鎳鐵冶金技術(shù)及設(shè)備

鎳鐵冶金技術(shù)及設(shè)備前言.■就陸地資源而言，鐐的礦物資源主要是硫化鐐礦和氧化鐐礦。人們從硫化鐐礦中提取鐐金屬的歷史已久，工藝成熟。但地球上硫化鐐礦資源日益枯竭，因而開發(fā)利用氧化鐐礦已成為當(dāng)今世界鐐金屬提取業(yè)的主流。從氧化鐐礦中提取鐐金屬有火法和濕法之分，前者一般采用電爐或高爐生產(chǎn)線。鎳冶金概述1.1鎳礦資源全世界鐐的礦物資源主要有硫化鐐礦、氧化鐐礦和深海底含鐐錳結(jié)核三種。陸地資源中氧化鐐礦約占65%，硫化鐐礦約占35%，海底含鐐錳結(jié)核則是潛在的巨大鐐資源。硫化鐐精礦一般伴生有銅、鉆、金、銀和鉑族金屬等，在冶煉過程中可以綜合回收。氧化鐐礦主要分為鎂質(zhì)硅酸鹽型、褐鐵礦型和中間型三大類，可綜合回收的成分只有鉆和鐵。1.2鎳的性質(zhì)及用途鐐是元素周期表中第伽族的元素，其在元素周期表中的位置決定了鐐及其化合物的一系列物理化學(xué)性質(zhì)與鉆，鐵相似，在親硫和親氧性方面接近于銅。鐐是一種銀白色金屬，原子序數(shù)為28,相對(duì)原子質(zhì)量為58.71,熔

