25500kVA大型镍铁矿热炉工程论证报告2010-02-05

福建鼎信实业有限公司25500 kV·A大型镍铁矿热炉关键技术工程化可行性研究四川大学二○一○年二月四川成都福建鼎信实业有限公司25500 kV·A大型镍铁矿热炉关键技术工程化可行性研究课题负责人：袁熙志参加编制人员：李仲恺马虹周若愚冯博四川大学二○一○年二月四川成都目录1总论 (1)1.1项目背景 (1)1.2主要研究依据 (3)1.3主要研究内容 (3)1.4主要研究结论要点 (3)2国内外镍铁矿热炉技术现状 (6)2.1国内外铜镍精矿矿热炉技术现状 (6)2.2国外氧化镍矿（红土矿）生产镍铁的矿热炉技术现状 (10)3电炉变压器技术参数的选择 (14)3.1矿热炉变压器的技术要求 (14)3.2国外冶炼红土矿的镍铁矿热炉变压器二次电压选择 (15)3.3国内外铜镍精矿矿热炉变压器二次电压选择 (15)3.4镍铁矿热炉变压器参数 (18)3.5镍铁矿热炉变压器选择 (19)4镍铁矿热炉工艺技术参数比选 (21)4.1国外冶炼红土矿的镍铁矿热炉工艺技术参数 (21)4.2矿热炉工艺技术参数 (21)5电极把持器关键技术选择 (23)5.1 电极把持器的基本结构 (23)5.2 电极把持器的基本结构 (23)5.3 电极把持器的种类 (24)5.4 存在的问题及原因 (30)5.5 电极把持器的选择 (35)6镍铁电炉炉体长寿关键技术选择 (42)6.1 矿热炉炉体 (42)6.2 矿热炉炉底 (42)6.3 矿热炉炉墙结构 (47)6.4各层砖衬理化性能 (47)6.5炉底镍铁水凝固等温线位置 (50)6.6 该技术方案的特点 (54)7镍铁电炉物料与能量平衡分析 (55)7.1 物料平衡计算 (55)7.2 热平衡计算 (69)7.3 热装法冶炼镍铁节能计算 (76)1总论1.1项目背景青山控股集团有限公司是青山钢铁董事局麾下一家主要从事不锈钢及相关产品生产和销售的全国无区域企业，它起步于二十世纪八十年代，发展于九十年代。

集团公司注册资本三亿二千万元人民币，现企业总资产人民币46亿元，员工4000余人。

2009年，企业年产量达83万多t，总产值达到121亿元，利税达10亿元，在国内不锈钢行业处于领先地位。

集团公司现下辖浙江青山钢铁有限公司、浙江瑞浦机械有限公司、福建鼎信实业有限公司、河南青山金汇不锈钢产业有限公司、河南青浦合金材料有限公司、清远市青山不锈钢有限公司、松阳青山不锈钢有限公司等10余家直属企业。

生产基地跨越浙江、福建、上海、广东、河南等地；并在广西、江苏等地有多家合资或合作的与不锈钢生产有关联的企业。

集团公司在国内外建有完善的营销网络，在温州、上海、无锡、佛山设有直属销售公司，销售渠道遍布全国并跻身东南亚、欧美等国际市场。

主要产品有不锈钢连铸、棒线材、板带钢、型钢、镍铁等，产品广泛应用于石油、化工、机械、电力、汽车、造船、航空航天、食品、制药和装潢等领域。

企业技术装备精良、工艺流程先进、质量控制手段完善。

先后通过国内外一系列质量体系认证，拥有当前国际、国内领先水平的炼钢、连铸、连轧、穿孔等设备，并建有技术先进的研发中心和设施完善的产品测试中心，在2008年获得中国合格评定国家认可委员会（CNAS）实验室认可证书。

