侧吹熔炼装置和熔炼方法与流程

1.本技术涉及冶炼技术领域，尤其是涉及一种侧吹熔炼装置和熔炼方法。


背景技术：

2.目前二次镍精矿冶炼的比较成熟的工艺流程为：二次镍精矿
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反射炉熔铸
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镍阳极板
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电解
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电解镍。该工艺中所用设备为反射炉，在传统熔炼过程中，只是将物料熔铸成高硫镍阳极板，未参与除铁脱硫的化学反应过程，镍阳极板含硫高，导致镍阳极板易碎、镍残极率偏高等问题，同时，反射炉熔炼效率低、能耗高，成为制约镍冶炼工艺技术提升的一大难题。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出一种侧吹熔炼装置，该侧吹熔炼装置的燃料和氧气与高温熔体在第一喷枪的作用下混合并剧烈反应生成高品位低硫镍锍和熔炼渣，在还原区第二喷枪的作用下进一步实现部分还原，从而实现了低硫镍硫和贫化熔炼渣的连续性生产。
4.本技术还提出了一种用于侧吹炉熔炼装置的熔炼方法。
5.根据本技术的侧吹熔炼装置，包括：炉体，所述炉体内在长度方向上依次设置有熔炼区、还原区和沉降区，所述炉体包括：在宽度方向上正对的第一侧壁和第二侧壁；第一喷枪和第二喷枪，所述第一喷枪设置在所述第一侧壁和/或第二侧壁与所述熔炼区正对的区域上且伸入所述熔炼区的熔渣中，所述第二喷枪设置在所述第一侧壁和/或第二侧壁与所述还原区正对的区域上且伸入所述还原区的熔渣中。
6.根据本技术的侧吹熔炼装置，物料通过熔炼区的顶部的加料口加入，在第一喷枪的作用下，燃料和氧气与高温熔体混合并剧烈反应生成高品位低硫镍锍和熔炼渣。熔炼区生成的低硫镍锍和熔炼渣分别通过还原区和沉降区，且在还原区的第二喷枪的作用下进一步实现部分还原，从而实现了低硫镍硫和贫化熔炼渣的连续性生产。
7.根据本技术的一个实施例，所述炉体还包括：在长度方向上正对的第三侧壁和第四侧壁；所述侧吹熔炼装置还包括：第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙和所述第二挡墙设置在所述炉体内，所述第一挡墙和所述第二挡墙在所述炉体的长度方向上间隔开；其中所述第一挡墙与所述第三侧壁之间限定出所述熔炼区，所述第一挡墙和所述第二挡墙之间限定出所述还原区，所述第二挡墙和所述第四侧壁之间限定出所述沉降区。
8.根据本技术的一个实施例，所述第一挡墙的底部与所述炉体的底壁间隔开以使所述熔炼区的熔体区和所述还原区的熔体区连通，所述第二挡墙的底部与所述炉体的底壁间隔开以使所述还原区的熔体区与所述沉降区的熔体区连通。
9.根据本技术的一个实施例，所述炉体还包括：顶壁，所述顶壁分别与所述第三侧壁的顶端和所述第二挡墙的顶端相连，所述第一挡墙与所述顶壁间隔开以使所述熔炼区的气相区和所述还原区的气相区连通。
10.根据本技术的一个实施例，所述顶壁上还设置有排烟管，所述排烟管内的排气通道均与所述熔炼区的气相区和所述还原区的气相区连通。
11.根据本技术的一个实施例，所述顶壁上与所述熔炼区正对的区域设置有加料口，所述顶壁的内侧壁上还设置有朝下延伸的挡屏，所述挡屏在所述底壁上的投影位于所述加料口在底壁上的投影和所述排气通道在所述底壁上的投影之间。
12.根据本技术的一个实施例，所述第一侧壁或所述第二侧壁与所述熔炼区正对的区域设置有第二风口，所述顶壁与所述还原区正对的区域设置有第三风口。
13.根据本技术的一个实施例，所述第一挡墙和所述第二挡墙包括：第一水套以及设置在所述水套外侧且与熔体接触的第一耐火砖层。
14.根据本技术的一个实施例，所述第一至第四侧壁包括：熔体存储区、鼓泡反应区以及气流区，所述熔体存储区和所述气流区包括：第二耐火砖层，所述鼓泡反应区包括：第三耐火砖层以及设置在第三耐火砖层外侧的第二水套。
