粒化輪法處理鎳渣工藝應用實踐

趙 剛

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

1 項目概況

本文以國內某企業鎳鐵項目為研究背景，該企業年產20 萬t 鎳鐵項目一期鎳渣處理工程，工程共四套渣?；O施，每臺電爐設置一套爐渣粒化、脫水設備和水渣儲倉，兩臺電爐共用1 個水池、給排水系統、電氣控制系統等。礦熱爐渣每隔2 h 排放一次，含出渣時間40 min，兩座礦熱爐產渣量為1 900 t/d。

2 ?；喎ㄌ幚礞囋O計難點及處理方案

2.1 渣型的選擇

鎳渣與高爐渣、鋼渣相比，多為酸性渣，其堿度較低、渣流動性較差。為適當降低鎳渣粘度，在回轉窯配料中加入石灰石，渣型以SiO2-CaO-MgO 為主體，堿度R 約為0.9；選擇此渣型時原料中會增加CaO 的用量，熔池中反應如下：

形成高溫而穩定的硅酸鈣結構，主要為CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2，其融化溫度分別為1 813 K、2 403 K、2 173 K，提高了熔渣的液相線溫度，從而提高了爐溫；而CaO 與SiO2的結合破壞了FeO-SiO2化合鍵，提高了FeO 的活度，利于其還原。在碳充足的情況下，FeO 的還原非常徹底，一般Ni、Fe 氧化物質量分數可達到90%～95%。合理的渣型選擇對冶煉鎳鐵十分重要，保證出渣流動性良好[1]。

2.2 鎳渣后續綜合利用

鎳渣作為水泥混合材可以用來生產水泥，直接應用在混凝土中，或者做填充料、建筑砌塊，其中作為水泥混合材是最有效的綜合利用方式，不僅可以提高鎳渣的利用率，同時還能提升其附加值，增加水泥產量，降低能耗。鎳渣作為混合材必須要求自身活性越高越好，而這一特性是在水淬過程中形成的。試驗證明，較高的排渣溫度和適當的冷卻速度是決定鎳渣活性的重要因素。設計排渣溫度在1 450～1 550 ℃；適當的冷卻速度主要在于沖渣水量和水壓，沖渣水和渣量比盡量控制在5～7，每生產1 t 渣大約需要補水0.6～0.9 t。試驗表明，沖渣水壓越高，水渣堆比重越大，水渣粒度越小，當沖渣水壓達到19.6 N/cm2時，水壓趨于平緩，實際生產中水壓在19.6～29.6 N/cm2時效果最佳，所以在滿足高排渣溫度和適當的冷卻速度時，鎳渣可以得到更為有效的利用，從而創造更多的經濟效益。

2.3 ?；唹勖谋ＷC

粒化輪的使用壽命是?；喎ㄋ阍に嚨囊淮箅y點，通過對比高爐實際生產得出，葉片損壞是最常見的問題，其主要原因是：葉輪材質；渣鐵分離不好、沖渣水的控制等操作影響；鎳渣流量和流速變化。

針對以上問題，從以下幾點采取措施：

1）?；喨~片材質是ZG3Cr24Ni7 系耐熱鑄鋼，通過分析其化學元素在鋼中作用的利弊，在GB/T 8492—2014 范圍內選取元素含量較為理想的材質，其中C、P、S、Mn、Cr 等元素含量需要較低，會損失一定的強度和硬度，降低致裂紋傾向的元素；w（Si）在1%～1.6%時，提高耐熱性；w（Ni）在6.5%～8%時，增加鎳元素含量可增加其韌性和高溫抗氧化性[2]。

2）鎳渣采用定時排渣制度，對于鎳鐵的產量而言，鎳渣產量約為鎳鐵的5 倍左右。鎳渣每天計劃排渣12 次，定時、多次的排渣可避免放渣時排出鎳鐵，而沖渣水流量變小或者中斷時，也會引起葉輪的損壞，須從操作上保證水量的穩定性，這就需要制定嚴格的制度，并根據生產實際情況作出相應調整，盡量避免因操作造成事故。

3）排渣前期由于礦熱爐內部的壓力較大，鎳渣流量和流速較大，隨著時間的變化，排渣慢慢變緩，到排渣后期流量和流速會明顯減小。設計時取用排渣前期數據，?；髯畲筇幚砟芰υ? t/min，工作轉速隨排渣時間變化范圍為160～220 r/min，設計排渣時間控制在40 min 左右，此時渣未排盡鎳鐵未排出。

2.4 水系統設備優化

鎳渣水循環系統中水泵的磨損也比較嚴重，選擇時采用渣漿泵，其優點是耐磨、使用壽命長（一般可達3 年）、耐高溫。

3 ?；喎ㄌ幚礞囋冗M性

3.1 爐渣?；?/h3>

爐渣從渣溝落到?；魃?，被快速?；喩系娜~片打碎，并沿切線方向拋射出去，同時受高壓水射流的冷卻與水淬作用形成水渣產品。噴水只對液態渣和粒化輪轉鼓起冷卻作用，沒有對水淬渣的水力造成影響，因此水量可以大大減少[3]。

3.2 水淬渣脫水

冷卻水和粒化渣進入脫水器篩網中后，渣水分離，成品粒化渣留在篩網中，水經過篩網后流入水槽。隨著脫水器旋轉粒化渣上升，然后進入受料斗，通過受料斗斜面出口落到皮帶機上，再運到儲渣倉，此過程可將渣水快速分離，縮短渣處理的時間。

3.3 成品渣外運

儲渣倉的設計時考慮到每天的產量，倉儲量配合汽車運輸時間，在?；鼉Υ嫫陂g，可利用本身的熱量進行部分干燥，最終產品水分質量分數可降到10%以下。

3.4 高溫蒸汽集中排放

與傳統工藝相比，?；喎▽⒘；c脫水過程中產生的高溫蒸汽引至脫水器上部進行集中排放，避免高溫作業區域內人員接觸，改善了作業環境和職業衛生安全。

3.5 水資源的循環利用

冷卻水從脫水器分離后溫度可達到90 ℃，經過二級沉淀后進入吸水井，采用冷卻塔將水溫降至35℃進入冷水池，達到循環利用的目的，同時水里含有少量細渣，沉淀后由抓斗撈出，水資源經冷卻后達到二次利用，提高利用率，節約成本。

3.6 與傳統水淬的綜合比較

本項目?；喎ㄔ幚砉に囅啾扔诒焙Ｕ\德鎳業有限公司鎳鉻合金工程采用傳統底濾法渣處理工藝，具有明顯的優勢，按每座礦熱爐配置一套渣處理設施對比，渣處理設施對比表見表1；技術經濟指標與經濟效益分析對比如表2、表3。

表1 每座礦熱爐配置一套渣處理設施對比表

表2 技術經濟指標對比表

表3 經濟效益對比表

4 結語

本項目在一年多的生產實踐中，運行狀態良好，經濟效益顯著，在鎳渣的工藝處理上提出新的發展方向，利用?；喖崩涞奶幚砉に?，可得出活性較高的鎳渣，并作為混合材應用在水泥上，是對鎳渣綜合利用的最有效方式，為鎳鐵資源的綜合利用作出新的貢獻。