東北大學冶金學院

　　紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯還原——磁選工藝生產(chǎn)鎳鐵是以回轉(zhuǎn)窯為還原反應器，以煤為還原劑和加熱的能源，紅土鎳礦在經(jīng)干燥、預熱，還原，還原出來的金屬鎳、鐵聚合長大成1.20～30.0mm的鎳鐵顆粒。鎳鐵顆粒均勻懸浮在爐渣中，并隨同爐渣一塊排出回轉(zhuǎn)窯?；剞D(zhuǎn)窯排出的爐料經(jīng)水淬—選擇性破碎—重選、磁選獲得顆粒狀的鎳鐵產(chǎn)品的工藝。

　　該工藝與傳統(tǒng)的紅土鎳礦礦熱爐熔煉法，以及回轉(zhuǎn)窯預熱預還原——電爐熔煉法(RKEF法)相比較具有：以廉價燃料煤作為還原劑和加熱的能源，用電量少、對電網(wǎng)沖擊小、投資低;爐料在未完全熔化的低溫條件下完成鎳、鐵的還原和聚合，以物理磁選替代高溫熔化實現(xiàn)渣鐵的分離，因而生產(chǎn)能耗低、成本低;鎳的回收率高(≯92%)等特點。

　　雖然該法存在回轉(zhuǎn)窯的控制操作難度大，且難以實現(xiàn)自動化;回轉(zhuǎn)窯易產(chǎn)生粘結(jié)、結(jié)圈等故障，回轉(zhuǎn)窯作業(yè)率低;單機生產(chǎn)能力小(單機年處理紅土鎳礦≯30萬噸)，且難以擴大等缺欠。但從能耗、環(huán)境友好、生產(chǎn)成本等角度的綜合分析，回轉(zhuǎn)窯還原——磁選法生產(chǎn)鎳鐵工藝，即“粒鐵法”工藝是最經(jīng)濟的工藝之一。

　　近年來，我國建成紅土鎳礦“回轉(zhuǎn)窯還原——磁選”生產(chǎn)鎳鐵生產(chǎn)線數(shù)十條，分布于黑龍江、遼寧、河北、河南、山東、山西、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西、云南、貴州、四川等地，但多數(shù)生產(chǎn)線生產(chǎn)效果不理想，通過調(diào)研、了解、分析發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)紅土鎳礦“回轉(zhuǎn)窯還原——磁選法”生產(chǎn)鎳鐵工藝有一些共性問題值得分析和探討。

　　我國上世紀七十年，開展過酸性脈石貧鐵礦“回轉(zhuǎn)窯粒鐵法”試驗研究，1970年遼陽建成￠2.30×33.8m“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯，處理含鐵～35%的磁鐵礦生產(chǎn)TFe>95%的顆粒狀“粒鐵”，成功連續(xù)生產(chǎn)5年。廣東梅州鋼鐵廠1972年建成￠3.60×60.0m“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯，處理低品位磁鐵礦生產(chǎn)TFe>95%的顆粒狀“粒鐵”，用于電爐煉鋼，連續(xù)生產(chǎn)多年。這兩個廠后均因高爐生產(chǎn)的發(fā)展轉(zhuǎn)停產(chǎn)。

　　在此期間，在沈陽鋼鐵總廠進行了采用“粒鐵法”處理鼓風爐銅冶煉渣回收鐵的￠1.60×18.0m半工業(yè)化試驗，試驗獲得成功，但因銅渣含有As、Cu、S等有害元素，產(chǎn)品難以滿足鋼鐵生產(chǎn)的要求，及經(jīng)濟效益難以達到預期而終止研究。

　　上世紀七十年中期開始，我國進行了回轉(zhuǎn)窯直接還原的開發(fā)研究，1989年成功的進行了福州￠2.50×40.0m回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵工業(yè)化試驗，為我國發(fā)展回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1996年天津鋼管公司建成了兩座￠5.0×80.0mDRC直接還原鐵回轉(zhuǎn)窯，1997年投產(chǎn)，通過對設備、工藝的改進，單臺回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)能最高達到18萬噸/年，超過設計產(chǎn)能的20%，噸直接還原鐵煤耗降至900kg。產(chǎn)品的TFe>94.0%,鐵的金屬化率>93.0%，成為世界直接還原回轉(zhuǎn)窯能耗最低，單機產(chǎn)量最大，環(huán)境保護最好的生產(chǎn)線。隨后，我國在遼寧喀左、北京密云、山東魯中、新疆等地建成回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵生產(chǎn)線。