15.根据本技术的一个实施例，所述第一侧壁或所述第二侧壁与所述沉降区正对的区域设置有在上下方向上间隔开的上排空口和下排空口。
16.一种用于侧吹熔炼装置的熔炼方法，所述侧吹熔炼装置为上述的侧吹熔炼装置，所述熔炼方法至少包括如下步骤：将矿石加入到熔炼区；第一喷枪插入到熔炼区的熔渣中，调整第一喷枪的天然气和氧气的比例以实现氧化气氛，保证补热的同时脱除矿石中的硫；熔渣和镍锍进入到还原区，将第二喷枪插入到还原区的熔渣中，调整第二喷枪中天然气和氧气的比例以实现还原气氛，将熔渣中过氧化的镍锍还原；熔渣和镍锍流入到沉降区并在沉降区实现镍锍的沉降分离。
17.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
18.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本技术实施例的侧吹熔炼装置一个方向的剖视图；
20.图2是根据本技术实施例的侧吹熔炼装置另一个方向的剖视图。
21.附图标记：
22.侧吹熔炼装置100，
23.炉体110，第三侧壁111，第四侧壁113，顶壁115，排烟管道117，挡屏119，
24.第一喷枪130，第二喷枪150，第一挡墙170，第二挡墙190，
25.熔炼区101，第二风口102，还原区103，第三风口104，沉降区105，熔体存储区106a，鼓泡反应区106b，气流区106c，加料口107，上排空口108a，下排空口108b。
具体实施方式
26.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
27.下面参考图1-图2描述根据本技术实施例的侧吹熔炼装置100。
28.根据本技术实施例的侧吹熔炼装置100可以包括炉体110、第一喷枪130和第二喷枪150。
29.炉体110内设置有容纳空间，镍矿石的熔融过程、氧化还原过程以及沉降过程均在该炉体110内实现，具体地炉体110内在长度方向上依次设置有熔炼区101、还原区103和沉降区105，物料可以经过加料口107落入到熔炼区101内，并在熔炼区101内在高温燃料的作用下进行熔炼，熔炼区101生成的熔炼渣流入还原区103，进行部分还原，降低渣中镍含量，同时镍锍和熔炼渣进一步分层，熔炼渣最后经过沉降区105后，通过沉降区105的溢流口排出。
30.炉体110包括：在宽度方向上正对的第一侧壁和第二侧壁，第一喷枪130设置在第一侧壁或/和第二侧壁与熔炼区101正对的区域上且伸入到熔炼区101，第二喷枪150设置在第一侧壁和/或第二侧壁与还原区103正对的区域上且伸入还原区103。
31.具体地，第一喷枪130插入到熔炼区101的熔体中，第二喷枪150插入到还原区103的熔体中，第一喷枪130和第二喷枪150可以向对应的区域内输送燃料和氧气；天然气和富氧空气可以通过第一喷枪130鼓入到熔炼区101的渣层中，使得天然气和氧气在熔池中充分混合，直接在熔池中燃烧放热，保证炉内温度，同时部分脱除物料中的硫。第二喷枪150也可以向还原区103的渣层中输入天然气和富氧空气，从而进行部分还原，降低渣层中的镍含量。
32.根据本技术实施例的侧吹熔炼装置100，物料通过熔炼区101的顶部的加料口107加入，在第一喷枪130的作用下，燃料和氧气与高温熔体混合并剧烈反应生成高品位低硫镍锍和熔炼渣。熔炼区101生成的低硫镍锍和熔炼渣分别通过还原区103和沉降区105，且在还原区103的第二喷枪150的作用下进一步实现部分还原，从而实现了低硫镍硫和贫化熔炼渣的连续性生产。
33.在本技术的一些实施例中，炉体110还包括：在长度方向正对的第三侧壁111和第四侧壁113，第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁111和第四侧壁113都是形成在炉体110的底壁上且朝向上方延伸，且第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁111和第四侧壁113在周向上形成一个环形结构，第三侧壁111连接在第一侧壁和第二侧壁的同侧一端，第四侧壁113连接在第一侧壁和第二侧壁的同侧另一端。