點(diǎn)為（1453±1）°C，沸點(diǎn)為2732°C，其在不同條件下的密度如下表1T所示。表1-1鎳的密度條件 20C1453C1500C鑄鎳電解鎳鎳丸化學(xué)純密度8.908/g,cm"鎳的化合物在自然界里有三種形態(tài)，即鎳的氧化物、硫化物和砷化物。其氧化物有氧化亞鎳（NiO）、四氧化三鎳（NiQ鎳的化合物在自然界里有三種形態(tài)，即鎳的氧化物、硫化物和砷化物。其氧化物有氧化亞鎳（NiO）、四氧化三鎳（NiQ）及三氧化二鎳（Ni2O3）。三氧化二鎳僅在低溫時(shí)穩(wěn)定，加熱至400-450C，則離解為四氧化三鎳，進(jìn)一步升溫則變?yōu)檠趸瘉嗘?。氧化亞鎳的熔點(diǎn)為1650-1660C,很容易被C或CO還原。氧化亞鎳與C。和FeO一樣，可形成NiO-SiO2和2NiO-SiO2兩類硅酸鹽化合物，但NiO-SiO2不穩(wěn)定。氧化亞鎳能溶于硫酸、亞硫酸、鹽酸和硝酸等溶液中，形成綠色的兩價(jià)鎳鹽。概況起來鎳的用途可分為六類： 制作金屬材料。包括制作不銹鋼、耐熱合金鋼和多種鎳合金等約3000余種金屬材料，約占消費(fèi)總量的70%以上。 用于電鍍。其用量約占鎳總消費(fèi)量的15%。 在石油化工的氫化過程中作催化劑。在煤氣化過程中，專用CO和H2合成甲烷時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)：co+H2—ch4+H2O（溫度800C加催化劑），常用的催化劑為高度分散在氧化鋁基體上的鎳復(fù)合材料（25%-27%），這種催化劑不易被HS、SO227.97.768.88.98.49.04(±0.03)等毒化。用作化學(xué)電源，是制作電源的材料。如在工業(yè)上已生產(chǎn)的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni電池和H-Ni密封電池。2制作顏料和染料。其最主要的是組成黃橙色顏料，該顏料由TiO2、NiO和Sb2O3的混合料在800°C以下煅燒而成，覆蓋能力強(qiáng)，具有金紅石或尖晶石結(jié)構(gòu)，故化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。制作陶瓷和鐵素體。如陶瓷工業(yè)上用NiO作著色劑，此外，還能增加料坯與鐵素體間的黏結(jié)性，并使料坯表面光潔致密。鐵素體是一種較好的陶瓷材料，主要用于高頻電氣設(shè)備。鎳鐵冶煉用耐火材料耐火材料是能滿足高溫條件下使用的無機(jī)非金屬材料，如熱工設(shè)備中的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)材料，高溫容器內(nèi)襯材料，高溫裝置中的元件、部件材料等。冶金對(duì)耐火材料的性能要求非常嚴(yán)格，即耐火度要高，高溫強(qiáng)度要好，能經(jīng)受熔渣、金屬液的侵蝕和急劇的溫度變化，有的還要求其在高真空和高溫下不揮發(fā)或不發(fā)生分解，可以說，冶金工業(yè)的發(fā)展與耐火材料工業(yè)的進(jìn)步是密不可分的。按其原料的化學(xué)性質(zhì)，耐火材料可分為堿性、酸性和中性三類。堿性耐火材料的主要成分是MgO和CaO；酸性耐火材料的主要成分為SiO2；中性耐火材料分為Al2O3質(zhì)、C質(zhì)和SiC質(zhì)等，耐火材料成分如表2-1所示。表2-1耐火材料的分類分類耐火材料名稱主要原料主要成分酸性耐火材料黏土質(zhì)耐材耐火黏土SiO+AlO 2 ^-3 硅質(zhì)耐材石英巖、硅石SiO 2 石英玻璃SiO2中性耐火材料高鋁質(zhì)耐材鋁磯土、藍(lán)晶石AlQ+SiO2剛玉質(zhì)耐材工業(yè)鋁氧、電熔剛玉A12O3碳質(zhì)耐材炭素材料、石墨C碳化硅質(zhì)耐材碳化硅SiC堿性耐火材料鎂質(zhì)耐材麥鎂礦、海水鎂礦MgO鎂碳質(zhì)耐材高級(jí)鎂砂、石墨MgO、C白云石質(zhì)耐材白云石CaO+MgO石灰質(zhì)耐材石灰、化學(xué)純碳酸鈣CaO按照使用溫度，可分為普通耐火制品（耐火度為1580-1770C）、高級(jí)耐火制品（耐火度為1770-2000°C）、特級(jí)耐火制品（耐火度大于2000C）。耐火材料具有如下重要性質(zhì)：（1） 耐火度和荷重軟化點(diǎn)。耐火度是材料在高溫下抵抗熔化的性能，耐火度是衡量硅酸鋁系耐火材料品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。熔點(diǎn)是純物質(zhì)的固液相平衡溫度，耐火度是低于純物質(zhì)熔點(diǎn)的。耐火材料在使用時(shí)都承受一定負(fù)荷，如果耐火材料受熱后變形，爐體必然損壞，因此荷重軟化點(diǎn)是耐火材料的另一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)。（2） 高溫抗折強(qiáng)度。高溫強(qiáng)度大的磚，其抗渣性能必然好，抗急冷急熱變化的能力也強(qiáng)，因此高溫抗折強(qiáng)度成為許多耐材特別是堿性耐材的關(guān)鍵指標(biāo)。