Устройство и способ плавки никеля с верхним дутьем
Изобретение относится к устройству и способу плавки никеля с верхним дутьем. Устройство содержит печь, образованную боковыми стенками, торцевыми стенками, подом печи и сводом печи, фурму, входящую в зону плавки через окно для фурмы, и электрод, входящий в зону обеднения через окно для электрода. В середине свода печи имеется перегородка, отходящая внутрь печи и разделяющая печь на зону плавки и зону обеднения, сообщающиеся друг с другом. Раскрыт способ непрерывной плавки никеля с верхним дутьем. Обеспечивается сокращение энергопотребления, возможность адаптации процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, укорачивания технологической схемы плавки в ванне расплава, расширение возможности преодоления аварий, непрерывная подача и периодическая выгрузка, повышена эффективность обеднения шлака. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области технологий плавки никеля, более конкретно, к устройству и способу плавки никеля с верхним дутьем.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существующие в настоящее время процессы плавки никеля, используемые во всем мире, можно классифицировать на плавление во взвешенном состоянии, плавление с верхним дутьем и плавление с боковым дутьем.
Плавление во взвешенном состоянии относится к процессам плавки взвешенного металла, как правило, включающим следующую технологическую схему: дозирование никелевого концентрата и флюсующей добавки, сушка, загрузка через верх печи, распыление в реакционную башню через сопло концентрата, плавление во взвешенном состоянии, получение текучего никелевого штейна и шлака. В этом процессе жесткие требования предъявляются к размеру частиц, влажности, составу и стабильности материалов, поступающих в печь. Например, в качестве флюсующей добавки используют кварц, который должен быть мелко размолот и смешан с сухим концентратом. Кроме этого, для плавки во взвешенном состоянии необходимо, чтобы материал, поступающий в печь, представлял собой сухой порошок, также имеются строгие требования к составу и стабильности материала, особенно, содержанию в материале MgO, в результате, процесс плохо адаптируется к сырью, технологически сложен и длителен.
Плавление с верхним дутьем (включая процессы плавки с верхним дутьем Ausmelt и ISA) относится к процессам плавки в ванне расплава и, как правило, включает следующую технологическую схему: дозирование никелевого концентрата, флюсующей добавки и других добавок, гранулирование, подача в печь при помощи колошникового подвижного питателя, плавление с верхним дутьем, обеднение шлака в электропечи, получение штейна с низким содержанием никеля и шлака. В этом процессе исходные материалы гранулируют с получением гранул размером от 5 мм до 25 мм и затем подают в печь. Хотя требования к составу и стабильности материала в этом процессе не такие строгие, как в процессе плавки во взвешенном состоянии, шлак необходимо обеднять в электропечи вне основной печи, что удлиняет технологическую схему и увеличивает энергопотребление. Кроме этого, плавление с верхним дутьем проводят с одной фурмой, и когда фурму заменяют, поток воздуха, подаваемый в печь, должен быть прерван, а температуру нужно поддерживать, из-за чего снижается эффективность плавки. Кроме этого, фурма плавильной печи вводится в слой шлака, поэтому срок ее службы небольшой. Кроме этого, при наличии одной фурмы может иметь место большой расход потока воздуха, сильное взбалтывание ванны расплава, разбрызгивание, поэтому требуется большая высота печи, фурма должна быть длинной, таким образом, увеличивается высота установки, и повышается себестоимость.
Плавление с боковым дутьем также относится к процессам плавки в ванне расплава и включает следующую технологическую схему: дозирование никелевого концентрата, флюсующей добавки и других добавок, подача в печь при помощи колошникового подвижного питателя, плавление с боковым дутьем, обеднение шлака в электропечи, получение штейна с низким содержанием никеля и шлака. В этом процессе исходные материалы должны быть превращены в гранулы размером не более 25 мм, требования к составу и стабильности материала не такие строгие, как в процессе плавки во взвешенном состоянии. Фурмы с двух сторон печи погружены в слой шлака, печь снабжена аварийной системой подачи воздуха. Когда случается авария, подачу воздуха прерывают, и фурму нужно быстро блокировать, что требует больших трудозатрат. Расплавленный шлак необходимо обеднять в электропечи вне основной печи, что удлиняет технологическую схему и увеличивает энергопотребление. Особые требования предъявляются к колебанию уровня шлака, как правило, шлак нужно непрерывно отводить. Расплавленный шлак поступает на обеднение в электропечь по желобу, из-за рассеивания тепла в желобе увеличивается энергопотребление, а также возникает вторичное перемешивание, что отрицательно сказывается на оседании шлака и никелевого штейна.
Следовательно, существующие процессы плавки никеля нуждаются в усовершенствовании.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на решение, по меньшей мере, одной из проблем, существующих в известном уровне техники, по меньшей мере, до некоторой степени. Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа плавки никеля с верхним дутьем. В устройстве настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности преодоления аварий, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.
Настоящим изобретением обеспечивается устройство плавки никеля с верхним дутьем, представленное несколькими вариантами его осуществления. Устройство включает:
печь, образованную боковыми стенками, торцевыми стенками, подом печи и сводом печи, при этом, в середине свода печи имеется перегородка, отходящая внутрь печи и разделяющая печь на зону плавки и зону обеднения, сообщающиеся друг с другом;
при этом, в своде печи в зоне плавки имеется впуск расплавляемого материала, окно для фурмы и выпуск дымовых газов плавки, окно для вторичного воздуха образовано в верхней части боковой стенки в зоне правления, выпуск штейна с низким содержанием никеля расположен в торцевой стенке в зоне плавки вблизи пода печи;
при этом, в своде печи в зоне обеднения имеется впуск обедняющего материала, окно для электрода и выпуск обедненных дымовых газов, выпуск обедненного шлака образован в верхней части торцевой стенки в зоне обеднения;
фурму, входящую в зону плавки через окно для фурмы;
электрод, входящий в зону обеднения через окно для электрода.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, в устройстве плавки никеля с верхним дутьем печь разделена на зону плавки и зону обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в устройстве настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.
