川冶炼弃渣综合利用矿热电炉回收有价金属技术方案

郝文义  

摘要：金川集团公司镍冶炼系统每年产出160万吨镍熔融渣，渣场堆存冷渣3300万吨。采用矿热电炉处理全部冷渣和部分熔融渣生产合金铁和低硅硅铁，工艺技术成熟，技术经济指标较好，大型矿热炉电炉设备制造完全国产化，投资省效益好，是全部综合利用金川冶炼弃渣的有效途径。

关键词：金川冶炼弃渣 综合利用 矿热电炉  合金铁 低硅硅铁

一、金川銅镍熔融渣基本情况：

金川集团公司镍冶炼系统每年产出160万吨镍熔融渣，由闪速炉、富氧顶吹炉及其贫化炉和沉降电炉及其贫化炉排渣组成。平均含Fe 42.24%  Ni0.21  Cn0.24%  Co0.09%  SiO2 32.81%  MgO 8.85%。主要矿物组成是2FeO.SiO2和MgO.SiO2。

銅冶炼系统共产出銅熔融渣90万吨，经冶炼渣选矿系统处理后产出銅选矿尾矿87.5万吨。

上述两种渣产量和成分见下表:

金川镍熔融渣和铜选矿尾渣测算结果

另外，金川公司自1963年冶炼系统投产以来，至2012年底累计堆存镍铜冶炼炉渣冷渣可达3300万吨，其中：含铁1417万吨、含镍4.9万吨、含铜14.5万吨、含钴2万吨。

本工程主要处理镍冶炼弃渣。

二、建设规模、产品方案

2.1建设规模

建设8台40500KVA矿热电炉及其配套装置，其中4台生产含硅20%硅铁，4台生产合金生铁，合计年处理镍冶炼弃渣148万吨，产出硅铁和合金铁67.3万吨。年作业7920小时，年作业率90.41%；

2.2产品方案

2.2.1产品一

生产含硅20%硅铁：用于合金钢、不锈钢脱氧剂、合金剂

硅铁成分如下：

2.2.2 产品二

生产合金生铁：用于冶炼耐大气腐蚀钢、不锈钢合金剂

合金生铁成分如下

三、 主要建设项目

3.1  40500KVA全密闭矿热电炉8台；

含炉顶冷料加料装置、熔融热渣加入装置、电炉炉体炉盖、电炉炉衬、电极柱、液压系统、变压器、二次供电短网、电炉水冷系统、绝缘设施、自动控制系统、主控制室等

3.2  渣铁处理设备8套；含开堵眼机、铁罐车、渣罐车、铁合金（合金铁）浇铸设备、水淬渣设施

3.3 炉顶电极壳接长、电极糊加入5吨单梁吊车8台；

3.4 密闭电炉烟气净化装置8套及煤气柜；

3.5 高压供电系统、高低压补偿装置；110KV变电站,容量35万KVA,一回进线，十回出线，其中八回110KV/40500KVA供8台电炉，二回110KV/10KV--15000KVA供2台动力变压器；另设一回10KV/5000KVA保安电源。

3.6 合金铁需要建设石灰窑1200吨/日，

3.7 冷料配料系统4套

3.8镍冶炼系统熔融渣运输装置、吊装冶金起重机80/15吨8台

3.9闭式循环冷却水系统，循环水量8000 M3/h，补充新水100 M3/h

化学水20 M3/h

3.10空压制氮机一套

3.11炉底冷却风机8套

3.12电炉炉衬8套，其中4台硅铁炉采用保温型炉衬，4台合金铁炉采用导热型炉衬

3.12  150吨汽车衡1台

3.13化验设备1套

3.14电极壳制造和机修设备1套

3.15建筑工程主要有：电炉主厂房4座，浇铸厂房4座，冲渣设施4套，配料站4座，高压变电站1座，循环水泵房1座，空压制氮室1座，化验检验室1座，地磅房1座，电极壳制造厂房1座，办公生活设施1套等

四、 工艺技术描述

4.1  采用矿热电炉处理金川镍冶炼弃渣，可以借鉴矿热电炉冶炼生铁、高硅硅锰合金、硅铬合金的成熟的技术，技术成熟没有风险。

上世纪80--90年代 <金川冶炼弃渣综合利用>项目列为国家科技攻关项目，国家和甘肃省共投入1000万元在兰州钢铁公司7000KVA直流电弧炉上进行了提铁试验，共进行了68试验，其中52炉比较稳定，处理弃渣330吨，产出合金铁80吨，二次水淬渣100吨，二次渣配制水泥100吨。试验铁收得率≥87%，镍、铜、钴收得率≥93%，冷渣入炉吨渣冶炼电耗1115KWh/吨渣，吨铁冶炼电耗2564.5 KWh/吨铁；折合热渣入炉吨渣冶炼电耗550KWh/吨渣，吨铁冶炼电耗1265KWh/吨铁。利用合金铁炼出08CuNiCr耐大气腐蚀钢100吨，生产的钢材机械性能优良，耐腐蚀性能、焊接性能良好。1994年通过甘肃省计委、科技厅组织的技术鉴定验收，获得甘肃省科技进步一等奖。

