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1、镍铁矿热电炉炉衬使用寿命影响因素分析胡凌标（上海申佳铁合金有限公司）摘 要：本文根据大量实际生产数据和相关资料，对以电碳热法工艺矿热电炉冶炼镍铁过程，就矿源因素炉渣合金，仅用冶炼操作方式的变化，以及在炉祥炉底炉盖，炉口等炉衬不同这域使用不同的筑耐材和不同的筑方法时对其使用的和寿命的具体影响情况作出相应分析。亚提出一些个人见鲜，供参考。前言 使用氧化镍矿，以电碳热发工艺在矿热电炉治炼镍铁时的电炉炉衬寿命是目前国内不少厂家影响其治炼效益的因素之一。据我们的工作体会，一台炉壳直径为17米左右的镍铁矿热电炉，从去损坏炉衬至崭新砌炉投产一般需订产6070天，采用不同砌炉材料。砌炉费用450800万元，个
2、别厂家选用的耐材，其费用高达1 200万元。即使渣、铁口较大区域的耐材修补，修的方式不同，亦需订炉1020天。 国内大规模的氧化镍矿使用较大的功率矿热电炉冶炼镍铁，虽然已有七八年时间，据我国的国情特点，应该从开始探索转入稳定阶段，不少技术性问题，还需要继续研究，探索，提高。对如何进一步提高矿热电炉炉衬使用寿命问题，就是其中之一。 由于铁乏实际生产资料数据，国外不同厂家镍铁矿热电炉炉衬使用寿命具体有多长，我们尚不清楚，但据我们到日本某厂参观学习，在技术交流过程，据介绍，其矿热电炉炉衬使用寿命长达10年是否属实，无法确认，但根据我们对该厂的现场参观和相关资料的了解，以其镍矿使用情况，电炉外型结构，
3、包括在参观过程过程现场看到的其产品在连铸过程成材率之高，及产品块度外型标准之统一的严格操作要求，另人佩服，推测其矿热电炉炉衬的使用寿命在4-5年次上不成问题。 根据我们对国内一些有一定规模的镍铁生产厂家的了解，从2007年至今，炉衬使用寿命短至10天左右，在一个多月范围的也不属于个别厂家的特殊情况至今，不少厂家的炉衬寿命仅在二年左右，国内同是以电碳热法矿热电炉冶炼高碳铬铁和硅锰合金时，使用较大功率矿热电炉的炉衬使用寿命可长达10年。一些镍铁生产企业，因受投资时间短或市场杂体影响的限制。其矿热电炉炉衬使用到目前尽管在二年左右，但从对其炉衬实际使用情况观察分析，其使用寿命延至3-4年应有可能。 国
4、内绝大多数的镍铁生产企业，其镍铁生产工艺及相关设备设计。均由专业单位承担。但鉴于国内镍业冶炼的特殊性不同的设计单位会依托于有色金属。铁合金冶炼和国外不同情况冶炼镍铁的思路。因而、会导致不同镍铁生产厂家所使用矿热电炉的情况也有所不同。 本文以国内镍铁冶炼的特殊性为依据。结合我们所了解到不同厂家矿热电炉使用过程各类炉衬使用寿命的影响情况做相应分析。并提出相应看法，供参考。 本文提及的厂家，事故情况，相关数据较多。除本身经历外，其余为同行交流和查阅资料所得。编写过程，虽再三核实但难免有失误之处，如有不妥，先表歉意。1 国内外厂家使用镍矿情况分析氧化镍矿因地区不同，矿口深度不同，成分变化相当大，以致对
5、成分差异大的镍矿，会采用不同的镍铁冶炼工艺。国内外使用电碳热法工艺冶炼各种成份标准镍铁时，所用氧化镍矿，其成份一般在如下范围变化。Ni1.52.5%，Fe1229MgO1032%，CaO 1.5，AlO30.75，SiO22845%。（大多数厂家2%）以镍铁冶炼特性和上述镍矿成分数据分析，Ni和Fe是镍铁的主元素，在上述各氧化物中，NiO、FeO为最容易被还原氧化物。从冶炼生成镍铁角度。各厂现有电碳热法工艺的不同操作方式，都不存在任何问题，但对矿热电炉炉衬使用影响情况分析。镍矿中不同的MgO、SiO2、AlO3、Fe2O3含量及冶炼过程对FeO,SiO2 还原程度的不同控制炉内冶炼所生成不同成