（3） 熱震穩(wěn)定性。耐火材料受到的急劇溫度變化稱作熱震（或叫熱沖擊）。由于耐火制品為脆性材料，膨脹率較大而彈性較小，因此在受到熱沖擊時(shí)引起內(nèi)應(yīng)力使材料破裂或剝落。氣孔率和密度。耐材的氣孔有和外界相通的開口氣孔和與外界不通的封閉氣孔兩類，封閉氣孔體積很難測(cè)定，因此，制品的氣孔率用開口氣孔體積所占的百分比表示，稱為顯氣孔率。耐火制品的密度和氣孔有關(guān)，不包括任何氣孔體積的密度稱為真密度；包括全部氣孔體積在內(nèi)的密度稱為體積密度；僅包括封閉氣孔體積而不包括開口氣孔體積的密度稱為假密度。氣孔率和密度是耐火制品致密程度的指標(biāo)，高密度制品的力學(xué)性能好，也有利于抗渣侵蝕和抗熱震，得到高密度制品的關(guān)鍵是高壓成型設(shè)備?？乖浴?duì)于冶金耐材，抗渣侵蝕是非常重要的性能，與渣的性質(zhì)及耐火材料品種有關(guān)。硅酸鋁系耐火材料價(jià)格便宜、用途廣泛而且品種多，其基本化學(xué)成分是SiO2和A12O3，黏土磚、高鋁磚及硅磚是典型的硅酸鋁系耐火材料。堿性耐火材料主要組分為CaO-MgO共晶成分，為67%CaO、33%MgO,共晶溫度為2300°C。2.1耐火材料的損毀與壽命導(dǎo)致耐火材料損毀的原因很多，有耐火材料性能、質(zhì)量和使用條件問題，也有爐子設(shè)計(jì)、砌筑質(zhì)量和冶煉操作等問題。耐火材料的損毀往往是許多因素的綜合結(jié)果。一般來說，堿性材料爐襯，在熔煉過程中與熔渣反應(yīng)，會(huì)改變材料組成和結(jié)構(gòu)，造成耐材的損毀。操作溫度劇烈波動(dòng)以及金屬液、渣和氣流的沖擊等因素，則加速耐火材料的損毀。耐材的剝落：由于開口氣孔的毛細(xì)作用，熔渣可以進(jìn)入磚的內(nèi)部，形成以硅酸鹽為主的新相，在高溫下原磚和新形成的變質(zhì)層膨脹系數(shù)有差異，往往產(chǎn)生熱應(yīng)力以致出現(xiàn)裂紋，裂紋擴(kuò)展使變質(zhì)層剝落而損毀，氣孔率大、氣孔直徑大、熔渣和耐火材料間潤(rùn)濕良好，都使這種損毀加劇?？傊岣咭睙挔t襯的壽命，從耐火材料性能方面看要高純?cè)稀⒏邏撼尚?、高溫?zé)傻摹叭呒夹g(shù)”，以得到高純度、高密度、高強(qiáng)度的耐火材料。從使用耐火材料的方面看，要正確選擇耐火材料砌筑方法和改進(jìn)冶煉工藝，以使?fàn)t襯均衡侵蝕，可見冶煉工藝對(duì)爐襯壽命的影響也大。火法冶金耐火材料用量大，其保管也非常重要，應(yīng)在專門倉(cāng)庫(kù)中分類存放，防止其受潮變質(zhì)，不定形材料要防止混料，以免降低質(zhì)量甚至使材料變質(zhì)。鎳鐵冶煉用原材料原材料的質(zhì)量及供應(yīng)條件直接關(guān)系著鐐鐵冶煉的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是確保按計(jì)劃品種順利進(jìn)行生產(chǎn)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、高效的前提條件。必須大力改善冶煉原料的供應(yīng)和管理，積極實(shí)現(xiàn)冶金原料的“精細(xì)”化，確保冶煉用原料的化學(xué)成分和物理性質(zhì)符合技術(shù)條件，連續(xù)供應(yīng)的原料成分和物理性質(zhì)保持穩(wěn)定。鎳鐵冶煉所需基本原料科分為主爐料即氧化鎳礦和含鎳、鐵返回料，輔料即還原劑、熔劑、成球黏結(jié)劑等。3?1氧化鐐礦及返回料氧化鎳礦的大致成分見表3-2。硅酸鹽型氧化鎳礦的火法冶煉，首先要對(duì)購(gòu)回的礦石進(jìn)一步篩選或手選，以排除那些風(fēng)化程度較差、含鎳品位較低的大塊貧礦，并經(jīng)均勻化處理，力求獲得鎳品位較高且穩(wěn)定的礦石。氧化鎳礦含游離水和結(jié)晶水一般在30%左右，經(jīng)干燥后仍含20%左右結(jié)晶水，須經(jīng)720°C以上煅燒，充分排水，并預(yù)還原后，方可入爐冶煉。紅土礦是由鐵和鎳的氧化物組成的次生共生礦，其特點(diǎn)是硬度小，含水高(o(H2O)=20%-40%)，易泥化，品位約為1%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，紅土礦一類鎳礦占世界鎳儲(chǔ)量的75%以上，是非常有價(jià)值的鎳資源。紅土礦各成分含量如下表3-1所示。表3-1紅土礦成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %礦類Ni+CoFeCuC「qSiO2Al2O3MgOCaO紅土礦1.040-480.01-0.055.1210-173-53-51.5-3含鎳不銹鋼、合金冶煉產(chǎn)生的除塵灰，含鎳材料加工產(chǎn)生的打磨屑、酸洗泥、鍍鎳泥及其他含鎳、鐵返回料，經(jīng)干燥脫水后，根據(jù)入爐成分要求，可與新礦搭配造球利用，具有很好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

