本發(fā)明涉及一種紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的設(shè)施和方法，特別是涉及一種紅土鎳礦煤基粉態(tài)還原生產(chǎn)鎳鐵的設(shè)施和方法。

背景技術(shù)：

從紅土鎳礦中火法提煉鎳鐵作為生產(chǎn)不銹鋼的重要原料，日益受到不銹鋼企業(yè)的青睞。紅土鎳礦火法冶煉的主流工藝是回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐法（RKEF法），即回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焦炭（或高品質(zhì)還原煤）預(yù)還原，礦熱爐內(nèi)電加熱熔融分離。由于紅土鎳礦屬于低品位礦（鎳含量一般是1%~2%），含水率高，脈石 成分復(fù)雜，在通過回轉(zhuǎn)窯實(shí)現(xiàn)預(yù)熱、干燥、燒結(jié)、預(yù)還原的過程中，物料結(jié)圈問題十分突出，不得不采取降低回轉(zhuǎn)窯還原溫度或增加造球燒結(jié)工藝作為改進(jìn)手段，導(dǎo)致產(chǎn)能偏低；一方面焦炭成本高昂，而還原煤對(duì)灰分要求嚴(yán)格，推廣應(yīng)用受限；另一方面，增加造球燒結(jié)工藝也提高了投資和成本；此外，礦熱爐采用電加熱的方式進(jìn)行熔融還原和分離，能耗偏高一直是瓶頸問題；因此，探索適合我國國情的煤基生產(chǎn)鎳鐵的方法勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)工藝存在能耗高、產(chǎn)量低、工況不順、成本高的缺點(diǎn)，提供一種紅土鎳礦煤基粉態(tài)還原生產(chǎn)鎳鐵的設(shè)施和方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種紅土鎳礦煤基粉態(tài)還原生產(chǎn)鎳鐵的設(shè)施包括：原礦破碎機(jī)、均化堆場、粉磨機(jī)、礦粉均化庫、礦粉計(jì)量秤、調(diào)渣粉均化庫、調(diào)渣粉計(jì)量秤、混料運(yùn)輸機(jī)、燃燒器、焦化器、煤焦計(jì)量秤、煤氣管道、多級(jí)預(yù)熱器、中溫還原窯、連接器、高溫熔分窯、澆鑄機(jī)、拌料床、渣料破碎機(jī)、冷卻機(jī)、收塵器、鼓風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)；

原礦破碎機(jī)、均化堆場、粉磨機(jī)、礦粉均化庫和礦粉計(jì)量秤順序連接后再連接到混料運(yùn)輸機(jī)的輸入端，調(diào)渣粉均化庫通過調(diào)渣粉計(jì)量秤連接到混料運(yùn)輸機(jī)的輸入端；混料運(yùn)輸機(jī)輸出端與多級(jí)預(yù)熱器輸入端連接；多級(jí)預(yù)熱器豎向串聯(lián)布置；多級(jí)預(yù)熱器底部出料口與中溫還原窯尾連接；中溫還原窯的窯頭通過連接器與高溫熔分窯的窯尾連接；高溫熔分窯下方設(shè)有澆鑄機(jī)；高溫熔分窯設(shè)有窯頭罩，窯頭罩設(shè)有燃燒器入口；窯頭罩下方設(shè)有拌料床，在拌料床的上方設(shè)有料渣破碎機(jī)；拌料床的出口與冷卻機(jī)連接；

調(diào)渣粉均化庫通過調(diào)渣粉計(jì)量秤輸出，同時(shí)與連接器以及混料運(yùn)輸機(jī)連接；

焦化器通過煤氣管道與連接器連接，焦化器通過煤焦計(jì)量秤同時(shí)與中溫還原窯和連接器連接；

鼓風(fēng)機(jī)通過管路與冷卻機(jī)連接；

高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口通過管路與冷卻機(jī)連接，高溫風(fēng)機(jī)出風(fēng)口通過管路分別與焦化器、粉磨機(jī)、燃燒器連接；

