劉曉民

　　                                                                                 冶金規(guī)劃院
 

　　前言

　　首先感謝誠(chéng)德的專家?guī)椭覀兺瓿闪擞∧酳EBUKU直接還原鎳鐵項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)、投產(chǎn)。

　　自1998年7月考察烏克蘭帕布什鎳鐵廠開始，我和同事們合作，完成了多條RKEF工藝鎳鐵生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，有些體會(huì)。

　　今天中國(guó)采用這種工藝的鎳鐵廠已經(jīng)遍布全國(guó)，但是項(xiàng)目的投資、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)仍然有比較大的差異，想在這里將自己的設(shè)計(jì)體會(huì)與大家分享。

　　1.原料供應(yīng)系統(tǒng)

　?。?）盡可能簡(jiǎn)化料場(chǎng)設(shè)計(jì)，原料系統(tǒng)形成閉路循環(huán)系統(tǒng)：由于原料相對(duì)單一，套用煉鐵料場(chǎng)設(shè)計(jì)會(huì)增加投資。簡(jiǎn)化料場(chǎng)，可節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用。

　?。?）原料從進(jìn)入給料機(jī)開始，盡可能保證在線送入焙燒窯-礦熱爐。減少事故性離線處理量。

　　（3）回轉(zhuǎn)式干燥窯：正常時(shí)逆流窯節(jié)能效果明顯，且可以減少除塵灰量（小于10%）。但在料粘（含水在35%以上時(shí)）、干燥窯的熱煙氣有脫硫設(shè)施（需要較大的負(fù)壓）時(shí)要慎重選擇。

　?。?）正常生產(chǎn)時(shí)，充分利用焙燒窯尾氣足以保證濕原料的干燥，不用補(bǔ)充熱量（華北以南）。

　　2.入窯料的條件

　　（1）干燥后的原料含水量在20%比較合適，水分再低將揚(yáng)塵。

　　（2）料的粒度：與焙燒窯的出料 溫度相關(guān)。目前國(guó)內(nèi)出料溫度在900℃以下，粒度在35mm以下最好。

　?。?）盡量提高原料在線處理比例：烘干后的料直接進(jìn)入配料倉(cāng)，配料后送入焙燒窯?？梢怨?jié)能，減少揚(yáng)塵。設(shè)計(jì)時(shí)留有均衡生產(chǎn)節(jié)奏、事故處理用原料的儲(chǔ)備手段。

　?。?）石頭比較多的菲律賓礦，200mm以上的塊可以離線處理，作為調(diào)整爐渣的手段。

　　3.焙燒窯的參數(shù)控制

　　幾年來的實(shí)踐，體會(huì)最為深刻的就是：工廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)在很大程度上依賴于焙燒料的還原性。

　?。?）高架式更能體現(xiàn)RKEF工藝的優(yōu)勢(shì)。焙燒窯窯頭布置在電爐頂上的方案，對(duì)操作和安全不利。

　?。?）窯的轉(zhuǎn)速的控制：目前國(guó)內(nèi)普遍有加長(zhǎng)窯的傾向，但是窯尾空間利用不充分應(yīng)該引起重視。為此應(yīng)該控制窯內(nèi)的布料均勻。擋料壩只在新窯上有作用，舊窯布料的控制辦法：以稍慢的速度控制窯轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)窯尾有料溢出時(shí)，緩慢的提速，直到不溢料就可以了。這樣窯內(nèi)料分布均勻，窯尾不空料，以得到充分利用。

　　（3）直筒窯與縮頸窯：推薦縮頸窯，縮頸是不被磨損的擋料壩。高溫的料在這里繼續(xù)完成吸熱的預(yù)還原反應(yīng)，金屬氧化物繼續(xù)還原的同時(shí)，料溫有所下降。所以，相同出料溫度下，直筒窯的料還原性差些。

　?。?）窯溫度的控制：窯內(nèi)的高溫點(diǎn)距離窯頭大約22-28米（由于窯長(zhǎng)和燒嘴位置不同而變化）。此時(shí)，出料溫度控制在800-900℃，窯尾煙氣的溫度控制在300-400℃ 。

　?。?）窯的壓力的控制：這點(diǎn)重要。一般來講，這是窯內(nèi)還原氣氛控制的關(guān)鍵之一（另外一個(gè)控制是燒嘴的供風(fēng)）。保證窯頭微正壓操作是節(jié)省還原劑、提高焙燒渣還原度的重要環(huán)節(jié)。窯尾的壓力理論上控制在-120Pa左右，受到窯尾加料點(diǎn)渦流、測(cè)點(diǎn)位置的影響，很難測(cè)準(zhǔn)。所以窯頭操作門打開時(shí)以烤臉為好（微正壓）。

　?。?）窯尾煙氣成分的控制：主要測(cè)量并控制CO和O2，一般來講，氧氣應(yīng)該在0.6%以下。有時(shí)會(huì)有微量的CO。

　?。?）根據(jù)窯尾氣體成分控制燒嘴燃料量和風(fēng)量（主要調(diào)整二次風(fēng)）的比，根據(jù)火焰長(zhǎng)度（窯皮高溫點(diǎn)）調(diào)整軸流風(fēng)、旋流風(fēng)比。