表3-2氧化鎳礦類型及成分3.2冶金輔料3.2.1還原劑用煤炭煤是一種固體燃料和化工材料，含碳量一般為46%-97%,呈褐色至黑色，具有暗淡至金屬光澤，相對(duì)密度為1.1-1.8。就世界礦物能源探明的地質(zhì)儲(chǔ)量看，煤炭資源最為豐富，約10萬億噸。中國(guó)探明可直接利用的煤炭資源儲(chǔ)量為1886億噸，剩余可采儲(chǔ)量為900億噸。我國(guó)煤炭總的分為無煙煤、煙煤和褐煤三類，其中煙煤又包括貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤、長(zhǎng)焰煤。煤的性質(zhì)通常指煤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)。煤的性質(zhì)與成煤植物積聚環(huán)境和煤化程度有關(guān)。煤的物理性質(zhì)包括煤的光澤、顏色、密度、表面性質(zhì)（潤(rùn)濕性、比表面積和孔隙度等）、光學(xué)性質(zhì)（折射率、反射率）及其熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。煤的熱學(xué)性質(zhì)包括煤的比熱容、煤的導(dǎo)熱系數(shù)和熱穩(wěn)定性。煤的力學(xué)性質(zhì)包括硬度、強(qiáng)度和可磨性。煤的化學(xué)性質(zhì)是指煤與多種化學(xué)試劑在一定條件下產(chǎn)生不同化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，包括氧化、加氫、鹵化、水解和烷基化以及煤與CO2的反應(yīng)性等，還包括用不同溶劑萃取的可萃取性。煤的工藝性質(zhì)指煤在一定加工條件下或轉(zhuǎn)化過程中所呈現(xiàn)的特性，如煤的塑性、可選性、黏結(jié)性、結(jié)焦性以及煤的發(fā)熱量、煤灰熔融性和煤的結(jié)渣性等，煤的性質(zhì)決定其用途。3.2?1?2煤的主要用途無煙煤的主要用途：（1） 煤化程度大的無煙煤可用作還原劑（代焦炭）煉制電石、碳化硅、紅磷、黃磷、鎂鈣磷肥、石灰、白云石及其他冶金產(chǎn)品（如燒結(jié)礦等），可用作石墨電極、合成氨等的原料，用作其他工業(yè)窯爐燃料、還原劑等。（2） 煤化程度中等的無煙煤中，低硫、低灰分煤可用于高爐噴吹，塊煤可用于煤氣發(fā)生爐制氣，小高爐還可用塊煤代替焦炭作還原劑。（3）煤化程度小的無煙煤用于合成氨、煤氣發(fā)生爐、高爐噴粉、礦石燒結(jié)及火電、水泥、石灰等生產(chǎn)的原燃料。不黏結(jié)煤（煙煤）主要包括長(zhǎng)焰煤、不黏煤、弱黏煤、貧煤。其主要用途如下：（1） 長(zhǎng)焰煤主要用作機(jī)車、發(fā)電及工業(yè)鍋爐和窯爐燃料，通過低溫干餾加工為各種液體燃料，制成合成原料氣等，用于發(fā)生爐制成煤氣，高壓加氫制成各種液體燃料。（2） 不黏煤主要作為燃料用于機(jī)車、發(fā)電及各種工業(yè)鍋爐、窯爐和制作發(fā)生爐煤氣。（3） 弱黏煤主要作為燃料用于機(jī)車、發(fā)電及各種工業(yè)鍋爐、窯爐，用于發(fā)生爐制造煤氣為冶金、水泥、玻璃工業(yè)提供能源，低灰分低磷分者可配煤煉焦。（4） 貧煤用于發(fā)電、工業(yè)窯爐及制造合成原料或發(fā)生爐煤氣，作為工業(yè)燃料使用。褐煤的主要用途如下：（1） 塊煤或壓制成型以造氣、煉焦（加黏結(jié)劑）或低溫干餾為半焦、焦油再加工等。（2） 用作工業(yè)原料制作活性炭、磺化煤、合成塑料，提取褐煤蠟、腐殖酸鈉等。（3） 制造農(nóng)肥等。國(guó)內(nèi)外目前尚無評(píng)價(jià)煤質(zhì)優(yōu)劣的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)有關(guān)資料介紹，有關(guān)主要煤質(zhì)指標(biāo)等級(jí)如表3-3和表3-4所示。表3-3煤質(zhì)指標(biāo)等級(jí)（一）等級(jí)低分中等高分固定碳/%V60

