的熔融金屬并且通過(guò)第三次將Ni礦加入熔煉還原爐可以使Ni含量增至8.15%。
權(quán)利要求
1.一種熔煉還原Ni礦的方法，其中包括將Ni礦、含碳物質(zhì)和助熔劑加入盛放有熔融鐵(11)的轉(zhuǎn)爐型熔煉還原爐(10)中，其特征在于通過(guò)由頂吹氧噴槍(21)吹氧并且通過(guò)使來(lái)自被設(shè)置在所述熔煉還原爐底的底吹風(fēng)嘴(24)的攪拌氣流進(jìn)入所述的熔煉還原爐將所述熔煉還原爐內(nèi)的后燃比[(H2O+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)]控制在0.3或更高的數(shù)值。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中還包括控制熔融金屬中碳含量〔C〕%與每噸熔融金屬產(chǎn)生的礦渣數(shù)量之間的關(guān)系以便滿足下式〔C〕≥S(T/HMT)/3
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述由頂吹氧噴槍吹氧包括由設(shè)置在所述頂吹氧噴槍端部的脫碳噴嘴(22)和后燃噴嘴(23)吹氧。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中所述由脫碳噴嘴和后燃噴嘴吹入的氧氣在數(shù)量上相對(duì)地有所不同。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將Ni礦加入熔煉還原爐的過(guò)程在通過(guò)由頂吹氧噴槍吹入氧氣從而使被盛放在熔煉還原爐內(nèi)的熔融鐵的溫度升至1500℃或更高之后進(jìn)行。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述后燃比通過(guò)頂吹氧噴槍的高度來(lái)控制。
全文摘要
一種熔煉還原Ni礦的方法，其中包括將Ni礦、含碳物質(zhì)和助熔劑加入盛放有熔融鐵(11)的轉(zhuǎn)爐型熔煉還原爐(10)中，其特征在于通過(guò)由頂吹氧噴槍(21)吹氧并且通過(guò)使來(lái)自被設(shè)置在所述熔煉還原爐底的底吹風(fēng)嘴(24)的攪拌氣流進(jìn)入所述的熔煉還原爐將所述熔煉還原爐內(nèi)的后燃比[(H
文檔編號(hào)C22B5/10GK1045129SQ9010085
公開(kāi)日1990年9月5日 申請(qǐng)日期1990年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月21日
發(fā)明者田辺治良, 巖崎克博, 川上正弘, 滝千尋, 高岡利夫 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社