　　我國大量還原性回轉(zhuǎn)窯開發(fā)研究成果，及生產(chǎn)經(jīng)驗為紅土礦采用回轉(zhuǎn)窯還原—磁選工藝生產(chǎn)鎳鐵提供了可借鑒的經(jīng)驗。另外，目前，在朝鮮有近百條“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯在長期穩(wěn)定生產(chǎn)，朝鮮鋼鐵工業(yè)70%的鐵源材料是由“粒鐵法“生產(chǎn)的，“粒鐵法”年產(chǎn)用于煉鋼的粒鐵數(shù)百萬噸，表明該法是可以駕馭的工業(yè)化生產(chǎn)方法。

　　為了促進我國紅土鎳礦采用回轉(zhuǎn)窯還原—磁選工藝的發(fā)展，本文僅就爐料入窯前的預處理;回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu);回轉(zhuǎn)窯燃料燒嘴的型式、布置;二次風供給;回轉(zhuǎn)窯還原產(chǎn)品的破碎及磁選等問題進行簡要分析、探討，提出的一些看法，供大家參考。受本人學識水平的限制，文中錯誤和認識的偏頗在所難免，希望得到同行們的指教，有不當之處敬請指正。

　　1 紅土礦入回轉(zhuǎn)窯前的預處理方法的選擇

　　回轉(zhuǎn)窯的原料入窯前的預處理是保證回轉(zhuǎn)窯還原和回轉(zhuǎn)窯正常穩(wěn)定運行的基本條件。

　　因紅土礦多為沉積型成礦，通常紅土礦來料形態(tài)變化很大，多數(shù)礦石含水較高，無法用常規(guī)手段制備有一定粒度、足夠強度的顆粒，難以采用原礦整粒，配料后直接入窯的方式組織生產(chǎn)。

　　紅土鎳礦采用與還原劑、造渣劑混合制塊，可大幅度改善含鐵、含鎳礦物的還原動力學條件，是改善、強化回轉(zhuǎn)窯還原的有效方法。

　　紅土鎳礦經(jīng)濕法磨礦后壓塊、造球,因紅土礦濕磨后脫水極為困難，使造塊環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，且原料系統(tǒng)投資巨大，磨礦、混合、壓球、壓球干燥生產(chǎn)成本過高，造成國內(nèi)多條生產(chǎn)線遭遇紅土礦濕法造塊影響生產(chǎn)線的正常運行。資料報道日本大江山廠也曾采用紅土礦濕磨后造塊工藝，后因造塊成本高等原因改為“半干法壓塊“工藝。

　　我國在小型工業(yè)化回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線試驗中，采用紅土礦適度干燥——破碎——配入還原劑、添加劑、粘結(jié)劑后混合壓塊，壓塊干燥后入窯的“半干法壓球法”取得良好效果。該法依據(jù)到廠紅土礦形態(tài)采取不同方法將紅土礦干燥到可以破碎的狀態(tài)，或紅土礦配入適量的生石灰將紅土礦調(diào)整成可以實施破碎的狀態(tài)，將紅土礦破碎到≯2.0mm。然后配入還原劑、添加劑、粘結(jié)劑，混勻后進行壓塊，壓塊干燥后入窯冶煉。試驗生產(chǎn)表明采用“半干法壓球法”是可行的。

　　“半干法壓球法”是紅土礦回轉(zhuǎn)窯還原——磁選法原料入窯前的預處理的首選方法。

　　2 回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及裝備

　　2.1 回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)

