吉恩鎳業(yè)冶煉廠臥式轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高冰鎳工藝及實踐

趙 云

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

吉恩鎳業(yè)冶煉廠采用奧斯麥特爐熔煉、沉降電爐沉降、轉(zhuǎn)爐吹煉工藝生產(chǎn)水淬高冰鎳及高冰鎳陽極板，設計年產(chǎn)15 000 t鎳金屬含量高冰鎳產(chǎn)品。轉(zhuǎn)爐吹煉采用臥式轉(zhuǎn)爐吹煉工藝，轉(zhuǎn)爐吹煉物料由原來的含鎳14%的低冰鎳改變?yōu)楹?5%～30%的低冰鎳，產(chǎn)品高冰鎳品位提升，物料反應時間縮短，生產(chǎn)效率提高。

1 轉(zhuǎn)爐吹煉工藝特點及主要設備

1.1 生產(chǎn)工藝流程

吉恩鎳業(yè)冶煉廠生產(chǎn)原料為硫化鎳精礦，該原料經(jīng)奧斯麥特爐熔煉、沉降電爐沉降后，成為含鎳25%～30%的低冰鎳，將其排放到冰銅包子中，由50 t橋式起重機吊運至轉(zhuǎn)爐進行吹煉生產(chǎn)，吹煉過程中加入石英、冷料等造渣，冶煉成含鎳57%～62%的高冰鎳。高冰鎳再經(jīng)50 t橋式起重機吊運到保溫爐中，然后根據(jù)生產(chǎn)計劃進行生產(chǎn)水淬高冰鎳或澆鑄高冰鎳陽極板。轉(zhuǎn)爐吹煉工藝流程簡圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐吹煉工藝流程簡圖

1.2 吹煉基本原理

轉(zhuǎn)爐吹煉過程中發(fā)生的主要化學反應見式(1)～(9)[1]。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

轉(zhuǎn)爐吹煉主要是造渣除鐵、有價金屬富集的過程，由于低冰鎳的主要成分是FeS、 Cu2S和Ni3S2，并且鐵對氧的親和力優(yōu)于鎳和銅，所以在吹煉過程中FeS先被氧化，少量被氧化的Cu2S和Ni3S2在有FeS存在時又被還原成硫化物。FeS氧化生成的氧化物與加入爐內(nèi)的石英熔劑通過造渣除去。轉(zhuǎn)爐吹煉最終只除去鐵和部分硫及極少部分的鎳、銅,而在吹煉終點產(chǎn)出含有Ni3S2和Cu2S的熔融物即為高冰鎳[2]。

1.3 技術(shù)特點

吉恩鎳業(yè)冶煉廠使用臥式轉(zhuǎn)爐吹煉工藝生產(chǎn)高冰鎳，起源于該廠根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗，在原有爐型上加以改進，制作出三臺30 t臥式轉(zhuǎn)爐。整套系統(tǒng)由爐體、傳動系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、溶劑供應系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)組成，爐體包括爐殼、爐口、爐襯、風口、風管、齒圈等。

臥式轉(zhuǎn)爐吹煉主要特點：可采用富氧吹煉，吹煉時間短，工作效率高；吹煉產(chǎn)生的二氧化硫煙氣濃度高，利于后期煙氣制酸；采用集中控制系統(tǒng)，人員勞動強度低。

1.4 主要設備情況

轉(zhuǎn)爐吹煉主要設備情況見表1。

表1 轉(zhuǎn)爐吹煉主要設備表

2 生產(chǎn)實踐

2.1 生產(chǎn)情況

吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐于2009年11月8日點火烘爐，11月12日進料試生產(chǎn)，轉(zhuǎn)爐運行平穩(wěn)，爐況正常，產(chǎn)出高冰鎳含鎳基本穩(wěn)定在60%左右，轉(zhuǎn)爐渣含鎳基本穩(wěn)定在1.0%以內(nèi)。吹煉生產(chǎn)原料、產(chǎn)成品及轉(zhuǎn)爐渣成分分別見表2、表3、表4。

2.2 入爐物料品位提高后生產(chǎn)率提升情況

由于吉恩鎳業(yè)冶煉廠熔煉工藝由原來的礦熱電爐熔煉改為奧斯麥特爐熔煉-沉降電爐沉降分離工藝，轉(zhuǎn)爐吹煉物料由原來的含鎳14%的低冰鎳改變?yōu)楹?5%～30%的低冰鎳，原料中鎳品位升高近一倍，生產(chǎn)結(jié)果是物料反應時間縮短，熔劑消耗量、轉(zhuǎn)爐返渣量減少，單位時間處理量提高。改造前后具體對比情況見表5、表6、表7。

從表中可以看出，同等條件下，由于原料低冰鎳品位提高，轉(zhuǎn)爐吹煉石英石消耗量降低34%，產(chǎn)渣量減少28.6%，吹煉時間縮短30%。

3 生產(chǎn)存在主要問題及解決措施

3.1 轉(zhuǎn)爐爐襯損壞嚴重

吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐爐襯前期全部使用營口某耐火材料有限公司生產(chǎn)的半再結(jié)合鎂鉻磚進行砌筑，后期使用兩家耐火材料有限公司生產(chǎn)的半再結(jié)合鎂鉻磚分別砌筑筒體及風眼區(qū)。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)爐襯出現(xiàn)炸裂及爐肩部位燒蝕嚴重等問題，通過對問題的深入研究[3-5]，經(jīng)過不斷改進和完善，這些問題基本都已解決，主要解決措施如下所述。