Кроме этого, устройство плавки с верхним дутьем, соответствующее вариантам осуществления настоящего изобретения, также может иметь следующие дополнительные отличительные особенности.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство плавки никеля с верхним дутьем включает множество окон для фурм и множество фурм.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждая из фурм проходит в зону плавки и находится на некотором расстоянии от материала в зоне плавки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения множество окон для фурм расположены вокруг впуска расплавляемого материала.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения выпуск обедненных дымовых газов сообщается с окном вторичного воздуха.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство плавки никеля с верхним дутьем дополнительно включает: множество окон для фурм бокового дутья, расположенных в верхней части боковой стенки в зоне обеднения; и множество фурм бокового дутья, каждая из которых входит в зону обеднения через соответствующее окно для фурмы бокового дутья и погружается в материал в зоне обеднения.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство плавки никеля с верхним дутьем включает множество окон для электродов и множество электродов.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения боковая стенка и/или торцевая стенка выполнены из огнеупорных кирпичей с водяным охлаждающим кожухом.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения свод печи выполнен из литого материала с водяным охлаждающим кожухом.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения под печи выполнен из стальной плиты и огнеупорных кирпичей.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перегородка и/или выпуск штейна с низким содержанием никеля выполнены из меди с водяным охлаждающим кожухом.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впуск обедняющего материала выполнен из стали с водяным охлаждающим кожухом.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения печь представляет собой квадратную электропечь.
Кроме этого, настоящим изобретением обеспечиваются варианты осуществления способа плавки никеля с верхним дутьем, осуществляемые в устройстве плавки никеля с верхним дутьем, описанном выше. Способ включает стадии, на которых:
подают никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент в зону плавки через впуск расплавляемого материала и подают первичный воздух в зону плавки через фурму так, что первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона;
подают вторичный воздух в зону плавки через окно вторичного воздуха так, что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном с образованием дымовых газов плавки; и
подают расплавленный шлак в зону обеднения через область под перегородкой и поддерживают температуру расплавленного шлака путем нагревания при помощи электрода и подают второй восстановитель в зону обеднения через впуск обедняющего материала так, что расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем с образованием второго штейна с низким содержанием никеля, обедненных дымовых газов и обедненного шлака.
В способе плавки никеля с верхним дутьем, соответствующем вариантам осуществления настоящего изобретения, для его осуществления используют устройство плавки никеля с верхним дутьем, в котором в печи имеется зона плавки и зона обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в способе настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих процессов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.
Кроме этого, способ плавки никеля с верхним дутьем, соответствующий вариантам осуществления настоящего изобретения, также может иметь следующие отличительные особенности.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения обедненные дымовые газы возвращают в зону плавки как вторичный воздух.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает подачу перемешивающего газа в зону обеднения через фурму бокового дутья; или подачу перемешивающего газа и второго восстановителя в зону обеднения через фурму бокового дутья.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения никелевый концентрат содержит от 1 до 15 мас.% Ni, от 0 до 10мас.% Cu, от 0,001 до 1мас.% Co, от 20 до 35мас.% S и от 0 до 12мас.% MgO.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата никеля к первому восстановителю лежит в диапазоне от 10:1 до 35:1, и массовое отношение концентрата никеля к шлакообразующему агенту лежит в диапазоне от 5:1 до 10:1.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура плавки в зоне плавки лежит в диапазоне от 1180°С до 1350°С.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе составляет от 50 до 90%.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения содержание никеля в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 0,4 до 0,6мас.%.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение Fe к SiO2 в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 0,8 до 1,3.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения содержание оксида кальция в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 3до 5мас.%.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура дымовых газов плавки лежит в диапазоне от 1300°С до 1350°С.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура обеднения в зоне обеднения лежит в диапазоне от 1300°С до 1450°С.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю лежит в диапазоне от 20:1 до 40:1.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура обедненных дымовых газов лежит в диапазоне от 800°С до 1000°С.
Дополнительные аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, отчасти, будут приведены в нижеследующем описании, отчасти, станут очевидны из этого описания или при практической реализации вариантов осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения наглядно пояснены и станут более понятны из нижеследующего описания, выполненного со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематичный вид спереди устройства плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет собой схематичный вид сверху устройства плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего другому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 представляет собой схематичный вид спереди устройства плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет собой технологическую схему способа плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 представляет собой технологическую схему способа плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего другому варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На чертежах показаны варианты осуществления изобретения, которые подробно пояснены ниже. Те же или подобные элементы и элементы, имеющие одинаковые или сходные функции, во всем описании обозначены одинаковыми номерами позиций. Нижеследующие варианты осуществления изобретения, описанные со ссылкой на чертежи, являются пояснительными, приведены только для разъяснения настоящего изобретения и не могут быть интерпретированы как ограничивающие изобретение.
Следует понимать, что в описании такие термины, как «центральный», «продольный», «боковой», «длина», ширина», «толщина», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верх», «низ», «внутренний», «наружный», «по часовой стрелке», «против часовой стрелки», «аксиальный», «радиальный» и «окружной» следует рассматривать как относящиеся к ориентации, рассматриваемой в описании или показанной на чертежах. Эти термины относительного расположения нужны для удобства описания и не подразумевают, что настоящее изобретение задумано или функционирует в определенной ориентации.
Кроме этого, такие термины, как «первый» и «второй», использованные для удобства описания, не подразумевают указания или выражения относительной важности или значимости или выражения количества указанных технических отличительных особенностей. Так, отличительная особенность, определенная с использованием термина «первый» и «второй», может включать одну или несколько таких отличительных особенностей. В описании настоящего изобретения выражение «множество чего-либо» означает два или более двух, если не указано иное.
В описании настоящего изобретения, если не указано или обусловлено иное, термины «смонтирован», «соединен», «связан», «закреплен» и т.д. использованы в широком смысле и могут относиться, например, к жестким соединениям, разъемным соединениям или неразъемным соединениям; это также могут быть механические или электрические соединения; также могут быть прямые соединения или косвенные соединения через промежуточные структуры; также может иметь место внутреннее сообщение между двумя элементами, что будет понятно специалистам в данной области в соответствии с конкретной ситуацией.