编者为该项目第一负责人，参加试验单位有兰州钢铁公司、金川有色金属公司、鞍山热能研究院、北京钢铁研究总院、甘肃建材研究院等

4.2 国内已经完全掌握了大型矿热电炉的设计、制造技术，从25500KVA~82000KVA半封闭、全封闭矿热电炉本体，大型波纹管压力环式把持器电极柱，大型组合式把持器电极柱，全液压控制操作系统，大型矿热炉专用变压器和电动有载调压开关，高压供电系统综合保护，绝缘密封，自动配料上料系统，自动检测、DCS、PLC计算机自动控制系统，化学水循环冷却、闭式冷却塔系统技术、半封闭矿热炉烟气除尘余热回收发电技术、全封闭矿热电炉烟气除尘煤气回收利用技术，适用的合金造块技术和水淬渣技术等等系列设计制造技术全部国产化。应用领域包括炼铁、有色金属冶炼、各种铁合金冶炼、电石冶炼、钛渣冶炼、黄磷冶炼等。本项目选择40500KVA全封闭矿热炉在国内已经大量建设，技术成熟可靠。

4.3弃渣装料

本方案熔融弃渣热装和冷弃渣冷装（预热窑热装）两种装料方式同时采用。冷料、热渣可以同时使用，也可以单独使用。

4.3.1弃渣热装方案

镍冶炼系统产出的熔融热渣，装入保温渣罐，用汽车拖动运到矿热电炉冶炼车间，用50/10t双钩桥式起重机吊起倒入溜槽流入矿热电炉。

4.3.2弃渣冷装方案

渣场的冷渣破碎为≤80mm的粒度（或冶炼系统水淬渣），运输到配料室，装入配料室矿槽，，通过电子称配料系统与焦粉、生石灰一起输送到矿热炉顶矿槽(或预热窑)经过料管、料嘴加入炉内。

4.4配料站

两台电炉设1个配料站。

每个配料站设置50M³矿槽8个，其中3个弃渣仓，2个生石灰仓，2个焦炭仓、1个返回料仓。

料仓加料采用受料斗----皮带机----可逆车式卸料皮带机；

料仓下部设针型阀----给料振动给料机----称量斗---卸料振动给料机----收集输送皮带机----转运皮带机-----分料皮带机----环斗加料机（或预热窑）---炉顶料仓---料管---入炉。

配料、上料采用远程全自动控制和现场手动控制。

4.5 电炉冶炼

电炉容量40500KVA，全密封式，炉顶设料仓18个，容积8M3，入炉料管13根，每个料仓设雷达料位仪一个用于检测料位，发出求料信号，控制配料站配料、上料，实现自动加料，连续冶炼，密闭操作，主控室远程计算机控制调节，主要调节配料比、电极升降、电极压放、二次电压档位、控制入炉二次电流、电压、控制炉内压力在±5Pa。

冶炼合金铁时要加入生石灰，调整炉渣碱度，从硅酸铁中置换FeO游离，促进铁的还原，同时提高脱硫、脱磷率。

冶炼硅铁时不加生石灰，经计算弃渣可以生产含硅20%的低硅硅铁。低硅硅铁要和炼钢厂协商应用事宜。

4.6出铁出渣

电炉设2个出铁口，出铁口安装有开堵眼机，采用渣铁混出工艺，生产合金铁电炉2小时出铁一次（生产硅铁电炉4小时出铁一次），渣铁先流到铁水罐，渣子溢流到渣罐，渣罐车、铁罐车通过卷扬拉到浇铸间；

铁水罐由80/15吨起重机吊运到扒渣工位，扒渣后在铸铁机浇铸成铁块（硅铁分层浇铸在铸铁摸，用装载机挖出）

炉渣由起重机吊运到冲渣工位水冲到渣池，沉淀后捞出外销制造矿渣微粉。

五、 40500KVA矿热电炉产能计算

5.1一台硅铁电炉产能

Q =( P_s .A.a₁.a₂.a₃.cos∮) / W

=(40500×7920×1.0×1.0×0.95×0.85)/4000

≈64753吨/年

Q---电炉年生产能力 t/a

P_s----电炉额定容量 40500  KV.A

W---产品电耗 4000      KW.h/t（冷料）

A---电炉年工作小时 7920 h/a

a₁---电源电压波动系数，一般为0.95—1.05,取1.0

a₂---电炉变压器功率利用系数，一般为0.95—1.0取1.0

a₃---电炉作业时间利用系数，一般为0.95—0.98取0.95

cos∮---电炉自然功率因数，自然功率因数0.6，低压补偿到0.85

5.2一台合金铁电炉产能

Q =( P_s .A.a₁.a₂.a₃.cos∮) / W

=(40500×7920×1.0×1.0×0.95×0.85)/2500

≈103606吨/年

Q---电炉年生产能力 t/a

P_s----电炉额定容量 40500  KV.A

W---产品电耗 2500