吉恩鎳業(yè)轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳生產(chǎn)實踐

司俊起， 趙 云， 王傳強

(吉恩鎳業(yè)股份有限 公司生產(chǎn)技術(shù)部， 吉林 磐石 132311)

0 引言

轉(zhuǎn)爐吹煉工序是冶煉廠生產(chǎn)高冰鎳的最后一道工序，主要是通過向轉(zhuǎn)爐添加低冰鎳、熔劑，鼓風(fēng)，放渣幾個連續(xù)接替作業(yè)后進(jìn)行篩爐，得到高冰鎳產(chǎn)品。

轉(zhuǎn)爐吹煉具體生產(chǎn)步驟：由沉降電爐產(chǎn)出的熔融狀態(tài)的低冰鎳液體通過冰鎳包運至轉(zhuǎn)爐(3～3.5包)開風(fēng)吹煉；吹煉30～40 min，鐵的硫化物充分氧化后，爐內(nèi)溫度達(dá)到1 200 ℃時，加入石英石造渣；等排渣后再加入新的低冰鎳(冷料)，持續(xù)加低冰鎳、加熔劑、鼓風(fēng)、放渣幾個連續(xù)接替的作業(yè)(反復(fù)進(jìn)冷料/熱料)，進(jìn)行到溶體占爐內(nèi)容積1/3時即爐內(nèi)冰鎳含F(xiàn)e 8%～10%時就可篩爐；篩爐是吹煉的關(guān)鍵，在鐵留的少(2%～4.5%)、渣放的凈、石英石加的適當(dāng)前提下，篩爐操作時間短，金屬回收率高，產(chǎn)生的效益大。冶煉廠一個吹煉周期進(jìn)6～7包低冰鎳(約50～70 t低冰鎳)，排6～9遍渣(約50～80 t渣)。隨著吹煉過程的進(jìn)行，冰鎳中鐵逐漸被氧化造渣，F(xiàn)e含量從47%～50%降至2%～4.5%，同時鎳含量由22%～30%富集為57%～65%。

吉恩鎳業(yè)冶煉廠采用臥式轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳有30多年的歷史，有著豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗，轉(zhuǎn)爐各項指標(biāo)控制都優(yōu)于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品合格率達(dá)到99%以上。

1 吹煉原理

冶煉廠吹煉采用臥式轉(zhuǎn)爐火法冶煉，原理主要是利用爐內(nèi)金屬對硫和氧的結(jié)合力不同對鎳進(jìn)行富集，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)見式(1)～(9)[1]。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

低冰鎳主要由FeS、 Cu2S和Ni3S2組成，三者之和約占低冰鎳總量的97%[2]。當(dāng)向轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔融的低冰鎳鼓入空氣時，由于Ni和Cu對氧的親和力不及Fe大，而且熔體中FeS占主體，所以FeS先被氧化，少量被氧化的Cu2S和Ni3S2在有FeS存在時又再被還原成硫化物。FeS氧化生成的氧化物與加入爐內(nèi)石英熔劑可通過造渣除去，SO2進(jìn)入煙氣送去制硫酸，吹煉爐渣返回沉降電爐處理。轉(zhuǎn)爐吹煉只除去Fe和部分S,而保留Ni和Cu繼續(xù)以Cu2S和Ni3S2形態(tài)存在。篩爐后滯留在爐內(nèi)Ni3S2(硫化鎳)和Cu2S(硫化亞銅)的熔融物稱為高冰鎳，含鎳57%以上，含鐵2%～4.5%。在吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔體Ni含量和Fe含量成強負(fù)線性相關(guān)，見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐熔體Ni含量和Fe含量線性關(guān)系圖

2 吹煉工藝流程

吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳的工藝流程見圖2。

圖2 臥式轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高冰鎳工藝流程圖

3 吹煉前準(zhǔn)備工作

轉(zhuǎn)爐吹煉之前需要作如下準(zhǔn)備工作。

1)新砌筑爐體需要進(jìn)行烤爐，烤爐使?fàn)t襯砌體內(nèi)的水份蒸發(fā)，并繼續(xù)升溫以滿足吹煉溫度的要求?？緺t要點：緩慢升溫；慢熱均勻；溫度逐步上升。

2)檢查設(shè)備。檢查傳動設(shè)備運轉(zhuǎn)、儀表顯示、捅風(fēng)眼機運轉(zhuǎn)等是否正常，并清理風(fēng)眼、糊好爐口。

4 吹煉過程

4.1 加料期

爐子準(zhǔn)備好后，進(jìn)3～3.5包低冰鎳熔體(每包8～10 t)，開風(fēng)吹煉，吹30～40 min，火焰由紅轉(zhuǎn)白，目視冰鎳品位高低加入相應(yīng)量的石英熔劑。吹60～70 min，火焰由白轉(zhuǎn)藍(lán)，判定爐內(nèi)交互反應(yīng)開始，待渣層浮起，造渣將近結(jié)束，放第一遍渣，然后加入1斗冷料、1包低冰鎳熔體，并加入石英，繼續(xù)開風(fēng)吹煉。這樣周而復(fù)始，每個生產(chǎn)班進(jìn)料低冰鎳6～7包，加冷料3～4斗，放渣6～9遍，吹煉5～7 h，產(chǎn)高冰鎳15～18 t。