В настоящем изобретении, если не указано или обусловлено иное, структура, в которой первая отличительная особенность находится «на» или «под» второй отличительной особенностью, может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность находится в непосредственном контакте со второй отличительной особенностью, а также может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность и вторая отличительная особенность непосредственно не контактируют друг с другом, напротив, контактируют через дополнительную отличительную особенность, образованную между ними. Кроме этого, структура, в которой первая отличительная особенность находится «на», «над» или «поверх» второй отличительной особенности, может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность находится непосредственно или косвенно «на», «над» или «поверх» второй отличительной особенности, либо вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность только находится на большей высоте, чем вторая отличительная особенность; тогда как структура, в которой первая отличительная особенность находится «снизу», «под» или «внизу» второй отличительной особенности может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность находится непосредственно или косвенно «снизу», «под» или «внизу» второй отличительной особенности, либо вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность только находится на меньшей высоте, чем вторая отличительная особенность.
В одном из аспектов настоящим изобретением обеспечиваются варианты осуществления устройства плавки никеля с верхним дутьем. Как показано на фиг. 1 и 2, устройство включает печь 100, фурму 200 и электрод 300.
В вариантах осуществления настоящего изобретения печь 100 образована боковыми стенками 110, торцевыми стенками 120, подом 130 печи и сводом 140 печи. В частности, как показано на фиг. 1 и 2, печь 100 включает две боковых стенки 110, т.е., переднюю и заднюю стенки, две торцевых стенки 120, т.е., левую и правую стенки, один под 130 печи и один свод 140 печи. Предпочтительно, печь 100 представляет собой квадратную электропечь. Более предпочтительно, печь 100 представляет собой узкую квадратную электропечь. Было обнаружено, что этот тип печи характеризуется меньшими низкотемпературными зонами и, таким образом, меньшей адгезией MgO к стенкам печи; печь этого типа хорошо адаптируется к исходным материалам с большим содержанием MgO. Нужно отметить, что материал боковой стенки 110, торцевой стенки 120, пода 130 печи и свода 140 печи 100 может иметь надлежащую структуру, например, боковая стенка 110 и торцевая стенка 120 выполнены из огнеупорных кирпичей с водяным охлаждающим кожухом, под 130 печи выполнен из стальной плиты и огнеупорных кирпичей, свод 140 печи выполнен из литого материала с водяным охлаждающим кожухом. Перегородка 11 расположена посередине свода печи и проходит во внутреннее пространство печи, материал перегородки 11 может иметь любую надлежащую структуру, например, медь с водяным охлаждающим кожухом. Перегородка 11 разделяет печь 110 на зону 12 плавки и зону 13 обеднения, сообщающиеся друг с другом, т.е., зона плавки образована частью передней боковой стенки 110, перегородкой 11, частью задней боковой стенки 110, одной торцевой стенкой 120, частью пода 130 печи и частью свода 140 печи; зона обеднения образована оставшейся частью передней стенки 110, перегородкой 11, оставшейся частью задней боковой стенки 110, одной торцевой стенкой 120, оставшейся частью пода 130 печи и оставшейся частью свода 140 печи. Было обнаружено, что поскольку в печи данного устройства имеется зона плавки и зона обеднения, во время плавки никеля расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки 11 и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, и образующийся обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключается снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшается энергопотребление и себестоимость, упрощается технологическая схема. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению первого и второго никелевого штейна.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в своде 140 печи в зоне 12 плавки имеется впуск 141 расплавляемого материала, окно 142 для фурмы и выпуск 143 дымовых газов плавки. Расплавляемые материалы (содержание никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент) могут быть поданы в зону 12 плавки через впуск 141 расплавляемого материала. Фурма 200 проходит в зону 12 плавки через окно 142 для фурмы, дымовые газы плавки отводят из печи 100 через выпуск 143 дымовых газов плавки. Более конкретно, впуск 141 расплавляемого материала и окно 142 для фурмы расположены в своде 140 печи в разных местах зоны 12 плавки. Предпочтительно, устройство плавки никеля с верхним дутьем включает множество окон 142 для фурм, так что в печи имеется множество фурм 200. Нужно отметить, что конкретное количество и технические характеристики фурм могут быть надлежащим образом выбраны специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, могут быть определены в соответствии с масштабом производства. Было обнаружено, что применение при плавлении с верхним дутьем множества фурм позволяет исключить снижение эффективности, имеющееся в устройстве с одной фурмой, вызываемое заменой фурмы, таким образом, повышая эффективность работы устройства. Поскольку множество фурм используется для дутья при одновременном плавлении, воздушный поток из одной фурмы относительно мал, поэтому существенно ослабляется явление разбрызгивания в ванне расплава, тем самым, уменьшается высота печи и стоимость оборудования. Кроме этого, каждой фурмой можно управлять индивидуально, и индивидуально регулировать поток воздуха через каждую фурму, следовательно, оптимизировать процесс массо- и теплопереноса и уменьшать повреждение футеровки печи. Кроме этого, фурма входит в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, поэтому фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Кроме этого, может быть предусмотрено наличие множества впусков 141 расплавляемого материала, благодаря чему сокращается время поступления материала в печь и увеличивается время пребывания расплавленного шлака в печи. Следует отметить, что взаимное расположение множества окон 142 для фурм и множества впусков 141 расплавляемого материала может быть надлежащим образом выбрано специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, множество окон 142 для фурм может быть расположено вокруг множества впусков 141 расплавляемого материала, как показано на фиг. 1. Было обнаружено, что при таком расположении может быть существенно увеличена площадь контакта между материалами и первичным воздухом, благодаря чему увеличивается скорость реакции между материалами и первичным воздухом и повышается эффективность плавки никеля в устройстве. В то же время, при таком расположении расплавляемый материал может непосредственно поступать в печь после дозирования, благодаря чему значительно повышается адаптируемость устройства к материалам. Кроме этого, конкретное место, в котором фурма 200 входит в зону 12 плавки, может быть надлежащим образом выбрано специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, фурма 200 может находиться на некотором расстоянии от материалов в зоне 12 плавки или входить в материалы в зоне 12 плавки.