60-79

>80等級(jí)低分中等高分固定碳/%V60

60-79

>80揮發(fā)分/%V20

20-35

^35灰分/%<15

15-25

25-40水分/% 硫分/% 磷分/%<5 <15 <0.015-15 1.5-2.5 0.01-0.1>^ 2.5-4 >0.1表3-4煤質(zhì)指標(biāo)等級(jí)（一二）級(jí)別發(fā)熱量 塊煤強(qiáng)度（大于黏結(jié)性（膠質(zhì)層 熱穩(wěn)定性k6p/%級(jí)別/kJ?kg-1 25mm）/%最大厚度）/mm高值中值低值25121/29308高強(qiáng)18841/25121高值中值低值25121/29308高強(qiáng)18841/25121中強(qiáng)12560/18841低強(qiáng)>65 強(qiáng)黏50-65 中黏30-50 弱黏>20

10-20

<10好

中等

■差<303-4545-603.2.1.4對(duì)煤質(zhì)要求的應(yīng)用實(shí)例氧化鎳礦焙燒處理過去多用低硫、低灰分、高發(fā)熱值的焦粉。為了節(jié)約焦炭和改善工藝效果，目前多用無煙煤粉代替或部分代替，對(duì)其煤質(zhì)要求為：灰分小于15%,硫分小于1.5%，磷分小于0.04%。煤氣發(fā)生爐用煤質(zhì)量如表3-5所示。表3-5煤氣發(fā)生爐用煤質(zhì)量要求項(xiàng)目無煙煤煙煤褐煤灰分/%<25<20<20硫分/%W4<1.2<1.2灰分熔點(diǎn)/°c>1200>1200>1200膠質(zhì)層厚/mm<16機(jī)械強(qiáng)度（＞25mm）/%>65>65熱穩(wěn)定性（＞13mm殘焦）/%>60粒度（括號(hào)內(nèi)為限下率％）/mm6-13(V13%)13(不含)-25(V15%)25(不含)-50(V15%)13(不含)-25(V10%)25(不含)-50(V12%)50(不含)-100(V12%)25(不含)-50(V8%)50(不含)-100(V10%)3.2.2熔劑用石灰石石灰石作為鎳鐵冶金熔劑使用，其質(zhì)量應(yīng)符合以下要求：（1） 堿性氧化物（CaO）含量應(yīng)高，酸性氧化物（SiO2+Al2O3）含量應(yīng)低。石灰石中CaO的理論含量為56%，自然界中石灰石都會(huì)有一定的雜質(zhì)，故實(shí)際含量要比理論含量低。冶煉要求石灰石中SiO2和A12O3含量不大于3.5%，以使石灰石的有效熔劑提高，即有效CaO活度提高。（2） 有害雜質(zhì)S、P越低越好。石灰石中一般含S0.01%-0.08，P0.001%-0.03%。（3） 石灰石應(yīng)有一定的強(qiáng)度和均勻的塊度。石灰石化學(xué)成分和粒度要求如表3-6和表3-7所示。表3-6石灰石化學(xué)成分要求等級(jí)化學(xué)成分/%CaOCaO+MgOMgOS虬PS不小于不弋于特級(jí)品541.00.0020.02一級(jí)品531.50.010.08二級(jí)品5232.20.020.10三級(jí)品513.00.030.12四級(jí)品504.00.040.15特級(jí)品551.00.0050.02一級(jí)品541.50.010.08二級(jí)品5382.20.020.10三級(jí)品523.00.030.12類別普通石灰石高鎂石灰石四級(jí)品514.00.04表3-7石灰石粒度要求用途粒度范圍/mm最大粒度/mm用途粒度范圍/mm最大粒度/mm煅燒（回轉(zhuǎn)窯）<308冶煉（電爐）10-5060上限不超過允許波動(dòng)范圍/%下限不超過10103.2.3黏結(jié)劑用膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土又稱皂土，分鈣質(zhì)和鈉質(zhì)兩種，是以蒙脫石為主的層狀黏土礦物，用作成球黏結(jié)劑，配加量為成品量的1%-2%，對(duì)其質(zhì)量要求如下：（1） 最適宜的水分含量為7%-8%（干燥溫度不大于149°C）。（2） 小于0.043mm粒度的含量大于70%，小于0.074mm粒度的含量大于90%，小于0.15mm粒度的含量不小于97%。（3） 膨潤(rùn)土應(yīng)具有如下形態(tài)，即當(dāng)3g膨潤(rùn)土與0.15g化學(xué)純的氧化鎂及100mm蒸餾水混合后靜置24h，應(yīng)無沉淀產(chǎn)生。膠體量不小于90ml，上層溶液不超過10%。膨潤(rùn)土的質(zhì)量參考指標(biāo)如表3-8所示。表3-8膨潤(rùn)土質(zhì)量參考指標(biāo)指標(biāo)級(jí)別一級(jí)二級(jí)蒙脫石含量/%>6045-602h吸水率/%>120100-120膨脹倍數(shù)>128-12粒度小于0.074mm的占99%以上水分/%小于10%硫分/%小于0.5%氧化鎳礦成球使用粉化的石灰粉（消石灰）取代膨潤(rùn)土作黏結(jié)劑被實(shí)踐證明是合理的，值得推廣。鎳鐵冶金原料的加工鐐鐵冶金的原料加工處理，可大致分為兩段：前段主要是塊礦破碎、物料干燥、礦物制粉和配混料后造球；后段則主要是生球焙燒。其中破碎、造球和生球焙燒是生產(chǎn)過程的主要環(huán)節(jié)。4?1礦石破碎破碎是原料加工過程中的一個(gè)基本工序，包括對(duì)氧化鐐礦塊料、塊煤和石灰石的破碎，為后續(xù)爐料加工準(zhǔn)備必要的條件。4.1.1物料的一般技術(shù)特征物料粒度是指物料料塊的大小，通常以料塊最大邊長(zhǎng)（mm）來表示，也有以通過的篩孔尺寸或篩余百分比來表示的。破碎機(jī)的喂料粒度與破碎后的出料粒度的比值稱為破碎比，即Dmax/dmax式中：——破碎比；D 破碎機(jī)喂粒最大粒度，mm；maxdmax 破碎后的出最大料粒度，mm。破碎比的大小是破碎機(jī)選型的重要參數(shù)之一，不同破碎機(jī)有不同的破碎比，如表4-1所示。表4-1破碎等級(jí)及粒度破碎等級(jí)粗碎中碎破碎等級(jí)粗碎中碎細(xì)碎喂料粒度/mm