循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口通過管路與多級(jí)預(yù)熱器的頂部連接，循環(huán)風(fēng)機(jī)出風(fēng)口通過管路與連接器連接；

收塵器進(jìn)風(fēng)口通過管路分別與原礦破碎機(jī)、粉磨機(jī)、多級(jí)預(yù)熱器頂部連接，收塵器出風(fēng)口通過引風(fēng)機(jī)外排。

所述的中溫還原窯和高溫熔分窯沿料流方向通過連接器呈下降階梯式串聯(lián)布置，中溫還原窯和高溫熔分窯的軸線均向下傾斜，傾角1°～5°，中溫還原窯窯頭徑向斷面中心與高溫熔分窯的窯尾徑向斷面中心的連線向下傾斜，傾角范圍60°～70°。

紅土鎳礦煤基粉態(tài)還原生鐵鎳鐵的方法包括以下步驟：（1）粉料制備與均化，完成原礦和調(diào)渣劑的干燥、粉磨和均化；（2）還原劑的提質(zhì)與制備，完成還原煤的焦化，同時(shí)提供還原氣；（3）粉料預(yù)熱預(yù)還原，礦粉和調(diào)渣劑的混合礦料在預(yù)熱器內(nèi)完成干燥、升溫和預(yù)還原，形成混合礦料；（4）混合礦料還原：混合礦料在中溫還原窯內(nèi)與煤焦和還原氣進(jìn)行主體還原，形成還原礦料；（5）熔融還原分離：還原礦料在高溫熔分窯內(nèi)快速升溫熔融，在完成殘余還原的同時(shí)實(shí)現(xiàn)渣鐵分離；（6）出料：熔融鎳鐵和融渣從不同通道放出，形成鎳鐵成品；（7）渣處理：高溫熔渣冷卻，循環(huán)拌和，為前序工藝提供高溫余熱。

具體步驟如下：

步驟1、粉料制備與均化：紅土鎳礦經(jīng)原礦破碎機(jī)破碎后進(jìn)入均化堆場進(jìn)行預(yù)均化，預(yù)均化后的礦料經(jīng)粉磨機(jī)進(jìn)一步磨細(xì)后進(jìn)入礦粉均化庫進(jìn)行均化，礦粉粒度小于0.3mm；

調(diào)渣粉經(jīng)過調(diào)渣粉均化庫進(jìn)行均化，調(diào)渣粉的粒度小于0.3mm；

所述的原礦破碎機(jī)和粉磨機(jī)均與高溫?zé)煔膺M(jìn)口和收塵器管道連接，通過引風(fēng)機(jī)外排，在破碎和粉磨的同時(shí)完成礦料干燥和收塵；

步驟2、還原劑的提質(zhì)與制備：還原煤通過焦化器進(jìn)行熱解焦化提質(zhì)，形成還原性較強(qiáng)的煤焦和煤氣，焦化器的熱源來自高溫風(fēng)機(jī)的高溫?zé)煔猓?/p>

步驟3、粉料預(yù)熱預(yù)還原：礦粉和調(diào)渣粉從均化庫分別設(shè)定比例由計(jì)量秤計(jì)量給出，所述的礦粉和調(diào)渣粉的質(zhì)量比例范圍為100:3~100:10，經(jīng)過混料運(yùn)輸機(jī)將混合料粉從頂部喂料進(jìn)入多級(jí)預(yù)熱器，混合料粉與來自中溫還原窯的煙氣在多級(jí)預(yù)熱器內(nèi)逆向流動(dòng)，完成混合料粉的快速干燥預(yù)熱和高溫?zé)煔獾睦鋮s，同時(shí)礦粉與煙氣中的還原性氣體發(fā)生預(yù)還原反應(yīng)，調(diào)渣粉在煙氣溫度下完成分解，經(jīng)多級(jí)預(yù)熱器頂部排出的煙氣溫度小于300℃，多級(jí)預(yù)熱器底部混合礦料出料溫度為800℃～850℃；多級(jí)預(yù)熱器排列方式為豎向單列或豎向雙列，級(jí)數(shù)根據(jù)反應(yīng)速度設(shè)計(jì)確定；多級(jí)預(yù)熱器通過管管路和收塵器連接，由引風(fēng)機(jī)外排；