34.侧吹熔炼装置100还包括第一挡墙170和第二挡墙190，第一挡墙170和第二挡墙190设置在炉体110内，第一挡墙170和第二挡墙190在炉体110的长度方向上间隔开，具体地，第一挡墙170和第二挡墙190沿炉体110的宽度方向延伸。
35.第一挡墙170和第三侧壁111之间限定出了熔炼区101，第一挡墙170和第二挡墙190之间限定出了还原区103，第二挡墙190和第四侧壁113之间限定出了沉降区105。
36.进一步地，第一挡墙170的底部与炉体110的底壁间隔开，从而使得熔炼区101的熔体区和还原区103的熔体区连通，这样熔炼区101内生成的熔炼渣可以进入到还原区103，实现进一步的还原。第二挡墙190的底部与炉体110的底壁间隔开，从而还原区103的熔体区与沉降区105的熔体区连通，在还原区103内经过进一步还原的熔炼渣可以进入到沉降区105，在进行沉降后可以从溢流口排出。同时，由于还原区103和沉降区105之间设置有第二挡墙190，因此沉降区105熔体可以在第二挡墙190的作用下相对静止，更加便于沉降。剧烈搅拌
的熔池在第二挡墙190的作用下相对静止，熔炼渣在沉降区105进一步沉降分层，最后熔炼渣通过排渣口溢流排出。
37.熔体中的冰镍和熔炼渣通过第一挡墙170下部的通道流入到还原区103，在第二喷枪150的搅拌下，发生还原反应，将过氧化的镍渣中的氧化镍和氧化铜部分还原成镍和铜，降低熔炼渣的含镍量和含铜量；第二喷枪150通过调节天然气与富氧空气比例，调节进入炉体110的气体的还原性。
38.在本技术的一些实施例中，炉体110还包括顶壁115，顶壁115分别与第三侧壁111的顶端和第二挡墙190的顶端相连，第一挡墙170与顶壁115间隔开，从而使得熔炼区101的气相区和还原区103的气相区连通，熔炼区101内产生的气体和还原区103内产生的气体可以一起通过烟道向外排出。
39.进一步地，顶壁115上还上还设置有排烟管道117，排烟管道117向上延伸，排烟管道117内的排烟通道均与熔炼区101的气相区和还原区103的气相区连通，从而熔炼区101内产生的气体和还原区103内产生的气体可以一起通过排烟管道117向外排出。
40.根据本技术的一些实施例，顶壁115上与熔炼区101正对的区域设置有加料口107，镍矿石和煤矿可以通过加料口107加入到熔炼区101，顶壁115的内侧壁上还设置有朝下延伸的挡屏119，挡屏119在底壁上的投影位于加料口107在底壁上的投影和排气通道在底壁上的投影。当然，可以理解的是，挡屏119的下端与熔炼区101的熔体之间间隔开。
41.由此，防止从加料口107进入到熔炼区101的物料在下降的过程中被上升的烟气带走，从而造成镍矿石和煤矿的浪费。
42.在本技术的一些实施例中，第一侧壁或第二侧壁与熔炼区101正对的区域设置有第二风口102，顶壁115与还原区103正对的区域设置有第三风口104。第二风口102的高度需要大于熔炼区101内熔体的高度，熔炼区101内燃烧产生的废气中残留有少量的单质硫，通过第二风口102鼓入空气可以将残留的单质硫燃烧，降低废气中的有害物质。第二风口位于加料口下方的侧壁上。
43.同时，由于第一喷枪130和第二喷枪150可以向熔体内注入天然气，但是部分天然气并不能充分燃烧，由此可能进入到熔炼区101和还原区103的气相区中，此时通过第三风口104鼓入空气，可以使得烟气中未燃烧充分的天然气充分燃烧，同时起到降低烟气温度的作用。
44.在本技术的一些实施例中，第一挡墙170和第二挡墙190包括：第一水套以及设置在第一水套外侧且与熔体接触的第一耐火砖层。可以理解的是，第一挡墙170设置在炉体110的中间区域，因此第一挡墙170的两侧同时与熔体接触，因此第一挡墙170包括中间的第一水套以及中间水套两侧的第一耐火砖层，第一水套被夹设在两个第一耐火砖层之间。第二挡墙190的一部分只有一侧与熔体接触，因此该部分包括与熔体接触的第一耐火砖层以及设置在第一耐火砖层外侧且不与熔体直接接触的第一水套。