300-500

100-300

50-100出料粒度/mm

>100

20-100

0-20破碎機(jī)的喂料粒度應(yīng)與來料的粒度相適應(yīng)，換言之，要根據(jù)破碎物料的最大粒度，合理選擇破碎機(jī)。破碎機(jī)的出料粒度，決定于破碎機(jī)出料口的寬度及破碎機(jī)的特性，為了提高磨機(jī)的工作效率，降低粉磨電耗，在物料入磨前，將其盡可能破碎得細(xì)一些是十分必要的。因此，破碎機(jī)的出料粒度，往往按入磨物料所要求的粒度而定。4.1.2礦石強(qiáng)度及硬度系數(shù)物料破碎的難易程度主要取決于礦石的機(jī)械強(qiáng)度（抗壓、抗折），通常采用普式硬度系數(shù)來評(píng)定礦石的強(qiáng)度。所謂普式硬度系數(shù)（f）是礦石的極限抗壓強(qiáng)度（。壓）除以100所得的數(shù)值，即f二。壓/100。按普式硬度系數(shù)的大小，可將礦石分為五個(gè)硬度等級(jí)，如表4-2所示。表4-2按按普式硬度系數(shù)劃分的硬度等級(jí)礦石硬度等級(jí)普式硬度系數(shù)礦石舉例很軟V2煙煤、褐煤、水淬礦渣、黏土軟2-4氧化鎳礦、爐渣、混灰石中硬4-8石灰?guī)r、石膏、螢石硬8-10堅(jiān)硬石灰?guī)r、鐵礦、石英巖很硬>10花岡巖、玄武巖、硬石央巖4.2原料烘干與配粉為了獲得適于還原電爐冶煉使用的合格爐料，必須將氧化鎳礦（含返回料）、還原劑、熔劑、黏結(jié)劑等物料加工成符合粒度要求的粉體，在前述粗破的基礎(chǔ)上，為準(zhǔn)確配料和均勻混料進(jìn)而造球創(chuàng)造條件。鎳鐵冶金所用原（輔）料硬度都不大（見表4-2），易破碎，但情況復(fù)雜。就原（輔）料中量最大的氧化鎳礦而言，它是由自然風(fēng)化程度大的土質(zhì)粉礦和風(fēng)化程度小的石質(zhì)塊礦構(gòu)成的。兩者各有特點(diǎn)：土質(zhì)粉礦鎳品位較高且成分均勻，但含游離水較多；石質(zhì)塊礦鎳品位較低且不均勻，但含游離水較少。石質(zhì)塊礦經(jīng)破碎、制粉后可直接進(jìn)入配混料、造球工序；而土質(zhì)粉礦不需破碎，卻須烘干后方可入磨。為了確保原料成分均勻、穩(wěn)定，多將經(jīng)粗破（大塊石質(zhì)礦）后的石質(zhì)和土質(zhì)礦一同進(jìn)行烘干，然后細(xì)磨。4?3配料各種物料配量如下：（1） 鎳鐵礦。按其化學(xué)成分及各輔助原料配量分批配入。（2） 除塵灰等返回料。依經(jīng)驗(yàn)，按配料基量的5%配加。（3） 還原劑。按一定量鐵和全部鎳元素得以還原的量配入。（4） 熔劑。熔劑配加量按堿度要求確定。（5） 黏結(jié)劑。其配入量應(yīng)由試驗(yàn)確定，一般膨潤(rùn)土用量為成品量的1%-2%。使用消石灰作黏結(jié)劑，其用量與膨潤(rùn)土相近。鎳鐵冶金主要設(shè)備5?1環(huán)形燒結(jié)機(jī)燒結(jié)是將粉狀料或細(xì)粒料進(jìn)行高溫加熱，在不完全熔化的條件下燒結(jié)成塊的過程。燒結(jié)的方法有鼓風(fēng)燒結(jié)和抽風(fēng)燒結(jié)之分，以抽風(fēng)燒結(jié)最為常見。抽風(fēng)燒結(jié)分為連續(xù)式和間歇式，用于連續(xù)式抽風(fēng)燒結(jié)的有帶式燒結(jié)機(jī)和環(huán)式燒結(jié)機(jī)等；用于間歇式抽風(fēng)燒結(jié)的有固定式燒結(jié)機(jī)（如盤式燒結(jié)機(jī)和箱式燒結(jié)機(jī)）和移動(dòng)式燒結(jié)機(jī)等。現(xiàn)代燒結(jié)機(jī)主要是抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)和環(huán)形燒結(jié)機(jī)，前者由于生產(chǎn)能力大，機(jī)械化程度高，自動(dòng)控制裝置較完善，勞動(dòng)生產(chǎn)率也高，在大型鐵礦粉燒結(jié)生產(chǎn)中多被采用。從生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性考慮，環(huán)形燒結(jié)機(jī)更適合與電爐冶煉鐐鐵配套使用。5.1.1環(huán)形燒結(jié)機(jī)工藝流程燒結(jié)的過程是伴隨著物料物理化學(xué)變化的過程。燒結(jié)料因強(qiáng)烈的熱交換從70°C以下被加熱到1200-1400°C，并從固相中產(chǎn)生液相，液相又被迅速冷卻而凝固，其過程包括：（1）燃料燃燒和熱交換；（2）水分蒸發(fā)及冷凝；（3）碳酸鹽分解，燃料中揮發(fā)分的揮發(fā)；（4）礦物的氧化、還原與分解；（5）硫的氧化和去除；（6）固相間的反應(yīng)與液相的生成；（7）液相冷凝和燒結(jié)礦二次氧化等。其中包含的化學(xué)反應(yīng)如下所列：2FeO?3HO=2FeO+3HO23 2 23 2CaCO3=CaO+CO23Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO22FeO+SiO2=2FeO?SiO23Ni2O3+CO=2Ni3O4+CO2Ni3O4+CO=3NiO+CO22NiO+SiO2=2NiO?SiO2原料廠礦粉、返料、燃料、熔劑按比例混合，然后送混料機(jī)進(jìn)行二次混勻和造球，由皮帶運(yùn)輸機(jī)送到燒結(jié)機(jī)給料倉(cāng)，完成供料工藝。混好的料由布料器均勻地分布在燒結(jié)機(jī)盤面進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)，從燒結(jié)機(jī)機(jī)頭布好料開始抽風(fēng)燒結(jié)，到機(jī)尾（大盤末端）雙輥破碎機(jī)進(jìn)行破碎。通過漏斗溜到設(shè)在下層平臺(tái)的熱振動(dòng)篩中進(jìn)行篩分，不小于5mm的合格燒結(jié)礦通過溜槽溜到儲(chǔ)礦槽，供電爐使用，不大于5mm的粉礦，通過配料皮帶機(jī)進(jìn)行重新配料。燒結(jié)過程產(chǎn)生的廢氣，通過重力第一次除塵，雙旋風(fēng)第二次除塵，脈沖布袋除塵器（捕集粒徑大于0.3〃m的細(xì)小粉塵）第三次除塵后，除塵效率達(dá)到了99%以上，再經(jīng)風(fēng)機(jī)抽入煙鹵水幕除塵后，排入大氣。其工藝流程如圖5-1所示。