表2 入爐原料低冰鎳成分

表3 產(chǎn)成品高冰鎳成分

表4 轉(zhuǎn)爐渣成分

表5 轉(zhuǎn)爐入爐物料成分對比 %

表6 1 000 kg不同品位低冰鎳吹煉消耗的溶劑 量及產(chǎn)生的爐渣量對比(石英石SiO2>90%)

表7 1 000 kg不同品位低冰鎳吹煉時間對比/min

1)爐襯磚炸裂問題。由于烤爐時間及升溫曲線不當，導致爐磚易炸裂。解決方法：根據(jù)廠家提供及自我摸索，制定合理烤爐升溫曲線(圖2)，嚴格烤爐制度。先用木材升溫，直至爐內(nèi)溫度升到300 ℃為止，升溫4 h，之后進行恒溫12 h，以脫除游離水；再升溫至450 ℃，恒溫8 h，脫除結(jié)晶水；加入焦炭之后進行升溫，直至650 ℃為止，恒溫6 h，脫除殘留水；再升到750 ℃為止，恒溫8 h；最后升溫到950 ℃，之后進行恒溫12 h。此時，爐內(nèi)溫度已經(jīng)達到1 000 ℃左右，符合進料生產(chǎn)要求，便可進行生產(chǎn)使用。

圖2 轉(zhuǎn)爐烘爐升溫曲線

2)爐肩部位燒蝕嚴重問題。由于生產(chǎn)過程中進料量不斷增加，爐內(nèi)液面不斷升高，高溫熔體隨著爐內(nèi)鼓風攪動，不斷的燒蝕爐肩部位耐火材料，使爐肩部位局部溫度過高，造成爐肩部位耐火材料燒蝕嚴重或燒凈，致使爐肩部位爐筒燒漏，無法繼續(xù)吹煉，并且無法返渣等情況。解決措施：低料面操作，及時放渣；控制爐溫，使爐溫保持在正常吹煉要求內(nèi)，及時添加熔劑、冷料等，防止爐溫過高對爐內(nèi)耐火材料的損害；吹煉過程中間出爐，在吹煉過程中，根據(jù)整個吹煉過程預計進料量來判斷中間出爐時間，將原來的一個班出一次爐改為一個班出爐兩次，以此來降低爐內(nèi)熔體面高度，使爐內(nèi)物料可以更好地發(fā)生冶煉反應。

3.2 “死眼”現(xiàn)象頻發(fā)

這類問題出現(xiàn)原因有兩種。

一種情況是高銅物料加入后，由于轉(zhuǎn)爐內(nèi)物料含銅升高，熔體黏度變大，物料流動性變差，造成捅風眼過程中物料粘在釬子頭部，在抽釬子過程中粘在風眼壁上。久而久之，風眼便一點點粘死，無法送風。解決辦法：根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況，制作了部分大釬頭釬子，在出爐后爐內(nèi)無物料并且爐溫較高時對風眼壁進行清理，去除粘結(jié)物，將“死眼”打通，并且防止未粘死的風眼進一步粘死。

另一種情況是轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，隨著爐內(nèi)耐火材料厚度降低，風眼處由于采用干法砌筑，極易出現(xiàn)風口座與爐體間隙處滲鎳現(xiàn)象，造成風管燒毀，風眼“死眼”，最終導致送風不足，影響正常生產(chǎn)。解決辦法：將風眼區(qū)改為濕法砌筑，經(jīng)過高溫烘爐，風眼區(qū)耐火材料整體性更好，風管和磚縫間隙更小，大大降低了風口座與爐體間隙滲鎳情況的發(fā)生。

3.3 環(huán)集煙罩密封不嚴

近年來，國家對冶金行業(yè)環(huán)保要求更為嚴格，為了達到標準，吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐煙氣回收系統(tǒng)采用了主煙道集煙制酸及環(huán)境集煙送煙氣脫硫外排兩套系統(tǒng)。但是在生產(chǎn)初期，由于環(huán)境集煙系統(tǒng)密封不嚴等問題，造成部分煙氣外溢到廠房內(nèi)部，造成生產(chǎn)操作環(huán)境惡劣。為了解決這一問題，吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐車間技術(shù)人員協(xié)同廠內(nèi)設備管理人員及建設單位多方努力，共同研究，通過改變密封方式、增加集煙點等一系列措施，終于解決了環(huán)集煙罩密封不嚴的問題。

4 結(jié)語

吉恩鎳業(yè)冶煉廠自2009年11月12日產(chǎn)出第一爐合格高冰鎳以來，經(jīng)過9年的不懈努力，生產(chǎn)工藝及設備各方面日趨完善，9年來做到了安全、環(huán)保生產(chǎn)，并且在2015年連續(xù)兩個月打破單月產(chǎn)量最高記錄，超過設計月產(chǎn)能的15%，各項技術(shù)指標、生產(chǎn)成本等均達到吉恩鎳業(yè)歷史最好水平。