此外，企业还拥有国外进口的大吨位冶炼设施、全自动冶炼控制系统、装备先进的大方圆坯连铸机及国内同行领先的特钢棒线材连轧生产线等。

集团连续数年荣膺中国民营企业500强、中国制造业500强、中国黑色冶金及压延加工业500强、浙江省百强企业、浙江省制造业百强、浙江省百强民营企业；并被评选为2008年中国民营科技企业500强、思源工程先进单位、“139富民攻坚计划”先进集体；企业注册并使用的“青特”商标被认定为浙江省著名商标；公司还是中国金属协会不锈钢分会副会长单位和中华全国工商业联合会冶金业商会副会长单位；企业还先后荣获中国建设银行总行AAA级信用等级客户、中国农业银行浙江省分行AAA级资信企业、中国质量信用AAA级企业、浙江省对外贸易守信合作单位等荣誉称号。

企业始终秉承“透明、公平、公正”的经营理念，倡导“以人为本、以法治厂、以质兴企、以新兴业”的管理模式，青山控股集团以“咬定青山不放松，无限风光在险峰”的团队协作精神，不断提升核心竞争力，致力于打造中国不锈钢品牌，以期为振兴民族不锈钢产业做出应有的贡献。

近年来，青山控股集团公司在全球范围内寻找资源，开发不锈钢上游原材料，最终选定印尼PT Antam公司为其红土矿资源合作伙伴。

青山控股集团公司与PT Antam公司将合资在印尼开采红土矿，并建设利用红土矿生产镍铁及不锈钢的工厂。

红土矿采用回转窑-电炉工艺炼镍铁在国外是成熟技术，但在国内还没有一家生产工厂；更别说生产镍铁和不锈钢的联合工厂。

为降低海外投资风险，青山控股集团公司决定先在国内投资建设，最终选定在福安湾坞建设本镍铁项目。

建设后将年产60万t/a不锈钢板坯。

该项目采用回转窑干燥焙烧、预还原，得到800～900℃高温预还原焙砂，把铬矿与高温焙砂热装，在大型镍铁矿热炉内，冶炼成含镍铬的不锈钢半成品，液态不锈钢半成品再热装进AOD炉精炼，经连铸成不锈钢坯。

该项目利用境外矿产资源，大力发展民族经济。

其工艺流程紧凑，是冶金工业节能减排的短流程工艺的典型范例，在国内外均处于领先水平。

项目一期工程正处于施工建设阶段，配套的两台33000kV·A国内最大的大型镍铁矿热炉，炉型为矩形炉（长16m×宽8m）。

二期工程配套两台25500kV·A大型镍铁矿热炉，炉型为圆形（Φ16600×6100）。

1.2主要研究依据（1）青山控股集团有限公司与四川大学签定的研究合同。

（2）青山控股集团有限公司提交相关工程技术资料。

（3）四川大学已撑握的矿热炉工程关键技术资料。

1.3主要研究内容（1）甲方筹建的25500kV·A大型镍铁矿热炉工程国内外技术现状调研分析。

（2）大型镍铁矿热炉节能型变压器及一、二次侧电压等技术参数的选择及生产厂家考察比选。

（3）大型镍铁矿热炉电极直径、极心圆直径、炉膛直径、炉膛深度、炉壳内径与高度等工艺技术参数比选。

（4）大型镍铁矿热炉把持器关键技术选择。

（5）大型镍铁矿热炉炉体长寿关键技术选择。

（6）大型镍铁矿热炉配料、物料平衡、能量平衡、冶炼电耗等分析计算与预测。

1.4主要研究结论要点（1）由于25500kV·A镍铁矿热炉，在国内属于最大的利用红土矿生产镍铁的矿热炉；由于国内红土矿资源稀少，对镍铁矿热炉相关研究很少，可供参考借鉴的大型镍铁矿热炉工程数据较少。

本工程关键技术方案，如矿热炉二次侧电压、电极直径与材质、极心圆直径、炉膛直径与深度、炉壳内直与高度、电极把持器形式、炉体内衬结构与耐火材料选取等均存在一定的技术和工程上的风险。

