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福建鼎信实业有限公司是青山控股董事局旗下专业从事不锈钢冶炼的企业,是国内首家采用火法冶炼(RKEF)工艺流程:“红土矿石配料—回转窑干燥—回转窑焙烧—电炉熔炼粗镍铁—LF精炼及后续不锈钢冶炼、连铸和深加工的完整产业链”的企业。
该公司目前采用5台Φ4.4m×100m回转窑焙烧红土矿,5台33000KVA沉降电炉还原镍铁,已具备配套的镍铁生产线。由中国恩菲工程有限公司总设计,回转窑、电炉,由洛阳洛华窑业有限公司和“濮耐”承接炉衬材料和工程。从2010年6月投产以来已生产10万吨以上镍铁。
根据洛阳洛华窑业有限公司和福建鼎信实业有限公司关于Φ4.4m×100m红土矿焙烧回转窑窑体耐火材料供货、砌筑、烘炉工程合同和技术协议要求,为了了解国内第一家RKEF工艺工艺红土矿焙烧回转窑的运行状况、炉子物料、热平衡状态和热效率,评价操作制度的合理性,受洛阳洛华窑业有限公司和全国有色冶金耐火材料暨炉窑工程技术研究中心的委托,由河南科技大学、福建鼎信实业有限公司组成测试小组对1#、2#回转窑进行了热平衡测试。
测试组精心制定测试方案,现场采集了相关数据。在公司镍铁部车间的大力支持下较好的完成了任务。河南科技大学有色冶金研究所对回转窑整体物料和热平衡进行了计算并对炉子技术经济指标做出了评价。
 
 
1)1#、2#回转窑产能分析
从原始生产报表均值和取样值说明1#回转窑处理干矿量7×104kg/h,产出焙砂量4.25×104kg/h;2#回转窑处理干矿量6.5×104kg/h,产出焙砂量3.65×104kg/h.即1#回转窑焙砂产出率为4.25×104÷7×104=60.7%;2#回转窑的焙砂产出率为3.65×104÷6.5×104=56.2%。按年生产300天计算,1#回转窑比2#回转窑年增产焙砂43200吨。
从表7、表9的1#、2#回转窑物料平衡数据看,1#、2#回转窑吨焙砂耗煤量为:1#窑94.12kg/t,2#窑123.28kg/t,差值29.16kg/t。按2#回转窑年产量(300天计)焙砂262800吨计,2#回转窑比1#回转窑年多耗煤7663248kg;另外物料平衡数据表明1#窑进窑三次风总质量99765kg/h,占总收入的57.4%,2#窑进窑三次风总质量66281kg/h,占收入46.5%;产出1#窑窑气加烟尘113088kg/h,占总支出的65.1%,2#窑为73876kg/h,占总支出的56.9%,入出数据表明2#窑的产能低于1#窑;物料平衡差值1#窑低于2#窑4.5%,也说明2#窑产能低于1#窑。
2)1#、2#回转窑热能分析
从表8、表10,即1#、2#回转窑热平衡表对照。1#回转窑的焙砂物理热、烟气物理热、水蒸气吸热占热支出的总百分比为40.27%,2#回转窑为31.5%,差值为9.12%,证明1#窑烟气量大(引风所开为总风的56%)焙砂产量高,产能高。
从表8、表10的热平衡支出部分差值1#窑54%,2#窑60%,2#窑高6%,2#回转窑多消耗的热能按1.29×108kJ/h总能耗算,2#窑每小时多耗能7.74×106kJ/h,每天多耗能1.86×108kJ/d,年多耗能(300天计)5.58×1010kJ。
对比两个回转窑的热平衡表可看出1#回转窑窑体热散失为7.33×106kJ/h,占总热支出的5.64%,2#回转窑窑体热散失为1.15×107kJ/h,占总支出的8.9%。2#窑体散失热量高于1#窑3.26%,相比1#窑来说2#窑每小时多散热4.17×106kJ/h,每天多散热1.0008×108kJ/d。说明1#窑的内衬保温效果要好于2#回转窑,减少了热的散失,提高了热效率。
3)1#、2#回转窑表面热损分析
回转窑的主要热损是窑体的对外散热,窑皮的温度能够很直观的看出该回转窑的热损失情况,即窑体的保温情况。
附表1为1#、2#、3#回转窑的炉壳测温情况表,附图1为3条回转窑炉壳温度的对比图,将测量点大致分为4个区域,分割点为窑尾到窑头的4个托圈,托圈所对应的测量点为4号、9号、13号和17号。由附图1可以看出1#回转窑窑皮温度一直低于2#和3#窑,温差由窑尾向窑头逐渐递增,窑头处的平均温差为-86.6℃,最大温差16号测温点2#窑高于1#窑183℃,四个托圈的温度亦是1#窑最低。
4.2建议和评价
表12列出了国内外氧化镍矿(红土矿)火法熔炼主要工厂简况表(回转窑-电炉流程),福建鼎信实业公司1#回转窑(Ф4.4×100m)处理能力达到了国际先进水平。炉衬采用“洛华整体窑炉技术和专利技术达到了高效节能降耗的显著效果,其经济技术指标明显要高于2#窑。
从1#、2#回转窑的物料平衡和热平衡看平衡差值均较大。特别是热平衡(详见表11)说明整个工艺操作和设备量化计量差距较大。目前各回转窑的二次风、电炉顶烟气返风、焙砂产量(目前是靠电炉入炉料量计)、各窑的总烟气量都缺乏严格的计量手段。这样对整个回转窑的经济技术指标量化考核不利。这也是造成本次测量计算由于热平衡差值太大(超过总热收入的50%)的原因,因此回转窑的热效率暂不做评价。
从掌握的国内外红土矿火法冶炼工艺看以下问题应作为改进工艺的因素来考虑。
1) 预还原温度对红土矿的还原率影响很大,当预还原温度从750℃-1000℃时红土矿预还原后,镍铁预还原率随之提高。要综合考虑回转窑实际生产工艺条件,确定现存条件下的窑内最佳预还原温度;
2) 多项资料表明回转窑焙烧红土矿焦炭和煤粉用量达到一定值后,对还原率的影响作用并不明显,因此确定适当的煤粉加入比例对节能降耗意义重大;
3) 数据表明不同煤种(烟煤、无烟煤、褐煤)对焙烧还原亦有较大的影响,建议企业针对福建当地煤种和外地煤种结合做些基础工作,选择还原性好、能耗低的煤种。
4) 通过现场测试和采集数据平衡计算和结果分析,可以说明生产状态、生产效率、能耗等相关信息。为进一步挖掘窑炉潜力、分析存在问题和产生原因,优化回转窑结构和操作参数,建议采用数值仿真和有限元分析以获取复杂的焙烧过程信息、理性的建设好回转窑炉衬和改进工艺操作,使回转窑真正做到高产、降耗、减排、长寿,获得更好地经济技术指标。