为什么说镍矿的性能也会影响到矿热电炉的参数设计？

不同结构型式的矿热电炉设计时要考虑的因素很多，根据镍矿的化学性能、物理性能、预处理方式、镍铁冶炼过程的炉渣，金属特性及操作方式等因素，这些都会影响到矿热炉的参数设计、炉衬耐火材料材质的选择以及砌筑方式。今天我们先针对镍矿的理化特性和预处理方式对矿热炉设计的影响方面来进行说明。

物理特性

红土镍矿属风化矿，受自然条件影响程度和所处矿层深度不同所影响。笔者接触到的镍矿有粘性镍矿、砂状镍矿和块状镍矿之分，而且块状镍矿一般按不同的比例混在其他两种镍矿之中。

粘性镍矿有较强粘性，呈粘团状，一般含有26~40%的吸附水和12~15%的结晶水，自然干化后，小于140目的粉状物可高达50%。

砂状镍矿使用前一般成散粒状，用手捏后不易成团，成团的烘干过程易散裂。通常情况下，进厂的砂状镍矿外观比粘性镍矿干燥但吸附水高达，结晶水含量一般也高达。

块状镍矿属非结晶状矿物，吸附水亦髙达20%左右结晶水含量一般也会在12~15%。

据了解，即使把上述不同物理状态镍矿在200℃以下烘干，去除大部分吸附水亦未见有厂家长期用于矿热电炉的镍铁冶炼。在国内开发镍铁冶炼初期，曾有厂家采用100%镍块矿，经自然干化、破碎后，投入12.5MVA矿热炉冶炼，但因喷矿严重、指标不好而终止。因而推测：在不去除镍矿结晶水的情况下，直接使用粉粒状干镍矿，在具有使用粉矿功能的矿热炉(如备有空心电极的矿热炉或在矿热炉采用薄料层的明弧操作冶炼镍铁时亦将因产生喷矿而无法达到正常冶炼的目的。

根据上述的镍矿物理特性，采用以炭作还原剂的矿热炉(包括电弧炉)冶炼镍铁必须对镍矿进行720℃以上的高温脱水，经烧结或焙烧，才能确保冶炼稳定进行。

不同镍矿的处理方式

以电碳热法工艺进行镍铁冶炼时，主要发生如下C对各类氧化物的还原反应。

还原反应后生成的物质除了金属和非金属元素物质外，其余为CO。因而，从铁合金使用矿热电炉冶炼操作要求，入炉原料条件之一，视使用冶炼电炉功率大小，入炉矿和其他辅料必须有相应的块度要求，确保料层有相应的透气性，使高温反应区生成的CO顺利从料层溢出，使料层稳定。

目前，镍矿预处理主要有三种方法。

1

烧结机烧结

采用烧结机对镍矿烧结，能达到较好的烧结效果。当采用带式烧结机对镍矿烧结时经机尾破谇机破碎，小于4mm筛分机筛分，入炉烧结矿块度可以控制在4~120mm返矿率约10%,小于1mm的粉尘占3%左右，能达到矿热炉入炉原料的块度要求。

2

回转窑烧结、焙烧

可采用回转窑烧结镍矿，浙江A厂对镍铁冶炼进行工业性试生产阶段，就是采用回转窑烧结镍矿后入矿热炉冶炼，但由于采用回转窑烧结镍矿过程易发生粘窑现象，故目前采用回转窑对镍矿预处理时多将焙烧温度控制在800~900℃进行脱水焙烧。由于镍矿并未烧结故称焙砂。

镍矿焙烧过程受控温度不同焙砂粒度结构组成也有所不同。当受控温度在800℃左右时焙砂粒度组成多在20mm以下。

为使矿热炉冶炼中料层具有均匀的稳定性，并降低焙烧过程的粉尘率，一些企业对镍矿制团后才将镍矿团在回转窑焙烧。

3

竖炉（或竖窑）煅烧

采用竖炉对镍矿进行煅烧有两种方式，一种是对镍矿拌料后直接入窑，煅烧块度效果与带烧机烧结效果相仿，另一种是对镍矿烘干后先造球再人炉煅烧。煅烧后的煅烧球镍矿粒度组成大于25mm，约占23%;5~25mm约占21%;小于5mm约占56%。

不同的镍矿预处理工艺会从烧结焙烧后的块度组成、出窑温度高低及NiO、FeO预还原程度三个方面，对镍铁矿热炉设计时的参数选择、结构型式设计产生不同的影响。

镍矿化学成分特性

不同生产厂家用于镍铁冶炼的镍矿有如下成分范围：

Ni:0.8~3.5%;Fe:10~51%;Cr2O3:0.7~4.5%;MgO:10~30%;SiO2:33~46%.

可以看出：镍含量最高仅为3.5%左右，不及铁合金矿热电炉送煤铬铁、锰铁渣中Cr2O3、MnO流失量。而镍矿中的铁、氧化镁、二氧化硫含量高、波动幅度大，使镍矿的化学组成及相应的物理性能产生较大的变化。尽管目前还没有根据镍矿中各氧化物含量推算出各种化合物的组成比例，但对比如下二组化合物的熔点：

2MgO·SiO2熔点：1900℃

MgO·SiO2熔点：1560℃

FeO·SiO2熔点：1550℃

2FeO·SiO2熔点：1205℃

可知，以SiO2为主体的硅酸盐镍矿，随着MgO、FeO含量的不同，组成MgO比例不同的镁质硅酸镍矿和FeO比例不同的铁质硅酸镍矿，其熔点从1900~1205℃逐渐下降。若以偏重于使用以上不同成分组成的镍矿，以矿热电炉直接冶炼含镍不同的产品，其相应设计的镍铁矿热炉参数应有所不同。

从如下几方面分析对镍铁矿热电炉设计过程的参数选择及炉型 结构设计产生的影响。

(1)在实际操作中，为防止回转窑对镍矿焙烧过程产生结窑，一般视镍矿Fe、SiO2含量的变化 ，将控制不同的焙烧温度，造成炉内冶炼过程料面温度高低不同。

因而对长期稳定使用不同成分镍矿的企业，其电炉参数选择会有所不同。

(2)镍矿各氧化物含量不同，会导致镍矿焙烧过程成团效果不同，导致焙砂入炉粒度组成不同，从而由于料层电阻变化影响参数变化 。

(3)镍矿Fe、MgO、SiO2含量不同，成渣的熔点也不同，使用镁质硅酸镍矿时，一般采用较高二次电压和厚料层操作，使炉况稳定，还原充分。而使用高铁低镁硅酸镍矿时，宜用薄料层、低电压操作，有利于电极深插渣层，提高出铁水温度。

(4)使用低镁高硅硅酸镍矿时，炉渣导电能力较差，故一般会使用较高的二次电压。

(5)镍矿含Ni仅1.5~3.0%，而通过矿热电炉冶炼的镍铁含Ni会在2.5~36%范围内大幅度波动，势必造成冶炼操作的较大波动，从而造成镍铁矿热电炉设计时参数、炉型选择的不同。

以上是从冶炼原料镍矿的物理和化学特性进行阐述，这些性质都会影响到矿热炉设计参数。