5-1燒結(jié)工藝流程圖燒結(jié)機(jī)各系統(tǒng)及其功能如下：配料系統(tǒng)。配料系統(tǒng)由配料倉(cāng)、圓盤給礦機(jī)、配料皮帶機(jī)等組成。用裝載機(jī)將礦粉、燃料、熔劑、返礦等物料裝入配料室料倉(cāng)內(nèi)，通過圓盤給礦機(jī)將以上物料按要求比例，送到配料皮帶機(jī)上，由皮帶機(jī)將物料運(yùn)至圓筒混料機(jī)進(jìn)行混勻造球?；炝现屏Ｏ到y(tǒng)?；炝舷到y(tǒng)一般由二次混合完成，一次混合主要是將從配料室來的各種物料混合均勻，再用皮帶機(jī)送至二次混合造球，二次混合的目的主要是為了提高球團(tuán)質(zhì)量，改善燒結(jié)過程中的透氣性。將混合料最終制成3-8mm占75%的小球形混合料，再由皮帶機(jī)送到布料倉(cāng)進(jìn)行布料，圓筒混料機(jī)具有混料范圍廣、能適應(yīng)原料的變動(dòng)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、生產(chǎn)可靠及生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。（3） 混合料布料系統(tǒng)?；旌狭喜剂舷到y(tǒng)主要由圓輥給料機(jī)、反射板、扇形閘門等組成，按照工藝要求通過調(diào)節(jié)扇形閘門的開啟度和圓輥給料機(jī)的轉(zhuǎn)速將混合料供到反射板上進(jìn)行偏析布料，通過調(diào)速反射板的角度來得到不同的布料效果。（4） 煤氣點(diǎn)火系統(tǒng)。煤氣點(diǎn)火系統(tǒng)由煤氣及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、燒嘴、助燃風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火室等組成。點(diǎn)火器采用自身預(yù)熱裝置對(duì)助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱，可提高助燃空氣溫度100-150°C，從而取得良好的節(jié)能效果。燒結(jié)生產(chǎn)使用的燃料分為點(diǎn)火燃料和燒結(jié)燃料。（5） 燒結(jié)主機(jī)。燒結(jié)主機(jī)系統(tǒng)主要由傳動(dòng)裝置、頭尾端部密封、臺(tái)車風(fēng)箱、吸風(fēng)裝置、機(jī)架、落塵系統(tǒng)和粉塵收集系統(tǒng)等組成。主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)在大盤下部側(cè)方，由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、蝸輪減速機(jī)等組成，通過普通減速器與蝸輪減速機(jī)配合，保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。卸料器采用3kV電動(dòng)機(jī)，位于大盤尾部，獨(dú)立的動(dòng)力系統(tǒng)完成大盤卸料，臺(tái)車與風(fēng)箱緊密連接，沒有空隙，有效地防止了漏風(fēng)。（6） 燒結(jié)礦的破碎、篩分系統(tǒng)。雙齒輥破碎機(jī)設(shè)置在燒結(jié)機(jī)的尾部，它主要負(fù)責(zé)將臺(tái)車卸下的大塊燒結(jié)礦破碎成小塊。經(jīng)雙齒輥破碎機(jī)破碎后的燒結(jié)礦進(jìn)行篩分，目的是將成品和返礦分開（對(duì)熱礦生產(chǎn)流程），或者提高冷卻效果（對(duì)冷礦卻生產(chǎn)流程）。不小于5mm的燒結(jié)礦提高溜槽到鱗板輸送機(jī)再由皮帶機(jī)運(yùn)至儲(chǔ)礦槽內(nèi)，供電爐使用。小于5mm的粉料經(jīng)過篩下皮帶機(jī)運(yùn)至混料系統(tǒng)重新進(jìn)行混合、燒結(jié)。（7）抽風(fēng)除塵系統(tǒng)。抽風(fēng)除塵系統(tǒng)由降塵管、旋風(fēng)除塵器、重力除塵器、水除塵器、主抽風(fēng)機(jī)、管路及煙沖組成。在燒結(jié)抽風(fēng)過程中產(chǎn)生的煙氣及灰塵和抽風(fēng)冷卻過程中產(chǎn)生的廢氣及灰塵（灰塵約0.5-3g/m3）通過風(fēng)箱進(jìn)入降塵管（50mm以上）除掉，經(jīng)降塵管除塵后的煙氣進(jìn)入重力除塵器進(jìn)行二次除塵，灰塵經(jīng)除塵器的卸灰閥排到運(yùn)輸小車上運(yùn)到配料室料倉(cāng)參與配料。重力除塵后的煙氣通過旋風(fēng)和水幕進(jìn)一步除塵后，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。5.2回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯屬于可旋轉(zhuǎn)窯爐，其筒體與水平成一角度，由電動(dòng)機(jī)通過減速裝置靠齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)筒體旋轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)窯使用固體（粉煤）燃料或液體（油）燃料和氣體燃料。與豎爐相比，回轉(zhuǎn)窯具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 生產(chǎn)能力大，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)率高；（2） 對(duì)煅燒物料適應(yīng)性好，原料粒度可小到10mm，充分利用礦山資源；（3） 煅燒產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，燃料帶入雜質(zhì)少，產(chǎn)品純度高。與豎爐相比，其不足之處是：投資較高，占地面積較大，單位燃料消耗較高等。回轉(zhuǎn)窯煅燒氧化鎳礦可依生產(chǎn)條件因地制宜，采用成球法或直接將礦物入窯煅燒?；剞D(zhuǎn)窯筒體類型有：（1） 直筒型。這是回轉(zhuǎn)窯最常見的筒體結(jié)構(gòu)，整個(gè)筒體直徑相同，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件及窯內(nèi)襯磚規(guī)格較少，便于制造、維修。（2） 窯頭擴(kuò)大型。擴(kuò)大回轉(zhuǎn)窯燃料燃燒區(qū)域的直徑，以擴(kuò)大燃燒帶的窯積，從而提高窯的發(fā)熱能力，增加火焰氣體輻射層厚度，改善窯內(nèi)高溫區(qū)域傳熱。（3） 窯尾擴(kuò)大型。擴(kuò)大窯尾筒體直徑能加強(qiáng)窯尾的預(yù)熱能力，降低窯尾氣體流速和廢氣溫度?；剞D(zhuǎn)窯的支撐及傳動(dòng)裝置：（1） 滾圈一一是安裝在回轉(zhuǎn)窯的筒體上與托輪接觸支撐筒體、窯襯、物料等所有回轉(zhuǎn)部分的部件。（2） 托輪一一是回轉(zhuǎn)窯的支撐裝置，它除了支撐回轉(zhuǎn)窯筒體的重力外，還在徑向和軸向?qū)剞D(zhuǎn)窯筒體起著定位作用。托輪的數(shù)量根據(jù)窯的長(zhǎng)短不同而異，與滾圈相對(duì)應(yīng)匹配，一般為2-4對(duì)。（3） 擋輪——回轉(zhuǎn)窯是傾斜安裝的，斜度一般為3%左右。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，由于窯體本身的重力而產(chǎn)生沿軸向下滑的分力等于滾圈與托輪間產(chǎn)生的摩擦力，使窯體處于平衡狀態(tài)。