4.2 篩爐

篩爐是轉(zhuǎn)爐吹煉的重要過程，是指吹煉結(jié)束前對爐內(nèi)高冰鎳質(zhì)量做最后的判斷，正確的判斷可使高冰鎳中鐵含量達(dá)到工藝要求的范圍。高冰鎳按含鐵量不同分為以下幾等：含鐵量2%～4.5%為合格品，在這個范圍內(nèi)一般判斷取上限，這樣可以盡量減少鎳、鈷由于過吹造成損失；含鐵量高于4.5%為不合格品，不利于下游單位的生產(chǎn)；含鐵量低于2%，則為過吹，高冰鎳中鎳、鈷損失增大。所以說鐵含量的判斷是篩爐的重要依據(jù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是影響高冰鎳產(chǎn)量質(zhì)量的關(guān)鍵要素。

篩爐期轉(zhuǎn)爐停止進(jìn)料，加入石英吹煉45～55 min，觀其火焰由白轉(zhuǎn)藍(lán)，火花由大到小，由密到稀，并且有少部分火花在爐口上方飄動，這表明造渣接近完成，吹煉期近終點。取樣憑肉眼進(jìn)行判定，如果斷面呈金黃色，顆粒大小程度不同，表面發(fā)亮呈銀灰色，有較強的金屬光澤，說明含鐵在2%～4.5%之間；如果表面發(fā)黑，斷面呈暗黃色，顆粒發(fā)細(xì)，倒入高冰鎳模子內(nèi)生成一種黑灰，說明含鐵低于2%以下；如果表面發(fā)白呈淡灰色，皺紋很少，斷面呈淺黃色，顆粒很大，說明含鐵在5%以上，需繼續(xù)吹煉[3]。

篩爐過程中易出現(xiàn)的問題及處理方法如下所述。

1)溫度過低。溫度過低時，爐口火焰呈暗紅色，爐內(nèi)熔體黏稠，爐口粘結(jié)嚴(yán)重，而且爐內(nèi)渣鎳不易分離，嚴(yán)重時石英被渣裹住，爐內(nèi)熔體反應(yīng)緩慢。溫度過低主要由下列因素造成：進(jìn)料前爐內(nèi)溫度較低；風(fēng)壓低；爐后工送風(fēng)不及時導(dǎo)致風(fēng)眼有粘結(jié)物，妨礙送風(fēng)；石英加的過早或過多。出現(xiàn)上述問題時，應(yīng)立即組織爐后工連續(xù)捅風(fēng)眼，清除風(fēng)眼黏結(jié)物，使風(fēng)眼暢通，同時暫緩加冷料、石英，等進(jìn)入一包低冰鎳，造出一包渣后，恢復(fù)正常進(jìn)料。

2)溫度過高。溫度過高時，爐口火焰白亮，爐襯明亮耀眼，磚縫明顯，渣的流動性好。溫度過高的主要原因：冷料加入過少且不及時；石英加入過晚或過少；風(fēng)壓過大。主要危害是侵蝕爐襯嚴(yán)重，影響轉(zhuǎn)爐壽命，噴濺物過多，且金屬回收率低。

3)髙冰鎳過吹。過吹時，斷面顆粒大，并呈灰白色，這時要緩慢向爐內(nèi)加入低冰鎳進(jìn)行還原操作，適當(dāng)吹煉，等質(zhì)量合格后出爐。

4)渣過吹。冰鎳造渣吹煉到終點(高冰鎳中殘留的FeS含量約為1.0%～2.0%)時，未及時放渣，會造成大量的磁性氧化鐵生成，并且渣層溫度降低，渣發(fā)黏，流動性變差，倒入渣包易粘結(jié)，渣殼較厚[4]。渣過吹原因主要是放渣不及時而造成的渣過氧化，使得渣溫降低，黏度增大，熔體內(nèi)的氣體不能暢快的排出爐口，最后引起噴爐事故。處理方法：追加適量的熱冰鎳(一般要一包冰鎳)，稍吹煉一段時間，待轉(zhuǎn)爐爐溫上來后即停風(fēng)放渣，把前面造好的渣放出爐體后，再加適量的石英，繼續(xù)吹煉造渣。

5)石英加入過多、過早。造渣期石英加入過多，會使渣性惡化，渣黏度增大，且易在渣表層形成一層絮狀物(游離態(tài)石英)，致使氣體不易排出，造成噴爐事故。處理方法：加入熱冰鎳?yán)^續(xù)吹煉，改變渣型，造出良性渣。

5 吹煉原料、產(chǎn)品及指標(biāo)

吉恩鎳業(yè)轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳原料(低冰鎳)、產(chǎn)品及生成的轉(zhuǎn)爐渣的成分分別見表1、表2、表3。