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, окно 111 для вторичного воздуха находится в верхней части боковой стенки 110 в зоне 12 плавки. Предпочтительно, в верхней части боковой стенки 110 в зоне 12 плавки имеется множество окон 111 для вторичного воздуха. Нужно отметить, что конкретное количество окон 111 для вторичного воздуха может быть выбрано специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Было обнаружено, что когда вторичный воздух, такой как воздух или обогащенный кислородом воздух, подают в зону 12 плавки через окно 111 для вторичного воздуха, монооксид углерода в возгоне, образующемся при плавлении никелевого концентрата, сгорает с образованием диоксида углерода, таким образом, облегчается обработка дымовых газов плавки в последующем устройстве обработки дымовых газов. Кроме этого, расход вторичного воздуха, подаваемого в окно 111 для вторичного воздуха, не должен быть слишком большим или слишком маленьким. Если расход слишком большой, SO2 в возгоне может превращаться в SO3, таким образом, увеличивая количество кислоты, подлежащей обработке, а если расход слишком мал, монооксид углерода в возгоне может расходоваться не полностью.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля образован в торцевой стенке 120 в зоне 12 плавки вблизи пода 130 печи и пригоден для выгрузки первого штейна с низким содержанием никеля, полученного при плавлении никелевого концентрата в зоне 12 плавки. Было обнаружено, что никелевый концентрат в зоне 12 плавки преобразуется в первый штейн с низким содержанием никеля и расплавленный шлак, находящиеся в разных слоях; расплавленный шлак образует верхний слой, а первый штейн с низким содержанием никеля образует нижний слой, так что первый штейн с низким содержанием никеля может быть выведен через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля. Кроме этого, общее содержание Ni и Cu в первом штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес. и содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном устройстве достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в этом устройстве составляет 96% или более. Нужно отметить, что материал для изготовления выпуска штейна с низким содержанием никеля может быть выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, это может быть медь с водяным охлаждающим кожухом.
Более конкретно, в зону 12 плавки никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент подают через впуск 141 расплавляемого материала, первичный воздух подают через фурму 200, в зоне 12 плавки первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона; первый штейн с низким содержанием никеля выводят через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля. Вторичный воздух подают в зону 12 плавки через окно 111 для вторичного воздуха, так что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном, монооксид углерода в возгоне сгорает до диоксида углерода с образованием дымовых газов плавки; дымовые газы плавки выводят через окно 143 для дымовых газов плавки. Нужно отметить, что поскольку производство является непрерывным, последовательность подачи и отведения указанных выше материалов в реальном процессе производства может быть выбрана в соответствии с фактическими потребностями специалистами в данной области.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения конкретный состав никелевого концентрата может быть надлежащим образом выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, никелевый концентрат может содержать от 1% вес. до 15% вес. Ni, от 0 до 10% вес. Cu, от 0,001% вес. до 1% вес. Co, от 20% вес. до 35% вес. S и от 0 до 12% вес. MgO. Первый восстановитель может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кусковой уголь, полукокс, антрацит и кокс. Шлакообразующий агент может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кварцит и известняк. Массовое отношение никелевого концентрата к первому восстановителю может лежать в диапазоне от 10:1 до 35:1, например, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 30:1 или 35:1. Массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту может лежать в диапазоне от 5:1 до 10:1, например, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1. Было обнаружено, что если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком велико, то рабочей температуры недостаточно, поэтому в шлаке остается большое содержание никеля. Если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком низкое, количество примешиваемого угля большое, поэтому увеличивается температура возгона и энергопотребление. Если массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту слишком большое или слишком низкое, может иметь место ненадлежащий состав шлака, поэтому увеличивается рабочая температура и содержание никеля в шлаке. Температура плавки в зоне плавки может лежать в диапазоне от 1180°С до 1350°С. Было обнаружено, что если температура плавки слишком низкая, увеличивается вязкость шлака, из-за чего возникают трудности при выгрузке материала, и увеличивается содержание никеля в шлаке. Если температура плавки слишком высокая, увеличивается энергопотребление, и сокращается срок службы печи. Объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе может лежать в диапазоне от 50% до 90%. Было обнаружено, что если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком низкое, то образуется большое количество возгона, поэтому требуется относительно крупногабаритная и сложная система обработки дымовых газов, что приводит к высокой себестоимости и энергопотреблению. Если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком большое, трудно управлять производственным процессом, и срок службы фурмы сокращается. Кроме этого, температура дымовых газов плавки может лежать в диапазоне от 1300°С до 1350°С.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения в своде 140 печи в зоне 13 обеднения имеется впуск 144 обедняющего материала, окно 145 для электрода и выпуск 146 обедненных дымовых газов; второй восстановитель может быть подан в зону обеднения через впуск 144 обедняющего материала. Электрод 300 может быть введен в зону 13 обеднения через окно 145 для электрода, обедненные дымовые газы, образующиеся в зоне 13 обеднения, могут быть выведены через выпуск 146 обедненных дымовых газов. Нужно отметить, что электрод может представлять собой графитовый электрод. Нужно отметить, что конкретный материал для выполнения впуска обедняющего материала может быть выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, это может быть сталь с водяным охлаждающим кожухом. Кроме этого, имеется множество впусков 144 обедняющего материала и множество окон 145 для электродов, при этом, множество впусков 144 обедняющего материала и множество окон 145 для электродов расположены с промежутками, как показано на фиг. 1. Нужно отметить, что конкретное количество и технические параметры электродов могут быть выбраны специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, определены в соответствии с масштабом производства. Было обнаружено, что второй восстановитель, подаваемый в зону 13 обеднения через множество впусков 144 обедняющего материала, вступает в реакцию с расплавленным шлаком, подаваемым в зону 13 обеднения через область под перегородкой 11 в зоне 13 обеднения, таким образом, оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются вторым восстановителем. Электрод 300 вводят в зону 13 обеднения через окно 145 для электрода с целью нагревания расплавленного шлака, при этом, также поддерживая температуру зоны 13 обеднения в стабильном диапазоне. Наличие множества впусков 144 обедняющего материала и множества окон 145 для электродов, расположенных с промежутками, с одной стороны, благоприятно для поддержания температуры расплавленного шлака при помощи электродов 300 и дополнительной стабилизации температуры в зоне 13 обеднения, с другой стороны, благоприятно для увеличения площади контакта второго восстановителя с расплавленным шлаком и, тем самым, увеличения скорости восстановления расплавленного шлака. Кроме этого, выпуск 146 обедненных дымовых газов может быть соединен с окном 111 для вторичного воздуха для подачи обедненных дымовых газов, образовавшихся в зоне 13 обеднения, в зону 12 плавки с целью удаления монооксида углерода из обедненных дымовых газов с тем, чтобы дымовые газы, образующиеся в устройстве плавки никеля с верхним дутьем, по существу, не содержали токсичного монооксида углерода, что упрощает последующую обработку этих дымовых газов. Нужно отметить, что обеденные дымовые газы также могут быть непосредственно отведены на обработку в последующем процессе обработки дымовых газов.