红土镍矿用回转窑直接还原生产高镍镍铁
一、镍铁的来历、成分和消费市场
□□我国不锈钢和电池行业的快速发展,国内镍产品供应将面临长期短缺的局面。2005年以来国际市场镍价非理性的不断上涨对国内钢铁业发展构成了新的挑战。我国民营企业使用火法冶炼从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石,大量生产镍铁合金作为冶炼不锈钢的配料,成功狙击了国际市场的疯狂炒作,镍价大幅下降,市场将逐步恢复理性。
□□我国镍金属生产技术已有重大突破,拥有自主知识产权,红土镍矿经高炉冶炼镍铬生铁,生产出大批镍生铁的实际成效。技术变革及其快速进入生产应用领域,成功狙击了国际市场的疯狂炒作,2007年6月国际市场镍价大幅下降。在市场高镍价的情况下,2005年开始,国内民营企业开始利用炼钢高炉转产冶炼红土镍矿矿石生产镍生铁。
□□我国民营企业开始大规模利用从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石冶炼镍生铁,此后进口矿石量逐月增加,到2007年底利用进口矿石约300多万吨,产出镍生铁的含镍量约3万吨。2007年全国生产镍生铁的中小企业达到100多家,l~9月进口矿石1200万吨左右。
□□目前我国中小企业生产的镍生铁的含镍量多在4%~8%,只能用作冶炼不锈钢的配料,在冶炼不锈钢时,尚需加入一定量的精炼纯镍。只有提高技术使镍生铁中的含镍量达到10%~15%,才能在冶炼不锈钢时完全替代纯镍。这就是产生矿石积压在港口的原因,也是今后民营企业需要攻克的技术难关。为攻克技术难关,朝阳重型建材机械制造有限公司根据多年生产金属化球团生产线先进技术及对日本冶金工业公司大江山厂用克鲁帕—雷恩法(Krupp—Renn Procoss)的研究,成功并实现了生产出镍含量10%以上的镍生铁了。
□□我国使用火法利用红土镍矿冶炼镍生铁,使不锈钢生产原料构成发生了重大变革,改变了全球不锈钢生产原料镍的供需格局,也改变了世界不锈钢产业发展的格局。低成本利用矿石质量较差的红土镍矿资源,符合资源节约型的历史发展趋势,翻开了我国不锈钢生产史的新篇章。目前,高炉法的低品位产品市场容量已经饱和,加快发展10%以上品位的回转窑工艺,可以进一步扩大红土矿火法镍的市场容量。
二、火法生产镍铁的生产工艺方法及流程
1. 电碳热法:
红土镍矿—→预处理—→脱水—→造块—→配入焦炭、熔剂—→电炉冶炼—→粗镍铁—→降C、Si、P、S精炼—→镍铁。
2. 电硅热法:
红土镍矿—→预处理—→烘干—→破碎—→高温脱水煅烧成块—→配入熔剂—→矿热电炉熔化—→NiO熔体—→倒入反应包—→向反应包加入45%硅铁—→倒包反应—→粗镍铁—→降P、Si精炼—→镍铁。
3. 高炉熔炼法:
红土镍矿—→预处理—→脱水、烧结、造块—→配入焦炭、熔剂—→高炉冶炼—→粗镍铁—→精炼降Si、C、P、S—→镍铁。
4. 回转窑——矿热电炉——转炉(RKEF)熔炼法:
红土镍矿—→预处理—→筛分—→干燥—→回转窑煅烧—→热料装入矿热炉冶炼—→粗制镍铁炉外脱硫—→转炉中脱除Si、P、C、S、Mn等杂质—→镍铁铸块。
5. 回转窑直接还原法:
① 日本大江山回转窑直接还原法:
红土镍矿—→加水粉磨—→矿浆过滤—→加入石灰石、无烟煤混合—→棒磨机研磨—→压团—→链篦加热机预热—→回转窑煅烧—→水淬—→加水粉磨—→跳汰—→磁选—→过滤—→镍铁粉。
② 朝阳重型建材机械回转窑直接还原法:
红土镍矿—→粗破碎—→烘干—→破碎—→加入石灰石、煤粉混合—→压球—→回转窑煅烧—→水淬—→加水粉磨—→磁选—→过滤—→镍铁粉。
三、回转窑直接还原法与高炉法、矿热电炉法及回转窑+矿热电炉法等工艺相比有如下优点:
1、 设备工艺简单,维修方便;
2、 投资少,见效快;
3、 能耗少,降低生产成本;
4、 生产成本低,投资回收期短;
5、 熔炼的主要能源为煤,而不是昂贵的电能。
6、 原料的自由选择,可用东南亚的各种红土镍矿。
7、 所产高镍镍铁质量高(在原矿Ni=2%,Fe=15%,回收率为90%时,镍铁含Ni=11.8%左右),可直接用作不锈钢的生产原料。
8、 由其是在严重缺电的国家首先此工艺。
四、红土镍矿用回转窑直接还原法生产镍铁的工艺和技术
□□熔炼方法和工艺如下:
□□预处理步骤是将原料红土镍矿烘干后,与含碳物料和熔剂石灰石混合,制球后连续给入回转窑。在回转窑中,物料与煤燃烧所产生的热气流逆流运动,经受所有熔炼步骤--干燥,脱水,还原和金属成长。金属是在窑中半熔融条件下生成的。烧成的物料熔块从回转窑出来就将它急冷,磨细后,用磁选机将还原成的镍铁合金从排出的熔块中分离出来。分离出来的镍铁呈直径2~3毫米的沙状颗粒, 并夹带1~2%炉渣, 其化学组成为C=0.1%, Ni=11~14%, S=0.45%, P=0.015% 。此产品不管含硫多高均适用于炼钢过程,因炼钢时有很好的脱硫能力。沙状颗粒在炼钢过程中相当有利于连续加料和作为冷却剂物料快速溶解。
□□回转窑生产工艺镍和铁的回收率都很高,均在90%以上。
五、朝阳重型建材机械制造有限公司技术改进的历程
