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红土镍矿“回转窑粒铁法”解析

2019-07-22

以红土镍矿为原料,煤为还原剂,以回转为反应器,生产镍铁是世界上成熟的镍铁生产工艺之一。日本、希腊等地使用回转窑处理红土镍矿生产镍铁已有几十年历史,虽发展十分缓慢,但生产效果良好,镍的回收率> 90%,生产成本显著低于电炉生产镍铁工艺。

近年来,我国建成处理红土镍矿的回转窑数十条(不包括回转窑—矿热电炉工艺中的回转窑), 但至今多数生产运行情况难以令人满意,严重的困扰了我国回转窑处理红土矿生产镍铁技术的发展。

分析我国用回转窑处理红土矿生产镍铁技术发展遇到的问题主要是:

1)对原燃料基本性能的检测、试验等基础工作做的不够,使工艺路线、工艺设备选择、操作参数的确定依据不足。

2)原燃料的预处理工艺技术及装备的选择缺乏依据和经验。红土镍矿湿法磨矿一压球工艺日本已证明是不可行的。红土镍矿适度干燥、破碎(大于2.0mm)、配料(加入还原剂、造渣剂、粘结剂)、混合(轮碾)、压块、压块干燥后加入外配煤入回转窑还原的“半干法”预处理是可行性方法。

3)回转窑的窑型及主体设备的选型不当,粒铁回转窑应当是长径比大于15,斜度> 2.0%,转速0.35~ 1.50转/分钟,有缩口的直筒窑。回转窑的缩口应保证窑内炉料填充率大于20%,才能保证回转突内料层有足够的厚度,进而保证料层表面能形成足够厚度CO膜;保证回转窑内炉料的还原。朝鲜生产粒铁回转窑进料端、卸料端的直径与回转窑内径的比均小于0.50。回转窑内足够厚的料层是保证回转窑内炉料还原的最基础条件。还原性回转窑的燃料烧嘴必须是层流长焰烧嘴,以保证燃烧气流不干扰破坏料层表面的CO保护层,和窑内温度的合理分布。

“粒铁法”回转窑生产过程中,炉料的形态有重大变化,与直接还原回转窑有重大差异,应建立“粒铁法”回转窑特有的操作理念和方法。粒铁法回转窑窑内炉料因在还原带后段出现造渣反应,炉料在粒铁带呈熔化状态,炉料与窑壁的接触条件发生重大变化,炉料在窑内的分布及运动状态与直接还原回转窑有明显区别。正常生产状态的“粒铁法”回转窑窑内的物料在预热带和还原带呈完全的固态,随着窑内温度的升高,炉料颗粒间的粘附力不断增加,炉料与窑衬之间的粘附力也不断增加,炉料被窑衬带起的高度随之不断升高随着温度的升高炉料产生固相造渣、开始出现软化,炉料被带起的高度逐步增文,在软化开始温度“到“软化终了温度”的温度区间内的某个温度下,炉料电行起的高度最大从窑的出料端观察可见到炉料出现一个“料峰” ,在粒铁法中,通常将这个料峰称为”界山”。“界山”出现的温度取决于炉渣的成分。建立“界山”的概念是粒铁法回转窑操作重要基础条件。维持回转窑适宜的尾气气温度是回转窑控制重要条件。通常“粒铁法回转窑”窑尾气温度应~ 600°C。窑尾尾气温度过低,将使预热带拉长,还原带长度被压缩,影响物料的还原,影响回转窑一能的发挥。回转窑尾气含有一定量的CO、还原剂挥发分,必须回收利用。回转窑尾气的显热和残留的化学能可通过发电、用于原料的干燥等方法利用。

粒铁回转窑窑内通常可分为:预热带、还原带、粒铁带三个带,三个带分别约占回转窑长度的20%、50%、30%。回转窑的控制应从窑尾开始,只有预热带控制好了,炉料得到良好的预热,炉料进入还原带才能进行快速还原。炉料在还原带还原适度才能保证“界山”位宣的稳定,回转窑的运行才能稳定。

粒铁法回转窑窑内适宜的温度分布是保证回转窑运行最重要的条件。为了保证窑内的合理温度分布,回转窑的供热燃料的选择、烧嘴的形式的选择,必须保证窑头烧嘴的供热强度、火焰长度达到满足回转窑温度分布的需求。这与氧化窑是完全不同的。粒铁法回转窑的供热除燃料烧嘴外,还原反应产生的CO、还原剂放出的挥发分的燃烧放出热量可占回转窑总热收入量的20~30%。因此,向回转窑中、后部供应足够量的氧是还原性回转窑降低能耗,提高回转窑的生产能力的关键。直接还原铁回转窑采用在回转窑窑身上安装窑身风机方式向回转窑中、后部供氧。传统的粒铁回转窑向窑的中后部区域供氧仍主要依靠窑头高压、高气流速度的二次风管的方式进行,近代粒铁回转窑的后部也设置窑身风机向回转窑中后部供氧,以保证回转窑内的温度合理分布。

粒铁法处理红土镍矿生产镍铁是成熟的工艺方法,总结以往的经验和教训,通过共同努力、合作、交流,创建中国自己的红土镍矿粒铁法技术是指日可待的,回转窑炼铁是一种古老的炼铁技术,同时是一个处理特殊原材料的有效技术,它有着深邃的、广泛的可以探讨,可以创新的工作可做,愿一切有意愿的同行们组织起来,共同努力创造中国的回转窑炼铁技术,为中国的富强贡献我们的智慧和力量。

 

关键词:回转窑燃烧器、多通道燃烧器、纯烧气体燃烧器、高效节能低氮

 

 

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