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения выпуск 122 обедненного шлака находится в нижней части торцевой стенки 120 в зоне 13 обеднения и используется для отведения обедненного шлака. Было обнаружено, что расплавленный шлак, образующий верхний слой, перетекает в зону 13 обеднения через область под перегородкой 11, после чего восстанавливается в зоне 13 обеднения с получением обедненного шлака и второго штейна с низким содержанием никеля. Обедненный шлак и второй штейн с низким содержанием никеля тоже образуют разные слои, обедненный шлак, находящийся в верхнем слое, может быть отведен через выпуск 122 обедненного шлака, выполненный в верхней части торцевой стенки 120, а второй штейн с низким содержанием никеля, находящийся в нижнем слое, может перетекать в зону 12 плавки через область под перегородкой 11 и быть выгруженным через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 3, устройство плавки никеля с верхним дутьем также включает множество окон 112 для фурм бокового дутья, расположенных в верхней части боковой стенки 110 в зоне 13 обеднения, и множество фурм бокового дутья (не показаны), каждая из которых входит в зону 13 обеднения через соответствующее окно 112 для фурм бокового дутья и погружена в материал, находящийся в зоне 13 обеднения. Через фурмы бокового дутья в зону 13 обеднения может быть введен газ для перемешивания; или через фурмы бокового дутья в зону 13 обеднения может быть введен газ для перемешивания и второй восстановитель. Следовательно, может быть дополнительно повышена эффективность восстановления расплавленного шлака в зоне обеднения.
А именно, верхний слой расплавленного шлака перетекает в зону 13 обеднения через область под перегородкой 11, электрод 300 используют для нагревания расплавленного шлака в зоне 13 обеднения и, в то же время, поддержания температуры в зоне 13 обеднения. Второй восстановитель поступает в зону 13 обеднения через впуск 144 обедняющего материала, расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем в зоне 13 обеднения. Если нужно, через фурму бокового дутья может быть подан газ для перемешивания; либо через фурму бокового дутья может быть пода второй восстановитель и газ для перемешивания с целью ускорения реакции между расплавленным шлаком и вторым восстановителем с получением обедненного шлака, второго штейна с низким содержанием никеля и обедненных дымовых газов. Обедненный шлак и второй штейн с низким содержанием никеля образуют разные слои, обедненный шлак образует верхний слой, второй штейн с низким содержанием никеля образует нижний слой. Обедненный шлак выводят через выпуск 122 обедненного шлака, обедненные дымовые газы выводят через выпуск 146 обедненных дымовых газов и подают в последующий процесс обработки дымовых газов; либо обедненные дымовые газы могут быть направлены как вторичный воздух в зону 12 плавки для удаления монооксида углерода, после чего отведены через выпуск 143 дымовых газов плавки. Второй штейн с низким содержанием никеля перетекает в зону плавки через область под перегородкой 11, его отводят через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения содержание никеля в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,4% вес. до 0,6% вес., например, 0,4% вес., 0,45% вес., 0,5% вес., 0,55% вес. или 0,6% вес. Было обнаружено, что если содержание никеля в расплавленном шлаке низкое, нужно ввести в зону плавки большое количество первого восстановителя для поддержания сильной восстановительной среды, что неблагоприятно для окисления сульфидов и ведет ухудшению качества штейна с низким содержанием никеля. Если содержание никеля в расплавленном шлаке высокое, в зону обеднения нужно ввести большое количество второго восстановителя для восстановления, и обедненный шлак будет содержать большое количество никеля. Кроме того, массовое отношение Fe к SiO2 в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,8 до 1,3, например, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 или 1,3. Было обнаружено, что массовое отношение Fe к SiO2 связано с содержанием СаО и MgО в исходных материалах, и целью регулирования этих параметров является обеспечение возможности поддержания температуры плавки расплавленного шлака в пределах относительно широкого низкотемпературного диапазона. Если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке слишком высокое, массовое отношение Fe к SiO2 низкое, а если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке низкое, массовое отношение Fe к SiO2 высокое. Кроме этого, содержание оксида кальция в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 3% вес. до 5% вес., например, 3% вес., 3,5% вес., 4% вес., 4,5% вес. или 5% вес. Было обнаружено, что содержание СаО влияет на температуру плавки расплавленного шлака. Если содержание СаО слишком высокое или слишком низкое, температура плавки расплавленного шлака увеличивается. Кроме этого, температура обеднения в зоне обеднения может лежать в диапазоне от 1300°С до 1450°С, например, 1300°С, 1350°С, 1400°С или 1450°С. Было обнаружено, что температура обеднения влияет на содержание никеля в обедненном шлаке. Когда температура обеднения слишком высокая, содержание никеля в обедненном шлаке снижается, однако, если температура обеднения слишком высокая, то потребляется много энергии. С другой стороны, если температура обеднения слишком низкая, содержание никеля в обедненном шлаке увеличивается. Кроме этого, второй восстановитель может представлять собой кокс или полукокс. Кроме этого, массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю может лежать в диапазоне от 20:1 до 40:1, например, 20:1, 25:1, 30:1, 35:1 или 40:1. Было обнаружено, что если это отношение слишком высокое, количество восстановителя мало, и оксид никеля и магнитное железо в расплавленном шлаке не могут быть эффективным образом восстановлены, поэтому содержание никеля в обедненном шлаке будет высоким. Если это отношение слишком низкое, добавляется большое количество восстановителя, таким образом, снижается эффективность восстановителя, и увеличивается содержание СО в возгоне. В этом случае нужно подавать большое количество воздуха для вторичного горения, таким образом, увеличивается объем дымовых газов и стоимость обработки дымовых газов. Кроме этого, газ для перемешивания может представлять собой азот, природный газ или любой другой пригодный газ. Кроме этого, температура обедненных газов может лежать в диапазоне от 800°С до 1000°С. Общее содержание Ni и Cu во втором штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес., содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном устройстве достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в этом устройстве составляет 96% или более. Кроме этого, содержание никеля в обедненном шлаке лежит в диапазоне от 0,2% вес. до 0,3% вес. То есть, после того, как расплавленный шлак дополнительно восстановлен и обеднен, из него может быть дополнительно извлечен никель, и степень извлечения никеля увеличивается.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, в устройстве плавки никеля с верхним дутьем в печи имеется зона плавки и зона обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в устройстве настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.