□□在详细介绍本方法之前,让我们简单回顾朝阳重型建材机械制造有限公司以往技术改进的历史。
□□从印度尼西亚进口高品位镍铁生产镍铁始于2009年,为炼不锈钢厂提供原料。从那时起,努力提高生产能力、镍回收率、产品性能和节省能耗。
下表所示为朝阳重型建材机械制造有限公司主要生产过程的技术改进历史。
年
项目地址
回转窑台数
每台窑给矿量
原矿吨/日
镍产量
吨/年
镍回收率%
能耗
千卡/吨矿
2010
江苏南通
一台窑运转
500
3060
90
1320×103
2010
江苏南通
二台窑运转
500
6256
92
1320×103
2011
江苏南通
一台窑运转
1000
6324
93
1320×103
2012
江苏南通
二台窑运转
1000
12648
93
1320×103
2012
江苏南通
四台窑同时运转
500(二条)
1000(二条)
18904
平均
92.67
1320×103
2012
江苏泰州
1000(四条)
在建
□□如表中所示,我们通过增建回转窑,几项设施改进和改善原料预处理等,成功地逐步提高生产能力,满足钢厂生产不锈钢方面不断增长的需要。至于能源问题,镍熔炼过程消耗大量能源。为解决石油危机后能耗费用增加的问题,采取种种措施降低此项费用,如提高预热效率,用煤代油,用新的预处理技术以降低供入回转窑的原料含水量。
□□关于镍回收率,一般认为,因原料中脉石含量高,只用回转窑法不能达到足够高回收率。事实上,朝阳重型建材机械制造有限公司法应用初期镍回收率仅约85%,但经改进原料预处理工艺和烧渣分离工艺就使此低回收率大为改观。同时,用热化学的观点,对在半熔条件下还原出来的金属颗粒的聚集机理进行了研究。
六、各方法优缺点
□□下表列出了朝阳重型建材机械制造有限公司法、大江山厂法及矿热炉法冶炼镍铁的优缺点。
回转窑直接还原法
回转窑+
矿热炉法
矿热炉法
朝阳重型建
材机械法
大江山法
熔炼能源
煤
煤
煤 + 电
电
能耗
目前最低
较低
高
太高
一次性设备投资
目前最低
较低
太高
高
镍铁含镍量
10%左右
10%左右
11%左右
4~7%
镍铁回收率
>90%
>90%
>97%
75%
单位成本
目前最低
很低
高
太高
利润率
目前最高
较高
低
低
投资回收期
1年内
1年内
很长
很长
□□注:回转窑直接还原法与矿热炉法相比,电耗约降低60~70%,
七、结论
□□概述了朝阳重型建材机械制造有限公司法的特点。炼镍铁消耗大量的能源,因此对本工艺的主要技术措施都以利用低价能源,降低能耗为目标。
□□通过各种改进措施(采用压团法,良好控制熔炼作业等)我们成功地创立了回收率相当高,成本低的镍铁法。这方法还给不锈钢生产提供优质的镍源。这就使我们能建成直接从原料开始的不锈钢联合生产线。
八、回转窑直接还原法与回转窑+矿热炉法主要经济指标对比表
(红土镍矿含水量:30%,品位:Ni=1.8, Fe=15.2,年按300天计算)
序
号
指标名称
单位
回转窑 +
矿热炉法
回转窑直接
还原法
1
红土矿处理量(湿基)
t/a
2000000
2000000
2
红土矿处理量(干基)
t/a
1400000
1400000
3
生产线数量
条
4
6
4
还原率
%
97
90
5
镍铁合金含镍量
%
10
9.5
6
镍铁合金
t/a
230860
214200
7
烘干机规格——数量
台
φ4.3×40m——4
φ3.5×30m——6
8
回转窑规格——数量
台
φ4.3×90m——4
φ4.2×84m——6
9
矿热炉规格——数量
台
φ16.5m——4
无
10
煤磨规格——数量
台
25t/h立磨——2
φ2.4×4.75m——3
11
石灰用量
t/a
80000
36000
12
还原煤
t/a
122000
180000
13
石墨电极
t/a
2000
无
14
耐火材料
t/a
3600
5100
15
动力电耗
Kwh/a
160000000
170000000
16
冶炼电耗
Kwh/a
950000000
24000000
17
电耗合计
Kwh/a
1110000000
194000000
18
新水
M3/a
1682000
600000
19
厂区占地面积
亩
500
400
20
其中:生产区占地面积
亩
400
300
21
劳动定员
人
600
600
22
项目总投资
亿元
24
8.1
23
其中:建设投资
亿元
13
7.4
24
其中:铺底流动资金
亿元
11
1
25
销售收入
亿元/a
27.7
24.4
26
总成本
亿元/a
26.8
13.5
27
利润
亿元/a
0.9
10.9
28
所得税
万元/a
2250
27250
29
净利润
万元/a
6750
81750
30
销售利润率
%
3.3
45
31
全部投资回收期
(不含建设期)
(税前)
9730天(26年)
270天(9个月)
32
(税后)
12800天(35年)
362天(12个月)
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