大型红土镍矿还原焙烧回转窑结构设计特点与应用
于盛君
中国有色（沈阳）冶金机械有限公司
一、项目概况
缅甸达贡山镍矿项目，是国家十一五期间五大海外投资项目之一，是一个特大型的采选冶工程，该项目由CNMC集团出资建设，总投资8亿美金，ENFI院做总体工艺设计，采用RKEF 法熔炼工艺，该项目原料为缅甸达贡山红土矿，矿山年生产干矿132万t，冶炼厂生产规模为含镍25.49%的镍铁85000t/a。
沈冶机械为上述工程承担了Φ5500×115000还原焙烧回转窑与Φ5000×40000干燥窑的设计制造。
2011年辽宁凯瑞特钢有限公司新上直接还原镍铁项目，采用“RK直还法”熔炼工艺，原料为印度尼西亚红土矿，沈冶机械为其设计制造了Ф4×80m回转窑，用于红土镍矿的还原焙烧，直接还原红土镍矿中的铁和镍的氧化物，生产镍铁。
二、还原焙烧回转窑工艺条件与结构设计特点
1、达贡山焙烧窑工艺条件、主参数确定及窑结构设计特点
1）工艺条件
①生产能力
焙砂产量：80～100t/h
工作制度：年作业330天，连续工作制。
②加料方式：溜管加料
加入物料：干矿+烟尘粒料+还原煤
使用燃料：煤粉
窑用燃烧器型式：多通道喷煤管
物料性质：堆比重：1.1～1.3t/m3；自然堆积角：38度；
③填充率：5%～15%；
④回转焙烧窑温度分布
干燥段：距加料端30m～35m，200～350℃
预热段：35～70m，350～600℃
还原焙烧段：70～115m，600～950℃
排放焙砂温度：750℃～950℃
回转焙烧窑烟气排放温度：200℃～400℃
⑤出口烟气量：190000～220000Nm3/h
压力控制
焙砂卸料端：-50～-100Pa
2）主参数确定
①设备规格：
Φ5500×115000
②传动方式：
变频电机齿轮传动（双边双驱）
③支承方式：
4档钢轮支承
④挡轮方式方式：
双液压挡轮
⑤斜度
3.5%
⑥筒体转速：
0.2-1.2 r/min
⑦主电动机功率：
2×400 kw
⑧主传动比：
i =63
⑨辅传电动机功率：
2×55 kw
3）窑结构设计特点
采用国际先进的鳞片、迷宫式组合密封，适应回转窑窑头、窑尾在高温使用状态下产生的窑体变形、筒体偏摆及偏心径跳。
使漏风率更低、工艺操作更稳定，可降低能耗，提高生产效率、产品质量。
为控制回转窑内温度、调节窑内化学气氛或提供挥发份供氧等，据工艺计算在筒体确定位置设计配置窑身送风装置，设计了最佳的工艺喷吹方向、喷射角度，设置风机进口风量调节，风机与送风管、主回路风量隔离，采用导电滑环为装置风机供电；送风装置能够满足窑内工艺波动的急冷急热条件，满足进风消音要求，满足系统发生故障要求的高温烟气阻隔。
窑内温度测量信号的无线发射与接收，窑体远红外线温度扫描、窑体位移监测、高温火焰电视成像装置，实现对回转窑全窑筒体表面温度的非接触式实时检测和工艺参数的定时接收，为优化操作提供了保障。
采用集中式智能润滑系统，把喷射润滑、挡轮液压站、干油润滑站统一集中控制，使操作更方便，维护更简单。
分段结构大齿圈：采用等温淬火处理的球墨铸铁ADI材料，保证铸件组织均匀，实现超精加工，具有整体重量轻、高强耐磨、安装更换方便、维护简单等特点，可以使用集装箱运输。
为提高窑运转效率及可靠性，窑结构中设计挡坝与扬料板，窑尾强制输料装置、窑头缩口、冷风装置，稀油润滑液压挡轮轴承。
2、凯瑞特钢直还窑工艺条件、主参数确定及窑结构设计特点
1）工艺条件
①生产能力
焙砂产量：25t/h
工作制度：年作业330天，连续工作制。
②加料方式：溜管加料
焙烧物料：红土镍矿
使用燃料：煤粉
窑用燃烧器型式：多通道喷煤管
原料粒度： 0～10mm混合料
③填充率：10%～18%；
④回转焙烧窑温度分布
进料端气体温度：300～400℃
最高物料温度：1450℃
出料物料温度：1100～1200℃
窑体表面最高温度：300℃
⑤焙烧气氛：还原气氛
2）主参数确定
①设备规格：
Φ4000×80000
②传动方式：
变频电机齿轮传动（单边单驱）
③支承方式：
3档钢轮支承
④挡轮方式方式：
单液压挡轮
⑤斜度
2%
⑥筒体转速：
0.3-3 r/min
⑦主电动机功率：
355kw
⑧主传动比：
i =56
⑨辅传电动机功率：
2×55kw
3）窑结构设计特点
根据载荷、温度等工况条件，采用力学连续梁计算方法对回转窑的支撑位置进行设计优
化，用三点支撑代替了四点支撑，既满足了超重载荷的要求，又使支撑位置避开了回转窑窑体高温段区，同时减少了大量设备投资成本。
窑体装置中设计了新式耐高温护口结构，克服了以往回转窑护口高温变形易脱落的不足，为回转窑设备排料顺畅提供了的保障。
特殊选用窑内耐衬材料，提高了回转窑窑体的刚度、强度，使设备能在1450℃的高温条件下运行。
通过优化设计送风装置及测温装置来对窑内的气氛和温度进行调节与监控；设置中间上料装置，增加添加剂来调节窑内物料性状，提高镍铁还原的金属化率。
三、设备运行情况（结束语）
达贡山镍矿回转窑从2010年开始安装至今已经历了几年的长期稳定运行，设备状况良好，焙砂的平均产量为100～110t/h，预还原指标达到设计要求，得到了来自CNMC集团、 ENFI 院、鑫诚监理等好评，申报国家专利6项。
今年为满足用户要求，根据焙烧窑近期运行参数，沈冶公司为用户提供了焙烧窑再行增产设备运行条件。
凯瑞特钢Φ4×80米红土镍矿直接还原焙烧窑交付使用后，设备运行状况良好，满足工艺超重载荷及超高温条件，深得业主信任。
经过一个时期的生产运行调整，镍矿原还率及镍收得率等均符合工艺设计指标，达到国内先进水平；凯瑞特钢为扩大技术应用，在海外又投资新上了两条同规格镍铁直接还原项目，在沈冶订购了两台同规格回转窑设备，现设备已产出。
我公司愿与国内外有志镍铁项目的单位或人士真诚合作，致力于镍铁直接还原窑技术的研发，共同为中国直接还原技术的应用做出贡献。