CN120593507A - 一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法，属于金属冶炼技术领域。针对传统侧吹炉窑开炉过程中劈柴‑焦炭燃烧方式操作复杂、高镁（MgO≥12%）物料适应性差的问题，本发明提出三阶段喷枪协同机制：采用弯曲角度分别为30‑45°（喷枪1）、90°（喷枪2）、0°（喷枪3）的双通道喷枪，分阶段实现恒温预热、熔池搅动和生产过渡；通过喷枪火焰直射料堆、熔体浸没搅动及电极协同加热，加速熔池形成，熔池高度达500mm后切换至生产模式。本发明显著提高高镁物料开炉成功率，熔池生成速度提升40%以上，适用于复杂镍精矿资源的高效冶炼。

Description

一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，涉及一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法。

背景技术

在金属冶炼领域，侧吹复合式炉窑是一种先进的冶金设备，该炉窑在传统侧吹熔炼炉基础上复合电炉，使用水冷挡墙分割，实现侧吹熔炼-还原硫化-电极贫化为一体，对贫矿资源及复杂难处理尾料具有较强的适应性，尤其是适用于高氧化镁精矿火法冶炼。然而，其开炉造熔池的传统方法存在以下关键问题：

燃料依赖与操作复杂性：

在侧吹熔池熔炼炉开炉造熔池时，传统方法需先在炉内加入劈柴并引燃，然后快速加入焦炭充满劈柴空隙，再加入物料在顶部形成料封，同步从两侧喷枪孔鼓入富氧风或空气支持劈柴及焦炭燃烧，燃烧过程中将顶部物料逐渐熔化造出熔池，熔池浸没喷枪后满足侧吹熔炼条件，即可开始生产。该过程对操作人员经验要求极高，劈柴和焦炭的燃烧速度难以精准控制，易导致造熔池失败。

高镁物料的适应性差：

当处理高氧化镁（MgO含量≥12%）的精矿时，传统方法成功率显著降低。高镁物料的熔点高、黏度大，燃烧热量难以有效传递，导致熔池形成缓慢甚至停滞。

热力学效率低：劈柴-焦炭燃烧的热量分布不均，熔池蓄热能力弱，难以满足高镁物料的持续熔化需求。

动态调整能力缺失：传统喷枪为单一角度设计，无法根据熔池形成阶段灵活调整火焰方向或搅动熔体，传质传热效率受限。

安全风险：燃烧过程易因控温不当引发熔体喷溅或炉衬损伤，尤其在熔池接近喷枪口时缺乏有效的密封与过渡机制。

针对上述问题，亟需一种高效、稳定且适配高镁物料的开炉方法，通过多角度喷枪协同、分阶段熔池强化及电极控温等技术手段，突破传统方法的瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法，解决了侧吹复合式炉窑开炉难度大，造熔池困难的现状，尤其是应用于高氧化镁物料的快速开炉，简化了造熔池流程，降低了劳动强度，解决了高镁物料直接开炉困难的问题，实现了快速稳定的开炉方式。

本发明的技术方案为：

一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法，包括以下步骤：

（1）烘炉阶段：将炉膛温度升至1300℃以上，通过弯曲角度为30-45°的喷枪1插入炉膛持续恒温，喷枪1头部与水平线呈10°-30°角度范围内调整；

（2）造熔池阶段：持续加入高镁炉渣形成料堆，控制料堆高度＜500mm，调整喷枪1火焰直射料堆使物料熔化并逐渐形成熔池；料堆高度小于200mm后交替加料与熔化，熔池高度达300mm时启动电极区送电保温；

（3）熔池强化阶段：插入枪头角度为90°的喷枪2浸没熔池搅动，加速熔池液面上升；

（4）生产过渡阶段：当熔池液面距喷枪口150mm-200mm时，更换为直喷式喷枪3，通过高速气流搅动熔池表面并持续加入高镁炉渣使熔池液面上升，直至喷枪3浸没后进入正常生产。

喷枪1、喷枪2、喷枪3均为双通道结构，内通道喷入富氧风，外通道喷入气体或粉体燃料；喷枪1、喷枪2、喷枪3头部设有气流分配装置，气流分配装置为设置在喷枪前端的锥形收缩机构，通过截面积与气量匹配实现气流加速，增强传质传热效率。

喷枪1、喷枪2的弯曲角度设计支持火焰直接对准料堆或熔池；喷枪3为0°直喷式，用于熔池表面旋涡生成及喷溅控制。喷枪1、喷枪2、喷枪3燃料通道与富氧风通道均采用柔性金属软管与外围管道连接，支持喷枪角度与插入深度动态调整。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1. 显著提高开炉成功率，尤其适用于高镁物料

针对性解决高镁物料难题：通过多角度喷枪（90°、45°、0°）分阶段加热、搅动熔池，有效克服高镁精矿（MgO含量≥12%）熔点高、黏度大的特性，确保熔池快速均匀形成。

突破传统燃料限制：采用气体/粉体燃料（天然气或粉煤）+富氧风的双通道喷枪系统，取代传统劈柴-焦炭燃烧方式，热效率更高，燃烧更稳定，避免了因燃料燃烧不均导致的熔池形成失败问题。