45.在本技术的一些实施例中，第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁111和第四侧壁113均包括：熔体存储区106a、鼓泡反应区106b以及气流区106c，熔体存储区106a和气流区106c包括第二耐火砖层，熔体存储区106a和气流区106c都是由第二耐火砖层构成的，因为熔体存储区106a和气流区106c相对于鼓泡反应区106b温度相对较低，熔池相对静止，此时可以仅由耐火砖层构成；由于鼓泡反应区106b是燃料、矿石以及氧气剧烈反应的区域，因此鼓泡反应
区106b需要由第二耐火砖层和第二水套组成，从而提高鼓泡反应区106b的使用寿命。
46.在本技术的一些实施例中，第一侧壁或第二侧壁与沉降区105正对的区域上设置有在上下方向上间隔开的上排空口108a和下排空口108b。由此，当事故保温时间较长时，可通过打开上排空口108a将熔体液位排放到上排空口108a以下，同时调整喷枪中富氧空气和天然气的配比，从而达到补热保温的效果。
47.根据本技术实施例的侧吹熔炼装置100，通过熔炼区101顶部的加料口107，加入二次镍精矿、石英石熔剂和少量粉煤，产出含镍60-70％的低硫镍锍、熔炼渣和烟气。
48.在与熔炼区101正对的第一侧壁或/和第二侧壁上设置的若干第一喷枪130，将天然气鼓入到熔炼区101的渣层，通过调节天然气和富氧空气比例，调整氧化气氛，保证补热的同时，脱除精矿中的硫；
49.还原区103通过第一挡墙170，将还原区103的气相区和熔炼区101的气相区隔开，熔炼渣和镍锍可通过第一挡墙170下部的通道流入到还原区103，在与还原区103正对的第一侧壁或/和第二侧壁上设置的若干第二喷枪150，将天然气鼓入渣层，用于还原部分过氧化的镍锍，降低渣中镍铜含量；
50.沉降区105通过第三挡墙与还原区103隔开，阻挡还原区103的风口产生的熔体搅动，在沉降区105形成相对静止区，有利于镍锍沉降分离。
51.本技术的侧吹熔炼装置100通过分区独立控制侧吹喷枪，实现了二次镍精矿处理工艺的生产连续性，降低了金属化镍锍的含硫量，能提高镍阳极板质量，该装置由于采用了浸没熔池的浸没式喷枪，还具有冶炼强度高、燃料利用率高、热效率高等优点。
52.本技术实施例的炉体110为长方形炉体110，炉体110侧壁的下侧区域围合成了熔体存储区106a，冰镍与熔炼渣在此静置分层；冰镍口109a和排渣口109b分别位于炉缸的两端，冰镍口靠熔炼区101的端部，用虹吸排放形式或打眼方式；排渣口靠近沉降区105的端部，采用溢流排放结构；在沉降区105设置有两个排空口。
53.熔池深度为1600mm-2000mm，可通过渣溢流口调节，其中镍层厚度400-600mm；第一喷枪130浸没熔体深度为400-700mm，二次风口距第一喷枪130的距离3-4m；第一喷枪130伸入炉内50-100mm。
54.下面简单描述本技术实施例的用于侧吹熔炼装置的熔炼方法，侧吹熔炼装置为上述的侧吹熔炼装置，所述熔炼方法至少包括如下步骤：
55.将矿石加入到熔炼区，可以随着矿石一起向熔炼区加入一些煤炭粉末，从而矿石可以更容易快速地被熔炼，矿石可以在高温的作用下变成熔体。
56.第一喷枪插入到熔炼区的熔渣中，第一喷枪可以向熔渣中喷天然气以及氧气，通过调整天然气和氧气的比例，可以营造出氧化气氛，从而将矿石中的硫氧化，进而变成气体排出，但是在氧化气氛中，渣层不可避免地将夹带一部分过氧化的镍锍。
57.渣层流动至还原区，第二喷枪插入到还原区的熔渣中，通过调整第二喷枪中天然气以及氧气的比例(可以理解的是，第二喷枪中的氧气占全部气体的比例要低于第一喷枪中的氧气占全部气体的比例)实现还原气氛，从而将熔渣中溶解或机械夹带的过氧化镍锍还原，从而降低渣中镍含量。
58.之后熔渣和镍锍进入到沉降区，沉降区相对静止，较轻的熔渣在上方，较重的镍锍沉降并位于下方。
59.本技术中的熔炼方法，通过分区独立控制侧吹喷枪，实现了二次镍精矿处理工艺的生产连续性，降低了金属化镍锍的含硫量，能提高镍阳极板质量，该熔炼方法由于采用了浸没熔池的浸没式喷枪，还具有冶炼强度高、燃料利用率高、热效率高等优点。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。