步驟4、混合礦料還原：800℃～850℃的混合礦料在中溫還原窯的窯尾與來自焦化器的煤焦一同進(jìn)入中溫還原窯，形成礦焦混合料，煤焦加入量根據(jù)設(shè)定比例由煤焦計(jì)量秤控制，所述的煤焦與混合礦料的質(zhì)量比例范圍為10:100~30:100；礦焦混合料在中溫還原窯內(nèi)與煙氣逆向流動(dòng)，礦焦混合料在向窯頭緩慢前進(jìn)的過程中，其中的鎳鐵氧化物與煤焦和煤氣在中溫還原窯內(nèi)完成主體還原，形成還原礦料；循環(huán)風(fēng)機(jī)將多級(jí)預(yù)熱器的部分小于300℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過管道吹入連接器，與來自高溫熔分窯的高溫?zé)煔饣旌希沟眠M(jìn)入中溫還原窯窯內(nèi)煙氣溫度保持為1100℃～1200℃，同時(shí)來自焦化器的煤氣也經(jīng)煤氣管道進(jìn)入連接器，增加中溫還原窯的還原氣氛；還原礦料出窯溫度為900℃～1000℃；

步驟5、熔融還原和分離：900℃～1000℃的還原礦料經(jīng)連接器進(jìn)入高溫熔分窯，同時(shí)煤焦和調(diào)渣粉也根據(jù)設(shè)定比例經(jīng)連接器進(jìn)入高溫熔分窯，所述的煤焦與還原礦料的質(zhì)量比例范圍為3:100~10:100，調(diào)渣粉與還原礦料的質(zhì)量比例范圍為3:100~10:100；燃燒器將煤粉和來自高溫風(fēng)機(jī)的煙氣噴入窯頭罩充分燃燒，形成高溫?zé)煔饬鬟M(jìn)入高溫熔分窯，還原礦料和煤焦在高溫熔分窯內(nèi)迅速升溫，同時(shí)完成殘余鎳鐵的還原；高溫熔分窯煙氣溫度保持為1600℃～1700℃，窯內(nèi)熔融物料溫度為1450℃～1500℃；熔融物料根據(jù)比重不同在窯內(nèi)自動(dòng)分離，形成下部為熔融鎳鐵水和上部為熔渣的結(jié)構(gòu)體系；

步驟6、出料：當(dāng)高溫熔分窯內(nèi)鎳鐵量達(dá)到設(shè)定值后，高溫熔分窯停止轉(zhuǎn)動(dòng)，打開高溫熔分窯的窯身放液孔連續(xù)放出鎳鐵水進(jìn)入澆鑄機(jī)，形成鎳鐵塊成品，同時(shí)窯內(nèi)上部熔渣由窯口溢出經(jīng)窯頭罩進(jìn)入拌料床，從拌料床輸出至冷卻機(jī)，熔渣經(jīng)冷卻機(jī)冷卻后排出至渣料破碎機(jī)，經(jīng)渣料破碎機(jī)破碎后成為低溫渣料；當(dāng)本批次鎳鐵水達(dá)到設(shè)定放出量后關(guān)閉放液孔，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)高溫混轉(zhuǎn)窯；在出料過程中，其他各步驟工作繼續(xù)進(jìn)行；

步驟7、渣處理：進(jìn)入拌料床的高溫熔渣與來自渣料破碎機(jī)的低溫渣料混合，快速降低熔融渣料的溫度，形成溫度為800℃～900℃的拌和渣料，拌和渣料由熔融液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎吵砉虘B(tài)進(jìn)入冷卻機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)將大量自然風(fēng)快速鼓入冷卻機(jī)使得渣料快速冷卻，同時(shí)獲得高溫?zé)煔?，為前序工藝提供熱源；冷卻機(jī)的部分出料循環(huán)進(jìn)入渣料破碎機(jī)，持續(xù)提供低溫渣料用于拌和。