6、分的炉渣及不同成分的镍铁，其本身所具有的化学、物理特性，会对矿热电炉炉衬使用情况则有不同的影响作用。为确保镍铁冶炼操作过程有较好的稳定性，生产厂家一般会采用与工艺操作要求相适应的成分要求稳定的镍矿。 表1是我们收集到一些比较有代表性的国内外不同镍铁生产厂家冶炼镍铁使所使用镍矿的成分范围数据。表1 不同镍铁生产厂家使用镍矿成分范围数据使用厂家使用镍矿成分范围/%备注NiFeMgOSiO2日本A厂2.302.519.314.021.928.835.343.35个不同矿区供矿日本B厂2.302.6013.9114.4722.1226.9334.0941.933个不同矿区供矿印尼A厂12.015.82
7、1.023.135.745.62个矿区供矿新喀利亚A厂10.613.126.4628.635.141.24个矿区供矿多来尼加A厂15.723.535.6某批进厂镍矿内蒙D厂1.762.2911.3914.311.4924.8443.9650.46阶段进矿范围江苏B厂17.6626.009.8417.8634.5642.39阶段进矿范围江苏C厂1.412.3812.8329.0510.0826.6421.3743.13连续25批次进矿范围福建A厂2.092.4618.3223.8110.9816.6429.236.25阶段进矿范围 从表1个各厂使用镍矿的成分数据可基本看出:国外厂家其所用镍矿不管
8、是采用多国或同一产地多矿区供应、在考虑该企业所演练产品含Ni高低尽量选用Fe/Ni比相当，含Fe量较低的具体要求外，对MgO含量较高，相对稳定，其MgO/SiO2比值在0.650.75，基本符合冶炼过程，自然成渣的熔点要求在尽量减少调渣辅料加入的同时稳定渣型有利于控制炉渣对炉衬的损坏作用为证实国外厂家用矿数据的稳定性，我们对国外某厂参观学习过程整个综合利用的镍铁渣样进行分析其成分波动范围为:Fe6.27.09% CaO 2.662.8% MgO30.1432.66% SiO250.7752.11%，对数据进行反标，与使用镍矿成分基本相同，波动不大。 表1所列国内四个镍铁生产厂家，从北到南,既包
9、括规模较小和国内较有代表性，规模较大的厂家用矿数据，尽管各厂使用镍矿时段长短不一，但以数据对此可以看出：镍矿MgO含量相对偏低，MgO/SiO2比值低，数值波动幅度大，以江苏C厂为例该厂规模较大，但在连续进厂的25批次镍矿中，MgO含量最低为10.08%最高可达26.64%矿中M G O / S I O2比值在0.2460.644大幅波动。出现上述情况与国情多钟因素有关。但其使用镍矿成分的不稳定性，以及4个厂家在该用矿时段冶炼镍铁过程为达到提高炉渣验度的目的。分别都有石灰或石灰石白云石调渣次提高渣中CaO含量。无疑对炉衬的使用产生不利的影响。而值得关注的是：随着受镍矿的供应或国内其他因素的影响
10、。国内一此企业在国外镍矿产区直接进厂生产。从外观分析，自己开矿、自己使用。会有一个使用镍矿成分更加稳定的优势。但实际上，受矿层上下成分差异大，供求量不匹配。地区多雨，地区冶炼操作水平的欠缺。因而也会出现使用镍矿成分不稳定，波及有效使用炉衬的问题，以我们了解的在印尼的中外合资13厂为例，自己供矿但连续33天近350个焙烧镍矿试样成分分析，其成份波动范围达：Ni1.492.14%，Fe12.6523.87，MgO21.7731.24，SiO230.2542.32。上述数据不排除在取样过程代表性不足有关。但在镍铁冶铁过所用镍矿成分在较大范围波动对炉衬使用寿命的影响亦不能不引起注意。2 镍铁成分控制情