　　（8）燒嘴火焰長(zhǎng)度控制在15-20米之間（氣體燃料）或12-15米（煙煤煤粉）。

　?。?）窯內(nèi)溫度的控制:鐵含量在15-20%時(shí)，控制在1,170-1,210℃，鎂高鐵低時(shí)取上限，反之取下限。如：古巴礦鐵38%，氧化鎂8%，焙燒窯燒發(fā)生爐煤氣，溫度720℃。國(guó)內(nèi)控制溫度普遍比較低，焙砂揚(yáng)塵嚴(yán)重。帕布什廠焙砂溫度高，不揚(yáng)塵，料倉(cāng)上面不用除塵，仍很清潔。

　　窯內(nèi)溫度不易測(cè)，測(cè)窯皮溫度，推算窯內(nèi)溫度和料溫。

　?。?0）溫度高、還原率高的焙砂是電爐穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。所以要重視窯的密封，減少 隨著料帶入的冷風(fēng)、窯頭操作門隨時(shí)關(guān)閉、窯頭微正壓。

　　4.焙燒料的還原性很重要

　　實(shí)際生產(chǎn)中焙燒料的溫度固然重要，但是焙燒渣的還原度更為重要。

　　希望：在回轉(zhuǎn)窯中氧化鎳95%-98%還原為單質(zhì)鎳，F(xiàn)e2O3還原成金屬鐵為2%-4%，大部分還原為Fe3O4和FeO。這是降低電爐電耗的關(guān)鍵因素。

　　國(guó)內(nèi)目前較少化驗(yàn)焙燒渣的還原度，應(yīng)該 加強(qiáng)。下面是印尼PT Inco公司焙砂化驗(yàn)值，因?yàn)橛煤置鹤鲞€原劑，焙砂還原不好。

 　　Inco焙砂的鎳金屬化率18-38%，鐵金屬化率0.85-2.86%

 Inco公司生產(chǎn)含鎳35%硫化鎳產(chǎn)品，渣中鎳高達(dá)0.13-0.34%，鐵20-22%。

　　5.礦熱爐設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

　　雖然文獻(xiàn)上推薦 了許多電爐參數(shù)計(jì)算公式，但基本上都建立在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上（系數(shù)難?。?。

　?。?）二次電壓（線）選擇是基礎(chǔ)（功率為0.9倍變壓器容量）

　　公式 U線 =Ku P3/1   關(guān)鍵是Ku--電壓系數(shù)的選取。取13-14比較合適。

　　如：30,000kVA的爐子，U線 = Ku P3/1=（13-14）×31=390-420V (實(shí)際生產(chǎn)控制在400--500V)。

　　二次電壓對(duì)二次電流、有效功率、操作電阻、反應(yīng)區(qū)大小有重要的影響。

　　對(duì)于鎳鐵礦熱爐，電流主要從爐料下部的料層和半熔融狀態(tài)的爐料中通過，爐內(nèi)功率不變時(shí)，二次電壓提高，電弧被拉長(zhǎng)，則電極上抬，雖然電效率和功率因數(shù)增加了，但是由于高溫反應(yīng)區(qū)上移，熱損失增加大，爐溫下降，金屬揮發(fā)量增大，坩堝區(qū)縮小，爐況變壞，難以操作。

　　二次電壓過低也不好：電效率和輸入功率降低，電極下插過深，料層電阻會(huì)增加（易吃爐底），通過爐料支路的電流過小，爐料熔化和還原速度減慢，坩堝也會(huì)縮小。同時(shí)功率因數(shù)會(huì)偏低。

　　（2）二次電流和電極直徑的計(jì)算

　　線電流 I=P/31/3U

　　當(dāng)電壓為400V時(shí)(實(shí)際生產(chǎn)控制在400-500V)， I=30,000*0.9/31/3*400=38,970A

　　電極直徑    De=(4I/πδ)1/2

　　取電極電流密度δ=3.0A/cm2

　　則De=(4I/πδ)1/2 = (4*38970/3.14*3.0)1/2=12,864mm。

　　30,000kVA的爐子電極直徑 1,300mm。

　?。?）電極極心圓

　　文獻(xiàn)上推薦的三種電極極心園計(jì)算方法（L心=B1* I1/2、L心=B2* PE1/3、L心=2.06* D）均不適用鎳鐵電爐。主要是鎳鐵冶煉電壓高。

　　實(shí)際上按電極的倍數(shù)估算比較可行：

　　Dc=K*D（電極直徑）。

　　這里主要是K值的取值問題， 推薦K=3.0。

　　對(duì)于30,000kVA電爐，電極的極心園為 3,900-4,000mm，推薦取4,000mm。

　　圣彼得堡鎳院的估算辦法是：兩電極表面間的距離為2.0-2.5倍的電極直徑(3.9-4.5m)。

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