有益效果及優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明與傳統(tǒng)煤基法相比，具有如下有效效果和優(yōu)點(diǎn)：

1、設(shè)置了紅土鎳礦的多道均化工藝，實(shí)現(xiàn)了從原礦到礦粉的充分均化，從根本上降低了原料中脈石成分不均造成的突發(fā)性窯況不順問題，同時(shí)降低了分析窯礦不順的難度。

2、克服了傳統(tǒng)造球工藝一旦配料成球難以改變配比的缺陷，采用了還原煤提質(zhì)和后添加工藝，一方面降低了還原煤的燒損，提高了還原煤利用率，另一方面能夠快速改變進(jìn)窯還原劑的用量，具備根據(jù)窯況快速優(yōu)化還原劑用量的手段。

3、調(diào)渣劑和紅土鎳礦在進(jìn)入預(yù)熱器之前采用了分別獨(dú)立均化和計(jì)量的工藝，能夠快速改變和穩(wěn)定配比，此外，調(diào)渣劑在連接器處設(shè)置了應(yīng)急快速添加通道，能夠充分保障高溫熔分窯的工況，使得渣鐵充分分離。

4、原料在整個(gè)工藝流程中，連續(xù)逐級(jí)升溫，原料反應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定，反應(yīng)負(fù)荷分布均勻，渣料和余熱循環(huán)利用，大大節(jié)省了系統(tǒng)能耗。

5、采用預(yù)熱器粉態(tài)進(jìn)料，快速干燥和預(yù)還原，熱能利用效率高。

6、還原煤可采用高揮發(fā)性的廉價(jià)低階煤，拓展了傳統(tǒng)煤基法的用煤范圍，我國低階煤分布廣泛，有利于降低原料成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

一種紅土鎳礦煤基粉態(tài)還原生產(chǎn)鎳鐵的設(shè)施包括：原礦破碎機(jī)、均化堆場、粉磨機(jī)、礦粉均化庫、礦粉計(jì)量秤、調(diào)渣粉均化庫、調(diào)渣粉計(jì)量秤、混料運(yùn)輸機(jī)、燃燒器、焦化器、煤焦計(jì)量秤、煤氣管道、多級(jí)預(yù)熱器、中溫還原窯、連接器、高溫熔分窯、澆鑄機(jī)、拌料床、渣料破碎機(jī)、冷卻機(jī)、收塵器、鼓風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)；

原礦破碎機(jī)、均化堆場、粉磨機(jī)、礦粉均化庫和礦粉計(jì)量秤順序連接后再連接到混料運(yùn)輸機(jī)的輸入端，調(diào)渣粉均化庫通過調(diào)渣粉計(jì)量秤連接到混料運(yùn)輸機(jī)的輸入端；混料運(yùn)輸機(jī)輸出端與多級(jí)預(yù)熱器輸入端連接；多級(jí)預(yù)熱器豎向串聯(lián)布置；多級(jí)預(yù)熱器底部出料口與中溫還原窯尾連接；中溫還原窯的窯頭通過連接器與高溫熔分窯的窯尾連接；高溫熔分窯下方設(shè)有澆鑄機(jī)；高溫熔分窯設(shè)有窯頭罩，窯頭罩設(shè)有燃燒器入口；窯頭罩下方設(shè)有拌料床，在拌料床的上方設(shè)有料渣破碎機(jī)；拌料床的出口與冷卻機(jī)連接；

調(diào)渣粉均化庫通過調(diào)渣粉計(jì)量秤輸出，同時(shí)與連接器以及混料運(yùn)輸機(jī)連接；

焦化器通過煤氣管道與連接器連接，焦化器通過煤焦計(jì)量秤同時(shí)與中溫還原窯和連接器連接；

鼓風(fēng)機(jī)通過管路與冷卻機(jī)連接；

高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口通過管路與冷卻機(jī)連接，高溫風(fēng)機(jī)出風(fēng)口通過管路分別與焦化器、粉磨機(jī)、燃燒器連接；

