日本大江山厂用直接还原硅镁镍矿法生产镍铁.doc

日本大江山厂用直接还原硅镁镍矿法生产镍铁 TetsuyaWatanabe等 摘要 第二次世界大战期间，日本冶金工业公司大江山厂用克鲁帕一雷恩法(KruPP一RennProcos)从附近大江山矿开采的红土矿中生产海绵铁.1952年，该厂改用进口硅镁镍矿作原料，开始生产制造不锈钢用的镍铁.从开始产镍铁以来，巳作了许多改进。 (l)费用低.原料预处理后，可用回转窑低能耗地生产粗镍铁. (2)产品销路好.粗镍铁可用于作氢氧脱碳法(AOD)炼不锈钢的原料. 目前，只有大江山厂在工业上采用硅镁镍矿的直接还原法. 本文介绍大江山法的技术和操作特点。 前言 在第二次世界大战期间，日本冶金工业公司在宫津建起一个熔炼低品位镍红土矿的工厂二镍矿来自附近的大江山矿山。用克鲁帕一雷恩熔炼法生产低镍生铁，在本公司的川崎厂用作生产低合金钢.战后，原料从镍红土矿改用从新喀里多尼亚的进口矿，并生产供日本国内用的炼不锈钢用的粗镍铁，熔炼方法没有改变. 现在该厂以四台回转窖处理从新喀里多尼亚，菲律宾和印度尼西亚进口的矿石成功生产约1000吨镍/月.熔炼方法很独特，称为日本冶金大江山法.此法为不锈钢生产提供充足的镍源.它还使我们建起从镍原料到成品不锈钢的一条龙生产法，本法与埠尔一凯姆法(El一KemProee:s)之类等的镍铁法相比，有如下优点: (l)熔炼主要能源为煤，而不是昂贵的电能. (2)原料的自由选择，能可用东南亚的硅镁镍矿. (3)所产粗镍铁质量可直接用作不锈钢生产原料，并且同时作为熔炼的冷却剂. 熔炼方法是简单的，预处理步骤是将原料(硅镁镍矿)磨细后，与含碳物料和熔剂石灰石混合，后者用于调节含水量，然后制团.接着通过预热器将团块连续给入回转窑。在回转窑中，团块与煤燃烧所产生热气流逆流运动，经受所有熔炼步骤一干燥，脱水，还原和金属成长—金属是在窑中半熔融条件下生成的。这烧成的物料叫熔块·从夸出来就将它水碎，磨细后，用跳汰和磁选机将还原成的镍铁合金从排出的熔块中分离出来。然后将此产召运往川崎钢厂作为不锈钢生产的镍源. 粗镍铁呈直径2-3毫米的沙状颗粒，并夹带1-2%炉渣，其化学组成为C0.10%，Ni 18~22%，S0.45%，P0.015%. 此产品不管含硫多高均适用于AOD炼钢过程，因AOD法有很好的脱硫能力.沙状颗粒在炼钢过程中相当有利于连续加料和作为冷却剂物料快速溶解. 当只采用回转窑进行大江山法操作时，熔炼实践应在半熔化而不在熔化条件下进行.在 实践中，使含脉石高的硅镁镍矿的氧化镍在半熔化条件苹还原和使镍铁合金聚集成粒是困难的。 二、技术改进的历程 在详细介绍本方法之前，让我们简单回顾以往技术改进的历史。 从进口高品位镍矿生产镍铁始于1952年，为炼不锈钢厂提供原料。从那时起，努力提高生产能力、镍回收率、产品性量和节省能耗。 表1所示为主要生产过程的技术改进历史。 图1为目前的生产流程。 如表中所示，我们通过增建回转窑、几项设施改进和改善原料预处理等，成功地逐步提高生产能力，满足川崎钢厂生产不锈钢方面不断增长的需要。至于能源问题，镍熔炼过程消耗大量能源.为解决石油危机后能耗费用增加的问题，采取种种措施降低此项费用，如提高预热器热效率，用煤代油，用新的预处理技术以降低供入回转窑的原料含水量。 关于镍回收率，一般认为，因原料中脉石含量高，只用回转窑法不能达到足够高回收率。 事实上，大江山法应用初期镍回收率仅约80%。但装设烟尘返回系统，改进原料预处理工艺和烧渣分离工艺就使此低回收率大为改观。同时，用热化学的观点，对在半熔条件下还原出来的金属颗粒的聚集机理进行了研究. 三、工艺特点 表2列出了主要设备的规格。处理过程分为如下三个阶段: (l)原料预处理—矿石进行磨细，混合和压团作业，使回转窑有效地运行。 (2)在回转窑内进行熔炼作业，其中有焙烧，金属氧化物的还原和还原出的金属颗粒进行团聚. (3)用重力和磁力分选法从窑产品(烧渣)中分离出团聚的镍铁金属颗粒. 原料准备过程 生产质量良好的团块是回转窑成功操作的重要因素—如团块有利于热效率提高，有利于形成理想的温度分布，防止窑结圈故障，并降低烟尘率。 (1)原料。所用原料由硅镁镍矿，无烟煤和焦粉还原剂，燃料煤和石灰石熔剂所组成。这些物料典型的化学成分列于表3~5.因镍铁产品直接用于不锈钢生产过程，产品中磷含量限制在最高不应超过0.02%。因此使用特殊品级的低磷煤，至于产品的硫含量，由于AOD法有很好的脱硫效率，故没有特别限制。后面将要讨论到，硫在回转窑中使还原金属颗粒的团聚方面起着重要作用。 (2)压团。以前采用“湿法”压团。这就是把所有原料湿磨和过滤后，用低压成形和将约含32%水分的滤饼制成条状.1984年此法已改为压团法，其原因主要是为节省能耗，提高窑的矿石处理量和窑的稳定操作需要含水分低(约18%