　　紅土礦回轉(zhuǎn)窯還原——磁選工藝中回轉(zhuǎn)窯是還原性回轉(zhuǎn)窯。還原性回轉(zhuǎn)窯通常是長徑比大的直筒窯(L/d>15)，回轉(zhuǎn)窯的斜度≯2.0%，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速0.30～1.0轉(zhuǎn)/分鐘，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)填充率---爐料占窯內(nèi)總?cè)莘e的比應大于20～25%，因此回轉(zhuǎn)窯進口、出口均有一定高度的縮口?；剞D(zhuǎn)窯進出料端有無縮口是還原性回轉(zhuǎn)窯與氧化窯最基本差異。

　　還原性回轉(zhuǎn)窯為保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)爐料完成還原，必須保證爐料在窯內(nèi)有良好的還原氣氛和條件，有足夠的還原時間。同時，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)足夠高的料層厚度是保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)料層內(nèi)保持還原性氣氛的重要條件，尤其是保證出料端區(qū)域爐料的不產(chǎn)生再氧化的重要條件。還原性回轉(zhuǎn)窯只有保證足夠的爐料厚度，才能保證爐料還原所產(chǎn)生的CO能在料層表面形成足夠厚度的CO氣膜，將爐料料層還原性氣氛與回轉(zhuǎn)窯自由空間的強氧化性氣氛隔離開來，才能保證料層的還原及回轉(zhuǎn)窯自由空間氧化燃燒供熱同時進行。見圖1。

　　國內(nèi)部分已建成的紅土礦回轉(zhuǎn)窯還原——磁選工藝生產(chǎn)線中回轉(zhuǎn)窯進、出料端沒有縮口，或縮口高度過小是回轉(zhuǎn)窯無法實施快速還原的主要原因。

　　朝鮮“粒鐵回轉(zhuǎn)窯”的卸料端出口直徑與回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)徑的比通常小于0.50，見圖2。

　　國內(nèi)已建成的生產(chǎn)線投入生產(chǎn)運行的回轉(zhuǎn)窯卸料端通常均有500mm以上的縮口。凡沒有縮口或縮口高度小于200mm的回轉(zhuǎn)窯均未能實現(xiàn)正常生產(chǎn)運行。

圖2 ¢3.6×60m粒鐵回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及窯內(nèi)溫度分布

　　2.2 回轉(zhuǎn)窯的供熱燒嘴的形式選擇及配置

　　回轉(zhuǎn)窯的供熱燒嘴應能滿足回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料能加熱到還原所要求的溫度和適宜的溫度分布的需要。還原性回轉(zhuǎn)窯的燃料燒嘴必須是長焰燒嘴，且火焰可準確、有效調(diào)控。因為，只有長焰燒嘴才能滿足窯內(nèi)有適宜溫度分布的需要。遼陽粒鐵廠(￠2.30×33.8m)、廣東梅州鋼鐵廠(￠3.60×60.0m)粒鐵窯均采用的是套筒式長焰粉煤燒嘴。天津鋼管公司80米直接還原鐵回轉(zhuǎn)窯采用<17.0mm煤粒燒嘴實現(xiàn)正常生產(chǎn)。

　　采用氧化性回轉(zhuǎn)窯(水泥窯、氧化球團焙燒窯)細煤粉漩流式燒嘴是無法滿足回轉(zhuǎn)窯溫度分布要求的。且漩流式燒嘴燃燒火焰呈漩流狀會沖擊料層表面的CO氣膜，造成爐料表面再氧化，破壞爐料的還原，甚至引發(fā)爐料的粘結(jié)。

　　還原性回轉(zhuǎn)窯的燃料燒嘴的火焰應遠離窯內(nèi)料面，避免火焰沖擊、破壞料層表面的CO氣膜，保證料層內(nèi)的還原氣氛。燃料燒嘴應安置在料面垂直線的中間區(qū)域。燒嘴應保證火焰的中心線與回轉(zhuǎn)窯的中心線平行，以保證火焰既不沖擊料面造成爐料的氧化，又不沖擊回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯造成窯襯局部過熱，引發(fā)窯襯粘結(jié)、結(jié)圈。

　　2.3 回轉(zhuǎn)窯的二次風的供應
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