循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口通過管路與多級(jí)預(yù)熱器的頂部連接，循環(huán)風(fēng)機(jī)出風(fēng)口通過管路與連接器連接；

收塵器進(jìn)風(fēng)口通過管路分別與原礦破碎機(jī)、粉磨機(jī)、多級(jí)預(yù)熱器頂部連接，收塵器出風(fēng)口通過引風(fēng)機(jī)外排。

所述的中溫還原窯和高溫熔分窯沿料流方向通過連接器呈下降階梯式串聯(lián)布置，中溫還原窯和高溫熔分窯的軸線均向下傾斜，傾角1°～5°，中溫還原窯窯頭徑向斷面中心與高溫熔分窯的窯尾徑向斷面中心的連線向下傾斜，傾角范圍60°～70°。

紅土鎳礦煤基粉態(tài)還原生鐵鎳鐵的方法包括以下步驟：（1）粉料制備與均化，完成原礦和調(diào)渣劑的干燥、粉磨和均化；（2）還原劑的提質(zhì)與制備，完成還原煤的焦化，同時(shí)提供還原氣；（3）粉料預(yù)熱預(yù)還原，礦粉和調(diào)渣劑的混合礦料在預(yù)熱器內(nèi)完成干燥、升溫和預(yù)還原，形成混合礦料；（4）混合礦料還原：混合礦料在中溫還原窯內(nèi)與煤焦和還原氣進(jìn)行主體還原，形成還原礦料；（5）熔融還原分離：還原礦料在高溫熔分窯內(nèi)快速升溫熔融，在完成殘余還原的同時(shí)實(shí)現(xiàn)渣鐵分離；（6）出料：熔融鎳鐵和融渣從不同通道放出，形成鎳鐵成品；（7）渣處理：高溫熔渣冷卻，循環(huán)拌和，為前序工藝提供高溫余熱。

具體步驟如下：

步驟1、粉料制備與均化：紅土鎳礦經(jīng)原礦破碎機(jī)破碎后進(jìn)入均化堆場進(jìn)行預(yù)均化，預(yù)均化后的礦料經(jīng)粉磨機(jī)進(jìn)一步磨細(xì)后進(jìn)入礦粉均化庫進(jìn)行均化，礦粉粒度小于0.3mm；

調(diào)渣粉經(jīng)過調(diào)渣粉均化庫進(jìn)行均化，調(diào)渣粉的粒度小于0.3mm；

所述的原礦破碎機(jī)和粉磨機(jī)均與高溫?zé)煔膺M(jìn)口和收塵器管道連接，通過引風(fēng)機(jī)外排，在破碎和粉磨的同時(shí)完成礦料干燥和收塵；

步驟2、還原劑的提質(zhì)與制備：還原煤通過焦化器進(jìn)行熱解焦化提質(zhì)，形成還原性較強(qiáng)的煤焦和煤氣，焦化器的熱源來自高溫風(fēng)機(jī)的高溫?zé)煔猓?/p>

步驟3、粉料預(yù)熱預(yù)還原：礦粉和調(diào)渣粉從均化庫分別按設(shè)定比例由計(jì)量秤計(jì)量給出，所述的礦粉和調(diào)渣粉的質(zhì)量比例范圍為100:3~100:10，經(jīng)過混料運(yùn)輸機(jī)將混合料粉從頂部喂料進(jìn)入多級(jí)預(yù)熱器，混合料粉與來自中溫還原窯的煙氣在多級(jí)預(yù)熱器內(nèi)逆向流動(dòng)，完成混合料粉的快速干燥預(yù)熱和高溫?zé)煔獾睦鋮s，同時(shí)礦粉與煙氣中的還原性氣體發(fā)生預(yù)還原反應(yīng)，調(diào)渣粉在煙氣溫度下完成分解，經(jīng)多級(jí)預(yù)熱器頂部排出的煙氣溫度小于300℃，多級(jí)預(yù)熱器底部混合礦料出料溫度為800℃～850℃；多級(jí)預(yù)熱器排列方式為豎向單列或豎向雙列，級(jí)數(shù)根據(jù)反應(yīng)速度設(shè)計(jì)確定；多級(jí)預(yù)熱器通過管管路和收塵器連接，由引風(fēng)機(jī)外排；