（2）本工程项目建成后，采用红土矿进厂，不锈钢坯出厂，全程热装热送的工艺流程。

生产环节少，流程极短，可有效降低冶炼镍铁的冶炼电耗，以期达到节能减排，节约生产成本的目的。

工艺流程在国内外尚属首次采用，具有先进实用的特点。

（3）二期工程配套两台25500kV·A大型镍铁矿热炉，炉型为三相三电极圆形炉（Φ16600×6100）。

矿热炉变压器由三台8500kV·A单相壳式变压器组合而成，满足长期超载30%。

冶炼镍铁时，二次侧采用Dd0连接，矿热炉二次电压范围：400～520～690V，全部电压要求恒功率输出。

考虑到以后可能转炼高碳铬铁，将二次侧采用Yd11连接，二次电压范围：231～399V。

电压级数共60级，采用有载电动调压。

一次电压：35kV，50Hz。

（4）25500kV·A大型镍铁矿热炉投产初期的1～2年内，电极把持器采用压力环把持器，电极为Φ960石墨电极。

待所有生产设备调试运行正常，同时生产操作人员对设备都能控制自如时，从节约生产成本出发，并根据一期工程33000kV·A投产情况，决定是否将压力环把持器更换为组合把持器，电极改为直径Φ1200自焙电极。

（5）通过对比国内外相似的冶炼红土矿或铜镍精矿的大型矿热炉进行比较，最终确定本工程项目25500kV·A大型镍铁矿热炉工艺技术参数为：石墨电极直径960mm、极心圆直径4200±100mm、超负荷30%时炉底功率密度188 kV·A/m2、炉壳内径16600mm、炉壳高度6100mm、炉膛内径15000 mm、炉膛深度3500 mm。

（6）通过综合比较，电炉变压器建议选用节能型壳式变压器，因其具有明显的优势，例如机械强度高，抗短路能力强；冷却效果好，过载能力强；噪音小，损耗低；结构紧凑，体积小、重量轻，便于运输安装等。

（7）长寿矿热炉不仅直接减少昂贵的大中修费用，而且可以避免由于停产所引起的巨大经济损失。

为了尽可能地延长本工程项目25500kV·A大型镍铁矿热炉使用寿命，对矿热炉的炉底及炉墙采用了大型高炉炉底炉缸耐火材料内衬的砌筑方案。

炉底的耐火材料内衬采用工作层和导热性永久层型式的内衬。

炉底下部的永久层由高度为261mm的高铝质浇注料、高度为121mm的碳化硅质自流浇注料和高度300mm的石墨碳砖与高度600mm的镁碳砖构成。

石墨碳砖与炉底钢板之间设置有冷拔无缝钢管、工字钢组成的炉底冷却装置。

炉底上部的工作层由一层高度为600mm的镁铝砖、一层高度为800mm 的镁铬砖构成。

炉底的石墨碳砖采用1500mm×400mm×300mm的大块碳砖砌筑，其余层均采用具有双向错台外形特征的特异型大块砖砌筑，以获得持续的稳定、密封效果。

炉墙仍然采用永久层和工作层的砌体结构方式。

侧壁中下部的反应区、熔池区的工作层由具有凹凸镶嵌形状的镁铬大块制品构成，侧壁上部砌筑标普型镁砖。

工作层镁铬砖与立式冷却水套（冷却壁）之间，顶紧冷却水套砌筑小块微孔碳砖。

小块微孔碳砖与镁铬砖设60mm宽度的填料缝，缝中填充高性能碳素捣打料。

综上得出：炉底厚度为2600 mm，炉墙厚度800 mm；则炉壳内径16600 mm、炉壳高度6100 mm。

（8）物料需求与煤气发生量全部使用拉兹红土矿（红土矿A）冶炼1t镍铁需4.99t红土矿A焙砂，5.28t红土矿A干矿，6.35t红土矿A湿矿；焦炭176.15kg；石灰479.04kg。

矿热炉每小时产生的炉气量为1445.24Nm3/h。

（9）冶炼电耗估算全部使用ZHE HAAIS21红土矿（红土矿B）冶炼1t镍铁需6.52t红土矿B焙砂，6.80t红土矿B干矿，8.20t红土矿B湿矿；焦炭172.78kg。

矿热炉每小时产生的炉气量为1398.80Nm3/h。