2. 大幅缩短开炉时间，提升生产效率

分阶段动态调控：通过喷枪1（45°）恒温预热→喷枪2（90°）熔池搅动→喷枪3（0°）生产过渡的协同机制，优化热量传递路径，熔池生成速度提升40%以上。

电极协同控温：熔池高度达300mm后启动电极加热，与喷枪系统互补，加速熔池蓄热，缩短开炉周期至传统方法的1/2以下。

3. 增强安全性与设备寿命

防喷溅设计：熔池接近喷枪口时（150mm-200mm）即更换为密封性更强的喷枪3，避免高温熔体堵塞喷枪或损伤水套。

耐火材料保护：喷枪1的10°-30°可调角度设计防止火焰直射炉底，减少耐材热应力损伤，延长炉窑使用寿命。

4. 经济效益显著

燃料成本优化：气体/粉体燃料利用率提高，较传统焦炭燃烧节省能耗15%-20%。资源适应性广：可高效处理低品位镍精矿、复杂尾料等资源，提升矿产综合利用率，降低原料采购成本。

附图说明

图1为侧吹复合式炉窑示意图；

图2为喷枪1示意图；

图3为喷枪2示意图；

图4为喷枪3示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法，包括以下步骤：

（1）烘炉阶段：侧吹复合式炉窑主要有侧吹熔炼区、电极区组成，侧吹熔炼区两侧均设置侧吹风口，加料口位于侧吹熔炼区。按照耐火材料需求将炉膛温度升高至1300°以上，将弯曲角度为45°喷枪1插入炉膛持续恒温，喷枪1头部与水平线呈10°-30°角度范围内调整，防止对炉底耐材造成损伤

（2）造熔池阶段：持续小料量加入高镁炉渣（精矿），并形成料堆，控制料堆高度＜500mm，并持续调整喷枪1角度，料堆两侧喷枪火焰直射料堆，物料持续熔化并逐渐形成熔池，待料堆高度小于200mm开始持续加入炉渣，如此反复进行，熔池高度持续上升，远离料口的喷枪1用于持续保温。熔池高度达到500mm以上时电极区进行送电操作，开始使用电极保温操作。

（3）熔池强化阶段：侧吹熔炼区插入枪头角度为90°的喷枪2，并使喷枪2头部浸没入熔池搅动继续造熔池、涨液面，此时熔池液面涨幅速度显著加快，熔池蓄热不断增强；

（4）生产过渡阶段：当熔池液面距离喷枪口150mm -200mm时，拆除喷枪1、喷枪2，更换为直喷式喷枪3，此时侧吹熔炼区两侧喷枪3射出的高速气流对熔池表面形成轻微搅动并形成旋涡，持续加入高镁精矿涨液面，在液面接近喷枪口时逐渐产生喷溅、搅动直至喷枪完全浸没，此时逐渐增加投料量并实现正常生产，熔池产生过程中持续检测锍面复合管控要求，不得超过炉缸上沿，同时投料过程中持续检测磁性铁含量，防止炉渣过氧化。

喷枪1、喷枪2、喷枪3均为双通道结构，内通道喷入富氧风，外通道喷入气体或粉体燃料；喷枪1、喷枪2、喷枪3头部设有气流分配装置，喷枪1、喷枪2、喷枪3头部设有气流分配装置，气流分配装置为设置在喷枪前端的锥形收缩机构，通过截面积与气量匹配实现气流加速，气流通过喷枪头部时进行加速，以提高气流流速，增强传质传热效率。

喷枪1、喷枪2的弯曲角度设计，可保证在插入炉内后，可以灵活调整喷枪火焰可直接对着物料进行熔化。喷枪3为0°直喷式，用于熔池表面旋涡生成及喷溅控制。

喷枪1、喷枪2、喷枪3的燃料通道与富氧风通道均采用柔性金属软管与外围管道连接，支持喷枪角度与插入深度动态调整。

在产生一定量的熔体后，可将喷枪2插入熔体当中，通过喷枪气流的搅动提高传质、传热效果及热利用率，加速物料的熔化，快速生成熔池。当熔体浸没喷枪3前，必须确保所有喷枪1、喷枪拆除完毕，完成炉体喷枪3安装和其他喷枪口的封堵工作，防止高温熔体溅出或溢出。当熔池面涨到接近喷枪3高度后，熔池开始产生喷溅和搅动，提高投料量快速浸没喷枪，进入正常生产阶段。

Claims (4)

1.一种高镁镍精矿侧吹复合式炉窑快速开炉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）烘炉阶段：将炉膛温度升至1300℃以上，通过弯曲角度为30-45°的喷枪1插入炉膛持续恒温，喷枪1头部与水平线呈10°-30°角度范围内调整；

（2）造熔池阶段：持续加入高镁炉渣形成料堆，控制料堆高度＜500mm，调整喷枪1火焰直射料堆使物料熔化并逐渐形成熔池；料堆高度小于200mm后交替加料与熔化，熔池高度达300mm时启动电极区送电保温；

（3）熔池强化阶段：插入枪头角度为90°的喷枪2浸没熔池搅动，加速熔池液面上升；

（4）生产过渡阶段：当熔池液面距喷枪口150mm-200mm时，更换为直喷式喷枪3，通过高速气流搅动熔池表面并持续加入高镁炉渣使熔池液面上升，直至喷枪3浸没后进入正常生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：喷枪1、喷枪2、喷枪3均为双通道结构，内通道喷入富氧风，外通道喷入气体或粉体燃料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：喷枪1、喷枪2的弯曲角度设计支持火焰直接对准料堆或熔池；喷枪3为0°直喷式，用于熔池表面旋涡生成及喷溅控制。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：喷枪1、喷枪2、喷枪3的燃料通道与富氧风通道均采用柔性金属软管与外围管道连接，支持喷枪角度与插入深度动态调整。