但有時(shí)下滑力大于摩擦力則會(huì)使窯體向下竄動(dòng)，擋輪就是在傳動(dòng)設(shè)備附近的一滾圈兩側(cè)安裝的輔以限制回轉(zhuǎn)窯筒體的軸向竄動(dòng)的裝置。（4） 傳動(dòng)裝置一一回轉(zhuǎn)窯的傳動(dòng)裝置是回轉(zhuǎn)窯的重要組成部分，主要由主傳動(dòng)裝置、輔助傳動(dòng)裝置、小齒輪、大齒輪等組成。主傳動(dòng)裝置用于回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為回轉(zhuǎn)窯提供動(dòng)力。當(dāng)主傳動(dòng)裝置不能正常位回轉(zhuǎn)窯提供動(dòng)力保證窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輔助傳動(dòng)裝置可保證回轉(zhuǎn)窯低速運(yùn)轉(zhuǎn)，防止高溫狀態(tài)下回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)時(shí)間不轉(zhuǎn)動(dòng)造成筒體變形。回轉(zhuǎn)窯的傳動(dòng)是通過電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)安裝在減速機(jī)低速軸上的小齒輪，在通過小齒輪帶動(dòng)安裝在筒體上的大齒輪連同回轉(zhuǎn)窯一起旋轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速通過主電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速或變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)。窯頭罩及密封裝置：（1） 窯頭罩一一設(shè)在回轉(zhuǎn)窯窯頭，下部開設(shè)出料口，側(cè)面多半設(shè)置檢修入孔，還留有燃槍安裝孔和觀察孔等。（2） 密封裝置一一回轉(zhuǎn)窯進(jìn)出口處的密封質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行能否正常、熱工過程能否穩(wěn)定至關(guān)重要?；剞D(zhuǎn)窯的密封方式很多，主要有摩擦式、迷宮式和氣封式等，其中以摩擦式較為常見。摩擦式密封多為彈簧片或石墨塊式。5?3還原電爐用于還原氧化鎳礦的電爐主要分為矮煙罩半封閉式還原電爐、半封閉旋轉(zhuǎn)式還原電爐、全封閉式還原電爐。還原電爐的機(jī)械設(shè)備包括爐體、電極系統(tǒng)、煙罩或爐蓋、爐體旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、加料裝置、液壓系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)等。爐體一一由鋼制爐殼和耐火材料砌襯組成，普遍采用圓形爐體，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，短網(wǎng)的布置也較容易做到合理，容易制造，大中型電爐爐殼采用16-25mm厚的鍋爐鋼板制成。爐襯一一一般在渣線以下的爐襯和爐底接觸鐵水部分，用碳質(zhì)耐火材料或鎂質(zhì)耐材，其他部位用高鋁質(zhì)或黏土質(zhì)耐材，靠近爐殼部位用隔熱材料。5.3.1電極鎳鐵還原電爐的電極絕大部分為自焙電極，自焙電極由電極殼和電極糊（固體炭素材料和黏結(jié)材料組成）組成。在生產(chǎn)時(shí)將電極糊加入特制的電極殼內(nèi)，通過爐內(nèi)的傳導(dǎo)熱、輻射熱和電阻熱將電極焙燒硬化。電極焙燒的有三個(gè)階段：（1）第一階段為軟化段。溫度由室溫升到200°C，此時(shí)電極糊全部軟化成流體狀態(tài)，并有少量黃煙冒出，正常時(shí)這個(gè)區(qū)域由上部開始直到銅瓦上緣500mm左右。（2）第二階段為揮發(fā)段。溫度為200-600C，此時(shí)電極糊已充滿熔化充填電極殼，并明顯揮發(fā)，電極糊逐漸變稠。靠近銅瓦上部，銅瓦冷卻作用使外部溫度較中心溫度低，并保持溫度上升較慢，這樣可使電極的揮發(fā)分充分排出，不急于焦化，使電極糊保持塑性，填充得好，空隙少使電極致密強(qiáng)度高。此階段是電極燒結(jié)的關(guān)鍵階段，尤其揮發(fā)段的下半段在銅瓦約3/5高處，正好外部有一定的塑性，中心開始焦化，因此既能少量導(dǎo)電，又可使電極和銅瓦接觸良好。（3）第三階段為燒結(jié)段。電極糊已移至銅瓦下部2/5，溫度已升到600-800C，電極糊焦化，將最后少量揮發(fā)物排出，變硬，形成導(dǎo)電好的電極。此處電流密度大，爐口輻射熱也增大，故電極周圍溫度又上升較快，中心和外部溫度逐漸一致。當(dāng)電極從銅瓦中出來時(shí)，已是導(dǎo)電性良好、堅(jiān)硬的電極了，又經(jīng)過料面上進(jìn)一步升溫，進(jìn)行部分石墨化轉(zhuǎn)變，進(jìn)入料面變成石墨化電阻小的電極。自焙電極事故主要有電極糊懸料、漏糊、軟斷和硬斷。5.3.2還原電爐變壓器電爐供電回路是電能輸送的主回路，其供電系統(tǒng)為：電網(wǎng)一高壓電纜一母線一高壓隔離開關(guān)一高壓斷路器一電爐變壓器一短網(wǎng)一經(jīng)電極輸入電爐。電爐變壓器主要技術(shù)特點(diǎn)：低壓側(cè)電壓特別低，電流特別大；低壓繞組每相幾路的引線端頭都是首尾相間隔引出箱外，高壓繞組最好也是每相的首尾均引出箱外，而不在箱內(nèi)連接；具有多級(jí)分接電壓；具有良好的絕緣強(qiáng)度及機(jī)械強(qiáng)度；具有不大的阻抗或短路電壓；接線組別一般采用12組；具有一定的過載能力，配有相應(yīng)的良好冷卻措施；大容量電爐采用三臺(tái)單相變壓器組是合理的；選用殼式結(jié)構(gòu)有一定的優(yōu)越性，殼式結(jié)構(gòu)與芯式結(jié)構(gòu)相比，其感抗可降低到原來的1/5-1/3，因而大大降低了變壓器空載損耗。同時(shí)與同容量的芯式變壓器相比，殼式變壓器具有體積小、質(zhì)量輕、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其是大中型電爐變壓器應(yīng)優(yōu)先采用。通常在還原電爐生產(chǎn)中，在配料恰當(dāng)、操作工藝合理的條件下，電爐能否達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的目標(biāo)，決定于電爐的功率因數(shù)［如心、電效率和熱效率。因?yàn)樵谝欢ǖ淖儔浩饕曉诠β氏?，功率因?shù)高時(shí)，才能從電網(wǎng)中多獲得有功功率，為高產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。電效率高，才能把從電網(wǎng)得到的一定功率，充分輸入爐內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備有功損耗減少，產(chǎn)品單位電耗相應(yīng)降低。熱效率高，電爐所得到的總熱能可以充分利用于生產(chǎn)?？偀崮艿闹饕糠质怯奢斎腚姞t的有效功率的電能轉(zhuǎn)變而來，當(dāng)然，也有少量的其他來源，如副反應(yīng)中的放熱反應(yīng)以及炭材的燃燒等，但相對(duì)較少，以至可以忽略不計(jì)。因此電爐的實(shí)際生產(chǎn)能力，可以用變壓器的視在功率與功率因數(shù)、電效率及熱效率的乘積來表示，后三個(gè)因數(shù)都恒小于1。5.3.3還原電爐生產(chǎn)工藝（參考）將燒結(jié)礦、還原劑（焦?。┖腿蹌┦遥┗熘朴闪瞎迯臓t頂料倉(cāng)下部的加料管導(dǎo)入爐內(nèi)，間斷加料定時(shí)出渣出鐵。液態(tài)金屬鎳鐵與爐渣經(jīng)分渣器分離后，通過鏈?zhǔn)借T鐵機(jī)澆鑄成錠，爐渣流入渣盤