11、况分析 矿热电炉冶炼镍铁与冶炼铁合金其他产品有所不同在使用同一种成分矿源情况下，冶炼铬铁锰铁时，其主元素含量基本上稳一在一定范围波动不大，而镍铁冶炼则不同其主元素控制可在大幅度波动，理论上能达到很高的含量要求，根据市场不同需求国内外镍铁生产厂家的产品含Ni多在下限位置。使用同一种镍矿，在冶炼不同含Ni产品过程，从合金成分变化以及炉渣成分炉渣量变化，均会对矿热电炉炉衬使用情况产生不同的影响。 表2是我们仅使用一种镍矿，经焙烧成分为：Ni1.85%，Fe19.5，MgO28，SiO242%。在不能加调渣辅料情况下，冶炼不同含Ni产品时，根据一般冶炼操作情况推出的镍铁成分，炉渣成分，炉渣量的相应数据
12、。表2镍铁成分烧结矿矿耗（吨、）炉渣成分炉渣重量渣/铁体积比m3/m3Ni/%Si/%Fe/%FeO/%MgO/%SiO2/%Mgo/SiO23.1728.9083.582.54.411.4538.9356.030.6934.3078.90101.582.55.526.0135.8853.090.7264.30712.10130.581.37.2410.6733.6850.340.6696.01916.90160.279.08.9213.7132.4548.620.6677.49621.04200.0577.011.14518.2631.5247.280.66719.89927.79250.0
13、574.014.07720.1630.7746.150.66712.81035.96 注：镍铁中其他成分为Co、C、Cu、P、S；炉渣其他成分为：CaO、AlO2、Cr2O3。 从表2数据变化可以看出：使用同一镍矿冶炼不同含Ni产品时。由于冶炼过程会相应采用充分还原和选择性还原的操作方式，会造成产品含Si量的较大波动。在实际生产过程，当采用充分还原生产含Ni较低的产品时产品含Si会在18%范围大幅波动，炉内镍铁会从相应的Ni，Fe，Si含量变化对炉衬侵蚀差异产生影响，炉渣则从Fe O含量和炉渣量的变化对炉衬形式产生不同的影响。 当然，随着使用镍矿成分的变化，其影响程度会发生相应的变化。3 镍铁
14、，炉渣，渣铁比变化对炉衬使用的影响情况分析 镍铁冶炼过程由于使用镍矿和工艺操作方式的不同，其产生的镍铁、炉渣成分及渣铁比值也相应有所不同，从其发生的化学物理性能的相应变化，对炉衬使用产生相应的影响，对此做如下分析。3.1 镍铁成分变化的相应分析 不同成分镍铁其化学、物理性能有所不同，具体表现在熔点，粘度，化学性能的不同。镍铁主成分元素为Ni和Fe，其他化学元素为Si、Cv、C冶炼不同含Ni产品过程中Cv、C含量高低亦会有大幅度变化但总含量不高。因而，可认为Cv、C含量变化对镍铁的化学物理性能的影响可以忽略不计。因而，镍铁主要以Ni Fe、Nisi，Fe Si金属化合物的形成对镍铁化学物理性能产生影响。表3是根据相关资料整理而形成的NiFe、NiSi、FeSi合金Ni、Si含量变化时铁水温度数据。表3合金名称相关元素含量变化/%相应铁水温度/NiFeNi8251 5201460NiSiSI0.5581 4501 3001 220FeSiSi0.5581 5281 5001 450 从表中数据可以看出：NiFe合金其含量从8%升至25%其铁水温度仅降低60。FeSi合金，其Si含量从0.5%升至8%，其铁水温度仅降低78。而NiSi合金，其Si含量同是从0.5%升至8% ,则铁水温度则大幅降低230。 表4是根据相关资料数