В другом аспекте настоящего изобретения им обеспечиваются варианты осуществления способа плавки никеля с верхним дутьем, осуществляемого в устройстве плавки никеля с верхним дутьем. Как показано на фиг. 4, способ включает следующие стадии.
На стадии S100 никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент подают в зону плавки через впуск расплавляемого материала, первичный воздух подают в зону плавки при помощи фурмы.
На этой стадии никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент подают в зону плавки через впуск расплавляемого материала, первичный воздух подают в зону плавки при помощи фурмы так, что первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона, первый штейн с низким содержанием никеля выводят через выпуск первого штейна с низким содержанием никеля. Было обнаружено, что в процессе плавки могут проходить такие реакции, как разложение никелевого концентрата, окисление сульфидов, шлакообразование и восстановление. Например, 4CuFeS2=2Cu2S+4FeS+S2(г), 2FeS2=2FeS+S2(г), 2FeO+SiO2=2FeO·SiO2 и Fe3O4+C=3FeO+CO(г).
Кроме этого, в данном способе в печи имеется меньше низкотемпературных областей, поэтому адгезия MgO к стенкам печи может быть меньше, следовательно, печь этого типа хорошо адаптируется к исходным материалам с большим содержанием MgO. Кроме того, на этом основании данный способ включает две операции, т.е., плавление и обеднение. Когда этот способ используют для плавки никеля, расплавленный шлак может быть обеднен непосредственно, то есть, восстановлен вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, и полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть осуществлены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению первого никелевого штейна и второго никелевого штейна.
Кроме того, в соответствии с данным способом, где при плавлении с верхним дутьем используется множество фурм, может быть исключена потеря эффективности устройства с одной фурмой, возникающая при замене фурмы, таким образом, повышается эффективность устройства. Поскольку множество фурм используется для дутья при одновременном плавлении, воздушный поток из одной фурмы относительно мал, поэтому существенно ослабляется явление разбрызгивания в ванне расплава, тем самым, уменьшается высота печи и стоимость оборудования. Кроме этого, каждой фурмой можно управлять индивидуально, и индивидуально регулировать поток воздуха через каждую фурму, следовательно, оптимизировать процесс массо- и теплопереноса и уменьшать повреждение облицовки печи. Кроме этого, фурма входит в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, поэтому фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения конкретный состав никелевого концентрата может быть надлежащим образом выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, никелевый концентрат может содержать от 1% вес. до 15% вес. Ni, от 0 до 10% вес. Cu, от 0,001% вес. до 1% вес. Co, от 20% вес. до 35% вес. S и от 0 до 12% вес. MgO. Первый восстановитель может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кусковой уголь, антрацит, полукокс и кокс. Шлакообразующий агент может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кварцит и известняк. Массовое отношение никелевого концентрата к первому восстановителю может лежать в диапазоне от 10:1 до 35:1, например, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 30:1 или 35:1. Массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту может лежать в диапазоне от 5:1 до 10:1, например, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1. Было обнаружено, что если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком велико, то рабочей температуры недостаточно, поэтому в шлаке остается большое содержание никеля. Если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком низкое, количество примешиваемого угля большое, поэтому увеличивается температура дымовых газов и энергопотребление. Если массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту слишком большое или слишком низкое, может иметь место ненадлежащий состав шлака, поэтому увеличивается рабочая температура и содержание никеля в шлаке. Температура плавки в зоне плавки может лежать в диапазоне от 1180°С до 1350°С. Было обнаружено, что если температура плавки слишком низкая, увеличивается вязкость шлака, из-за чего возникают трудности при выгрузке материала, и увеличивается содержание никеля в шлаке. Если температура плавки слишком высокая, увеличивается энергопотребление, и сокращается срок службы печи. Объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе может лежать в диапазоне от 50% до 90%. Было обнаружено, что если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком низкое, то образуется большое количество дымовых газов, поэтому требуется относительно крупногабаритная и сложная система обработки дымовых газов, что приводит к высокой себестоимости и энергопотреблению. Если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком большое, трудно управлять производственным процессом, и срок службы фурмы сокращается. Кроме этого, общее содержание Ni и Cu в первом штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес. и содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном способе достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в данном устройстве составляет 96% или более. Кроме того, содержание никеля в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,4% вес. до 0,6% вес., например, 0,4% вес., 0,45% вес., 0,5% вес., 0,55% вес. или 0,6% вес. Было обнаружено, что если содержание никеля в расплавленном шлаке низкое, нужно ввести в зону плавки большое количество первого восстановителя для поддержания сильной восстановительной среды, что неблагоприятно для окисления сульфидов и ведет ухудшению качества первого штейна с низким содержанием никеля. Если содержание никеля в расплавленном шлаке высокое, в зону обеднения нужно ввести большое количество второго восстановителя для восстановления, и обедненный шлак будет содержать большое количество никеля. Кроме того, массовое отношение Fe к SiO2 в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,8 до 1,3, например, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 или 1,3. Было обнаружено, что массовое отношение Fe к SiO2 связано с содержанием СаО и MgО в исходных материалах, и целью регулирования этих параметров является обеспечение возможности поддержания температуры плавки расплавленного шлака в пределах относительно широкого низкотемпературного диапазона. Если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке слишком высокое, массовое отношение Fe к SiO2 низкое, а если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке низкое, массовое отношение Fe к SiO2 высокое. Кроме этого, содержание оксида кальция в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 3% вес. до 5% вес., например, 3% вес., 3,5% вес., 4% вес., 4,5% вес. или 5% вес. Было обнаружено, что содержание СаО влияет на температуру плавки расплавленного шлака. Если содержание СаО слишком высокое или слишком низкое, температура плавки расплавленного шлака увеличивается.
