劉曉民

　　                                                                                 冶金規劃院
 

　　前言

　　首先感謝誠德的專家幫助我們完成了印尼SEBUKU直接還原鎳鐵項目的設計、建設、投產。

　　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工藝鎳鐵生產線的設計，有些體會。

　　今天中國采用這種工藝的鎳鐵廠已經遍布全國，但是項目的投資、經濟技術指標仍然有比較大的差異，想在這里將自己的設計體會與大家分享。

　　1.原料供應系統

　　（1）盡可能簡化料場設計，原料系統形成閉路循環系統：由于原料相對單一，套用煉鐵料場設計會增加投資。簡化料場，可節約運輸費用。

　　（2）原料從進入給料機開始，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）回轉式干燥窯：正常時逆流窯節能效果明顯，且可以減少除塵灰量（小于10%）。但在料粘（含水在35%以上時）、干燥窯的熱煙氣有脫硫設施（需要較大的負壓）時要慎重選擇。

　　（4）正常生產時，充分利用焙燒窯尾氣足以保證濕原料的干燥，不用補充熱量（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，水分再低將揚塵。

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

　　（3）盡量提高原料在線處理比例：烘干后的料直接進入配料倉，配料后送入焙燒窯。可以節能，減少揚塵。設計時留有均衡生產節奏、事故處理用原料的儲備手段。

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

　　3.焙燒窯的參數控制

　　幾年來的實踐，體會最為深刻的就是：工廠經濟技術指標在很大程度上依賴于焙燒料的還原性。

　　（1）高架式更能體現RKEF工藝的優勢。焙燒窯窯頭布置在電爐頂上的方案，對操作和安全不利。

　　（2）窯的轉速的控制：目前國內普遍有加長窯的傾向，但是窯尾空間利用不充分應該引起重視。為此應該控制窯內的布料均勻。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動，當出現窯尾有料溢出時，緩慢的提速，直到不溢料就可以了。這樣窯內料分布均勻，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完成吸熱的預還原反應，金屬氧化物繼續還原的同時，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。

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

　　（5）窯的壓力的控制：這點重要。一般來講，這是窯內還原氣氛控制的關鍵之一（另外一個控制是燒嘴的供風）。保證窯頭微正壓操作是節省還原劑、提高焙燒渣還原度的重要環節。窯尾的壓力理論上控制在-120Pa左右，受到窯尾加料點渦流、測點位置的影響，很難測準。所以窯頭操作門打開時以烤臉為好（微正壓）。

　　（6）窯尾煙氣成分的控制：主要測量并控制CO和O2，一般來講，氧氣應該在0.6%以下。有時會有微量的CO。

　　（7）根據窯尾氣體成分控制燒嘴燃料量和風量（主要調整二次風）的比，根據火焰長度（窯皮高溫點）調整軸流風、旋流風比。

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

　　（9）窯內溫度的控制:鐵含量在15-20%時，控制在1,170-1,210℃，鎂高鐵低時取上限，反之取下限。如：古巴礦鐵38%，氧化鎂8%，焙燒窯燒發生爐煤氣，溫度720℃。國內控制溫度普遍比較低，焙砂揚塵嚴重。帕布什廠焙砂溫度高，不揚塵，料倉上面不用除塵，仍很清潔。

　　窯內溫度不易測，測窯皮溫度，推算窯內溫度和料溫。

　　（10）溫度高、還原率高的焙砂是電爐穩定生產的關鍵。所以要重視窯的密封，減少 隨著料帶入的冷風、窯頭操作門隨時關閉、窯頭微正壓。

　　4.焙燒料的還原性很重要

　　實際生產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：在回轉窯中氧化鎳95%-98%還原為單質鎳，Fe2O3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鍵因素。

　　國內目前較少化驗焙燒渣的還原度，應該 加強。下面是印尼PT Inco公司焙砂化驗值，因為用褐煤做還原劑，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公司生產含鎳35%硫化鎳產品，渣中鎳高達0.13-0.34%，鐵20-22%。

　　5.礦熱爐設計參數的確定

　　雖然文獻上推薦 了許多電爐參數計算公式，但基本上都建立在實踐經驗的基礎上（系數難取）。

　　（1）二次電壓（線）選擇是基礎（功率為0.9倍變壓器容量）

　　公式 U線 =Ku P3/1   關鍵是Ku--電壓系數的選取。取13-14比較合適。

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

　　二次電壓對二次電流、有效功率、操作電阻、反應區大小有重要的影響。

　　對于鎳鐵礦熱爐，電流主要從爐料下部的料層和半熔融狀態的爐料中通過，爐內功率不變時，二次電壓提高，電弧被拉長，則電極上抬，雖然電效率和功率因數增加了，但是由于高溫反應區上移，熱損失增加大，爐溫下降，金屬揮發量增大，坩堝區縮小，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，坩堝也會縮小。同時功率因數會偏低。

　　（2）二次電流和電極直徑的計算

　　線電流 I=P/31/3U

　　當電壓為400V時(實際生產控制在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。

　　（3）電極極心圓

　　文獻上推薦的三種電極極心園計算方法（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。

　　實際上按電極的倍數估算比較可行：

　　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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