表1 原料(低冰鎳)成分 %

表2 產(chǎn)品(高冰鎳)成分 %

表3 生成的轉(zhuǎn)爐渣成分 %

生產(chǎn)工藝參數(shù)：鼓風(fēng)壓力50～120 MPa，鼓風(fēng)量12 800 Nm3/h，送風(fēng)時率75%～80%，吹煉時間5～7 h，鎳回收率98.5%，吹煉溫度1 200～1 400 ℃。

6 轉(zhuǎn)爐吹煉事故及操作技術(shù)

轉(zhuǎn)爐吹煉過程中會出現(xiàn)各種意外事故，筆者對不同事故的應(yīng)對及操作作了總結(jié)，如下所述。

1)停電停水。工業(yè)電停電造成停風(fēng)時，如果自動控制系統(tǒng)失靈，應(yīng)立即啟動備用直流電機，轉(zhuǎn)動爐子，讓風(fēng)眼露出液面，防止風(fēng)眼被熔體灌死。突然停水時，應(yīng)立即將爐子轉(zhuǎn)動到停吹位置，待正常后再開風(fēng)吹煉。

2)惡性噴爐。惡性噴爐預(yù)兆出現(xiàn)后，應(yīng)立即拉開爐后擋板，轉(zhuǎn)動爐體，使?fàn)t口朝前，同時減少鼓風(fēng)，轉(zhuǎn)至停吹位置后加入木柴還原，現(xiàn)象消除后放渣，加入一定量的低冰鎳開風(fēng)吹煉。

3)鐵渣引起的噴爐。事故原因：在造渣時投入的石英熔劑量不足，致使部分FeO無法與SiO2造渣，使其繼續(xù)氧化成Fe3O4，生成磁鐵渣；這種渣比重大、黏度高、且流動性差，使鼓入爐內(nèi)的氣體不易穿透熔體表面渣層，鼓入的氣體在熔體內(nèi)越來越多，當(dāng)氣壓大大超過上層熔體的靜壓時，就會引起噴爐事故。處理方法：增加半包或者1包熱冰鎳，且加入足夠量的石英熔劑，繼續(xù)進(jìn)行吹煉作業(yè)，使磁鐵還原造渣。

4)渣過吹引起的噴爐。事故原因：放渣不及時造成渣過氧化，使得渣溫降低，黏度增大，熔體內(nèi)的氣體不能暢快的排出爐口，最后引起噴爐事故。處理方法：追加適量的熱冰鎳(一般要1包冰鎳)后，稍吹煉一段時間，待轉(zhuǎn)爐爐溫上來后即停風(fēng)放渣，把前面造好的渣放出爐體后，再加適量的石英，繼續(xù)吹煉造渣。

5)造渣期石英過量引起的噴爐。事故原因：造渣期石英加入過多，會使渣性惡化，渣黏度增大，且易在渣表層形成一層絮狀物(游離態(tài)石英)，致使氣體不易排出，造成噴爐事故。處理方法：加入適量的熱冰鎳，繼續(xù)吹煉，改變渣型，造出良性渣。

6)加料過多引起的噴爐。事故原因：造渣期，冷料一次性投入過多，引起熔體表面溫度偏低，熔體黏度大，送風(fēng)阻力大，往往夾帶著熔體呈團(tuán)塊狀噴出爐口。處理方法：及時修正冷料加入量，適當(dāng)降低送風(fēng)量，加大用氧量，調(diào)整爐子的送風(fēng)角度，以盡快促使熔體溫度回升，待正常后可恢復(fù)以前的作業(yè)狀況。

7)爐內(nèi)熔體過冷。事故原因：因停電或設(shè)備故障等原因，造成轉(zhuǎn)爐進(jìn)料后無法起吹或續(xù)吹，使熔體停留在進(jìn)料位置60°處，若保溫不當(dāng)且時間超過6 h后，會使熔體表面凍結(jié)成厚殼；向熔體內(nèi)直投冷料過多，熱量收支失衡，造成爐內(nèi)熔體凍結(jié)或局部凝結(jié)成團(tuán)，無法傾出爐口。熔體過冷現(xiàn)象：主要表現(xiàn)為爐膛發(fā)暗紅或黑色，熔體后蓋打不開，用爐口清理機打一個洞，滲出的液體呈暗紅色，黏稠且很快凝結(jié)；送風(fēng)吹煉時，不見熔體的噴濺物和濃煙出現(xiàn)，越吹越?jīng)觥Ｌ幚矸椒ǎ涸谝好娼窃试S的范圍內(nèi)最大限度地追加熱冰鎳，并立即送風(fēng)吹煉，增加富氧率，推遲加入石英熔劑的時間，修正冷料的加入量，必要時可以不加冷料吹煉，以確保爐內(nèi)反應(yīng)正常。

7 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳既有工藝生產(chǎn)過程簡單、工藝參數(shù)控制靈活、適應(yīng)物料性較強等優(yōu)點；也有間歇性生產(chǎn)，煙氣波動大，不利于煙氣余熱和二氧化硫回收利用等缺點。本文總結(jié)了吉恩鎳業(yè)冶煉廠采用臥式轉(zhuǎn)爐吹煉的生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)參數(shù)及發(fā)生吹煉事故時的操作技術(shù)，以期對同行有參考價值。