На стадии S200 в зону плавки через окно для вторичного воздуха подают вторичный воздух так, что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном.
На этой стадии вторичный воздух подают в зону плавки через окно для вторичного воздуха с тем, чтобы вторичный воздух вступил в реакцию с возгоном с образованием дымовых газов плавки, дымовые газы плавки выводят через выпуск дымовых газов плавки. Было обнаружено, что когда вторичный воздух, такой как воздух или обогащенный кислородом воздух, подают в зону плавки через окно для вторичного воздуха, монооксид углерода в возгоне образующемся при плавлении никелевого концентрата, сгорает с образованием диоксида углерода, таким образом, облегчается обработка дымовых газов плавки в последующем устройстве обработки дымовых газов. Кроме этого, расход вторичного воздуха, подаваемого в окно для вторичного воздуха, не должен быть слишком большим или слишком маленьким. Если расход слишком большой, в ванне расплава может иметь место расплескивание, а если расход слишком мал, монооксид углерода в возгоне может расходоваться не полностью. Кроме этого, температура дымовых газов плавки лежит в диапазоне от 1300°С до 1400°С.
На стадии S300 расплавленный шлак направляют в зону обеднения через область под перегородкой, температуру расплавленного шлака поддерживают путем нагревания при помощи электрода, второй восстановитель подают в зону обеднения через впуск обедняющего материала так, что расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем.
На этой стадии расплавленный шлак направляют в зону обеднения через область под перегородкой, температуру расплавленного шлака поддерживают при помощи электрода, второй восстановитель подают в зону обеднения через впуск обедняющего материала для осуществления реакции расплавленного шлака со вторым восстановителем с образованием второго штейна с низким содержанием никеля, обедненных дымовых газов и обедненного шлака. Обедненный шлак отводят через выпуск обедненного шлака, обедненные дымовые газы отводят через выпуск обедненных дымовых газов, второй штейн с низким содержанием никеля выводят через выпуск штейна с низким содержанием никеля.
Было обнаружено, что в процессе обеднения проходят реакции восстановления оксидов никеля, оксидов железа и магнитного железа, например, NiO+C=Ni+CO (г), FeO+C=Fe+CO (г) и Fe3O4+C=3FeO+CO (г). Кроме этого, второй восстановитель и расплавленный шлак в зоне обеднения подвергаются восстановлению, оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются вторым восстановителем, электрод может быть использован для поддержания температуры расплавленного шлака, при этом, также поддерживая температуру зоны обеднения в стабильном диапазоне.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 5, обедненные дымовые газы могут быть использованы в качестве вторичного воздуха в зоне плавки с целью удаления из обедненных дымовых газов монооксида углерода, таким образом, дымовые газы, образующиеся в соответствии с настоящим способом, по существу, не содержат токсичного монооксида углерода, и последующая обработка дымовых газов может быть упрощена Нужно отметить, что обедненные дымовые газы также могут быть непосредственно направлены на обработку в последующем процессе обработке дымовых газов.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения температура обеднения в зоне обеднения может лежать в диапазоне от 1300°С до 1450°С, например, 1300°С, 1350°С, 1400°С или 1450°С. Было обнаружено, что температура обеднения влияет на содержание никеля в обедненном шлаке. Когда температура обеднения слишком высокая, содержание никеля в обедненном шлаке снижается, однако, если температура обеднения слишком высокая, то потребляется много энергии. С другой стороны, если температура обеднения слишком низкая, содержание никеля в обедненном шлаке увеличивается. Кроме этого, второй восстановитель может представлять собой кокс или полукокс. Кроме этого, массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю может лежать в диапазоне от 20:1 до 40:1, например, 20:1, 25:1, 30:1, 35:1 или 40:1. Было обнаружено, что если это отношение слишком высокое, количество восстановителя мало, и оксид никеля и магнитное железо в расплавленном шлаке не могут быть эффективным образом восстановлены, поэтому содержание никеля в обедненном шлаке будет высоким. Если это отношение слишком низкое, добавляется большое количество восстановителя, таким образом, снижается эффективность восстановителя, и увеличивается содержание СО в возгоне. В этом случае нужно подавать большое количество воздуха для вторичного горения, таким образом, увеличивается объем дымовых газов и стоимость обработки дымовых газов. Кроме этого, газ для перемешивания может представлять собой азот, природный газ или любой другой пригодный газ. Кроме этого, температура обедненных газов может лежать в диапазоне от 800°С до 1000°С. Общее содержание Ni и Cu во втором штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес., содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном способе достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в этом устройстве составляет 96% или более.