步驟4、混合礦料還原：800℃～850℃的混合礦料在中溫還原窯的窯尾與來自焦化器的煤焦一同進(jìn)入中溫還原窯，形成礦焦混合料，煤焦加入量根據(jù)設(shè)定比例由煤焦計(jì)量秤控制；礦焦混合料在中溫還原窯內(nèi)與煙氣逆向流動(dòng)，礦焦混合料在向窯頭緩慢前進(jìn)的過程中，其中的鎳鐵氧化物與煤焦和煤氣在中溫還原窯內(nèi)完成主體還原，形成還原礦料；循環(huán)風(fēng)機(jī)將多級(jí)預(yù)熱器的部分小于300℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過管道吹入連接器，與來自高溫熔分窯的高溫?zé)煔饣旌希沟眠M(jìn)入中溫還原窯窯內(nèi)煙氣溫度保持為1100℃～1200℃，同時(shí)來自焦化器的煤氣也經(jīng)煤氣管道進(jìn)入連接器，增加中溫還原窯的還原氣氛；還原礦料出窯溫度為900℃～1000℃；

步驟5、熔融還原和分離：900℃～1000℃的還原礦料經(jīng)連接器進(jìn)入高溫熔分窯，同時(shí)煤焦和調(diào)渣粉也根據(jù)設(shè)定比例經(jīng)連接器進(jìn)入高溫熔分窯，所述的煤焦與還原礦料的質(zhì)量比例范圍為3:100~10:100；所述的調(diào)渣粉與還原礦料的質(zhì)量比例范圍為3:100~10:100；燃燒器將煤粉和來自高溫風(fēng)機(jī)的煙氣噴入窯頭罩充分燃燒，形成高溫?zé)煔饬鬟M(jìn)入高溫熔分窯，還原礦料和煤焦在高溫熔分窯內(nèi)迅速升溫，同時(shí)完成殘余鎳鐵的還原；高溫熔分窯煙氣溫度保持為1600℃～1700℃，窯內(nèi)熔融物料溫度為1450℃～1500℃；熔融物料根據(jù)比重不同在窯內(nèi)自動(dòng)分離，形成下部為熔融鎳鐵水和上部為熔渣的結(jié)構(gòu)體系；

步驟6、出料：當(dāng)高溫熔分窯內(nèi)鎳鐵量達(dá)到設(shè)定值后，高溫熔分窯停止轉(zhuǎn)動(dòng)，打開高溫熔分窯的窯身放液孔連續(xù)放出鎳鐵水進(jìn)入澆鑄機(jī)，形成鎳鐵塊成品，同時(shí)窯內(nèi)上部熔渣由窯口溢出經(jīng)窯頭罩進(jìn)入拌料床，從拌料床輸出至冷卻機(jī)，熔渣經(jīng)冷卻機(jī)冷卻后排出至渣料破碎機(jī)，經(jīng)渣料破碎機(jī)破碎后成為低溫渣料；當(dāng)本批次鎳鐵水達(dá)到設(shè)定放出量后關(guān)閉放液孔，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)高溫混轉(zhuǎn)窯；在出料過程中，其他各步驟工作繼續(xù)進(jìn)行；

步驟7、渣處理：進(jìn)入拌料床的高溫熔渣與來自渣料破碎機(jī)的低溫渣料混合，快速降低熔融渣料的溫度，形成溫度為800℃～900℃的拌和渣料，拌和渣料由熔融液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎吵砉虘B(tài)進(jìn)入冷卻機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)將大量自然風(fēng)快速鼓入冷卻機(jī)使得渣料快速冷卻，同時(shí)獲得高溫?zé)煔?，為前序工藝提供熱源；冷卻機(jī)的部分出料循環(huán)進(jìn)入渣料破碎機(jī)，持續(xù)提供低溫渣料用于拌和。