Нужно отметить, что ссылочные номера 100, 200 и 300 не обязательно отражают последовательность операций способа настоящего изобретения.
В соответствии со способом плавки никеля с верхним дутьем, представленного в вариантах осуществления настоящего изобретения, для реализации данного способа используют устройство плавки никеля с верхним дутьем, в котором в печи имеется зона плавки и зона обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в способе настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.
Нужно отметить, что отличительные особенности и преимущества описанного выше устройства плавки никеля с верхним дутьем также применимы к способу настоящего изобретения и здесь не повторяются.
В данном описании ссылка на «один из вариантов осуществления», «некоторые варианты осуществления», «один из примеров», «конкретный пример» или «некоторые примеры» означает, что определенная отличительная особенность, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. Так, наличие указанных выше выражений в различных местах настоящего описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления или примеру настоящего изобретения. Кроме того, отдельные отличительные особенности, структуры, материалы или характеристики могут сочетаться любым надлежащим образом в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах изобретения.
Хотя показаны и описаны пояснительные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области понятно, что приведенные выше варианты осуществления изобретения не могут рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретения, и что возможны изменения, альтернативные варианты и модификации этих вариантов осуществления изобретения, не выходящие за рамки существа, основных принципов и объема настоящего изобретения.
1. Устройство для плавки никеля с верхним дутьем, содержащее:
печь, образованную боковыми стенками, торцевыми стенками, подом печи и сводом печи, при этом в середине свода печи расположена перегородка, отходящая внутрь печи и разделяющая печь на зону плавки и зону обеднения, сообщающиеся друг с другом,
в своде печи в зоне плавки предусмотрены впуск для расплавляемого материала, окно для фурмы и выпуск для дымовых газов плавки, окно для вторичного воздуха, расположенное в верхней части боковой стенки в зоне плавки, и выпуск для штейна с низким содержанием никеля, расположенный в торцевой стенке в зоне плавки вблизи пода печи,
при этом в своде печи в зоне обеднения предусмотрены впуск для обедняющего материала, окно для электрода, выпуск для обедненных дымовых газов и выпуск для обедненного шлака, расположенный в верхней части торцевой стенки в зоне обеднения,
фурму, входящую в зону плавки через окно для фурмы,
электрод, входящий в зону обеднения через окно для электрода.
2. Устройство по п. 1, которое имеет множество окон для фурм и множество фурм,
необязательно, каждая из фурм проходит в зону плавки и находится на расстоянии от материала в зоне плавки,
необязательно, множество окон для фурм расположены вокруг впуска для расплавляемого материала.
3. Устройство по п. 1, в котором выпуск для обедненных дымовых газов сообщен с окном для вторичного воздуха.
4. Устройство по п. 1, которое имеет:
множество окон для фурм бокового дутья, расположенных в верхней части боковой стенки в зоне обеднения, и
множество фурм бокового дутья, каждая из которых выполнена с возможностью входа в зону обеднения через соответствующее окно для фурмы для бокового дутья и погружения в материал в зоне обеднения.
5. Устройство по п. 1, которое имеет множество окон для электродов и множество электродов; при этом,
необязательно, боковая стенка и/или торцевая стенка выполнены из огнеупорных кирпичей с водяным охлаждающим кожухом,
необязательно, свод печи выполнен из литого материала с водяным охлаждающим кожухом,
необязательно, под печи выполнен из стальной плиты и огнеупорных кирпичей,
необязательно, перегородка и/или выпуск для штейна с низким содержанием никеля выполнены из меди с водяным охлаждающим кожухом,
необязательно, впуск для обедняющего материала выполнен из стали с водяным охлаждающим кожухом,
необязательно, она выполнена в виде квадратной электропечи.
6. Способ плавки никеля с верхним дутьем, осуществляемый в устройстве плавки никеля с верхним дутьем по п. 1, включающий стадии, на которых:
подают никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент в зону плавки через впуск для расплавляемого материала и подают первичный воздух в зону плавки через фурму так, что первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона,
подают вторичный воздух в зону плавки через окно вторичного воздуха так, что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном с образованием дымовых газов плавки, и
подают расплавленный шлак в зону обеднения через область под перегородкой и поддерживают температуру расплавленного шлака путем нагревания при помощи электрода и подают второй восстановитель в зону обеднения через впуск для обедняющего материала так, что расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем с образованием второго штейна с низким содержанием никеля, обедненных дымовых газов и обедненного шлака.
7. Способ по п. 6, в котором обедненные дымовые газы возвращают в зону плавки в качестве вторичного воздуха.
8. Способ по п. 6, который включает:
подачу перемешивающего газа в зону обеднения через фурму для бокового дутья или
подачу перемешивающего газа и второго восстановителя в зону обеднения через фурму для бокового дутья.
9. Способ по п. 6, в котором никелевый концентрат содержит от 1 до 15 мас.% Ni, от 0 до 10 мас.% Cu, от 0,001 до 1 мас.% Co, от 20 до 35 мас.% S и от 0 до 12 мас.% MgO,
необязательно, массовое отношение концентрата никеля к первому восстановителю находится в диапазоне от 10:1 до 35:1, и массовое отношение концентрата никеля к шлакообразующему агенту находится в диапазоне от 5:1 до 10:1,
необязательно, температура плавки в зоне плавки находится в диапазоне от 1180 до 1350°С,
необязательно, объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе составляет от 50 до 90%;
необязательно, содержание никеля в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 0,4 до 0,6 мас.% ,
необязательно, массовое отношение Fe к SiO2 в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 0,8 до 1,3;
необязательно, содержание оксида кальция в расплавленном шлаке находится в диапазоне от 3 до 5 мас.%,
необязательно, температура дымовых газов плавки находится в диапазоне от 1300 до 1350°С.
10. Способ по п. 6, в котором температура обеднения в зоне обеднения находится в диапазоне от 1300 до 1450°С,
необязательно, массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю находится в диапазоне от 20:1 до 40:1,
необязательно, температура обедненных дымовых газов находится в диапазоне от 800 до 1000°С.
