刘鹏等：基于镍铁治炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件 865 ( b 天显幢出 返回 显不】国 图9干燥简能量流饼图显示界面.()输入热量：(b)输出热量 Fig.Interface of energy flow pie charts in the drying eylinder:(a)heat input:(b)heat output 产12th镍铁产品，若红土矿N的质量分数指标为 位论文].上海：上海交通大学，2010) 1.5%（或1.7%)，则炉渣量、炉渣中Ni和Fe的质量 Lu H B.Thermodynamic research on production of ferronickel al- 分数分别为89.8th(77.84th)0.08%(0.1%) loy by electric furnace reduction from lateritic nickel ore.Chin J Rare Met,.2012,36(5):785 和17.9%(16.66%)，由此可知随红土矿中Ni含量的 (卢红波.红土镍矿电炉还原熔炼镍铁合金的热力学研究.稀 增加，炉渣量将减少，炉渣中N含量升高，Fe含量降 有金属，2012,36(5)：785) 低，有助于降低炉渣量，但损失到炉渣中的镍增多.从 B3]Liu Z H.Yang H L.Li O H,et al.Study on the process of ex- 能量流角度考虑，矿热炉中最高温度在1800℃以上， traction ferronickel from laterite by electric smelting.Nonferrous 而镍铁氧化物反应温度相对较低，分别在450℃和650 Met Extr Metall,2010 (2)2 ℃开始发生反应，因此若能适当降低矿热炉内温度也 (刘志宏，杨慧兰，李启厚，等.红土镍矿电炉熔炼提取镍铁 可达到节能降耗的目的，同时炉内温度过高将提高 合金的研究.有色金属：治炼部分，2010(2)：2) 4 FO的还原率，从而降低产品中镍的品位. Zhang F E,Liao M,Li B,et al.Analysis and application of the material balance and heat balance calculation of 180 ton converter 4结论 1Proceedings of 2012 the National Steelmaking-Continuous Cast- ing Production Technology Meeting.Chongqing,2012:272 本文建立了回转窑一矿热炉工艺中物质流和能量 (张夫恩，廖明，李斌，等.180t转炉物料平衡及热平衡计算 流构架模型，依据总体回转窑一矿热炉工艺系统和各 分析及应用/12012年全国炼钢一连铸生产技术会论文集 子工艺系统中物质流和能量流的关联性，并利用Visu- 重庆，2012：272) [5] al Basic软件对回转窑-矿热炉工艺流程中物质流、能 Tan P F,Neuschutz D.A thermodynamic model of nickel smelting and direct high-grade nickel matte smelting processes:Part I. 量流和相关工艺参数进行计算，由计算结果可得如下 model development and validation.Metall Mater Trans B.2001, 结论： 32(2):341 (1)随镍铁产品中N含量的增加，炉渣量将增 6]Pak J J,Bahgat M,Kim B H,et al.Low temperature isothermal 加，炉渣中Ni含量降低，Fe含量升高，将导致炉渣量 reduction kinetics of Fe2O/NiO mixed oxides and comparative 增多和损失到炉渣中的铁增多. synthesis of FeNi,alloys.Mater Trans,2008,49(2):352 (2)随红土矿中N含量的增加，炉渣量将减少， 7]Fan XX,Dong HG,Wang Y H,et al.Study on a novel process 炉渣中Ni含量升高，Fe含量降低，因此有助于降低炉 of extracting nickel,cobalt and iron from laterites ore.Min Met- all,2012,21(3):39 渣量，但损失到炉渣中的镍增多. (范兴祥，董海刚，汪云华，等.从红土镍矿中提取镍钻铁的 (3)从能量流角度考虑，若能适当降低矿热炉内 新工艺研究.矿治，2012,21(3)：39) 温度也可达到节能降耗的目的，降低铁的还原率保证 8] Zhao Y,Gao J M,Yue Y,et al.Extraction and separation of 产品中高品位的镍含量. nickel and cobalt from saprolite lateriteore by microwave-assisted hydrothermal leaching and chemical deposition.Int Min Metall 参考文献 Mater,2013,20(7):612 ]PengZG.Calculation of Exergy Loss and Study of Loss Decreasing 9]Fan X X,Dong H G,Wang Y H,et al.Production of Ni-Fe al- Strategy Pyrometallurgical Smelt System for Fe-Ni [Dissertation]. loy from nickeliferous laterite ore by prereduction-electric furnace Shanghai:Shanghai Jiao Tong University,2010 smelting separation.J Cent South Unig Nat Sci,2012,43 (9): (彭志刚.火法治炼镍铁系统损耗计算及降耗策略研究[学 3344刘 鹏等: 基于镍铁冶炼工艺流程中物质流和能量流的模型与软件 图 9 干燥筒能量流饼图显示界面． ( a) 输入热量; ( b) 输出热量 Fig． 9 Interface of energy flow pie charts in the drying cylinder: ( a) heat input; ( b) heat output 产 12 t·h － 1镍铁产品，若红土矿 Ni 的质量分数指标为 1. 5% ( 或 1. 7% ) ，则炉渣量、炉渣中 Ni 和 Fe 的质量 分数分别为 89. 8 t·h － 1 ( 77. 84 t·h － 1 ) 、0. 08% ( 0. 1% ) 和 17. 9% ( 16. 66% ) ，由此可知随红土矿中 Ni 含量的 增加，炉渣量将减少，炉渣中 Ni 含量升高，Fe 含量降 低，有助于降低炉渣量，但损失到炉渣中的镍增多． 从 能量流角度考虑，矿热炉中最高温度在 1800 ℃ 以上， 而镍铁氧化物反应温度相对较低，分别在 450 ℃和 650 ℃开始发生反应，因此若能适当降低矿热炉内温度也 可达到节能降耗的目的，同时炉内温度过高将提高 FeO 的还原率，从而降低产品中镍的品位． 4 结论 本文建立了回转窑--矿热炉工艺中物质流和能量 流构架模型，依据总体回转窑--矿热炉工艺系统和各 子工艺系统中物质流和能量流的关联性，并利用 Visu￾al Basic 软件对回转窑--矿热炉工艺流程中物质流、能 量流和相关工艺参数进行计算，由计算结果可得如下 结论: ( 1) 随镍铁产品中 Ni 含量的增加，炉渣量将增 加，炉渣中 Ni 含量降低，Fe 含量升高，将导致炉渣量 增多和损失到炉渣中的铁增多． ( 2) 随红土矿中 Ni 含量的增加，炉渣量将减少， 炉渣中 Ni 含量升高，Fe 含量降低，因此有助于降低炉 渣量，但损失到炉渣中的镍增多． ( 3) 从能量流角度考虑，若能适当降低矿热炉内 温度也可达到节能降耗的目的，降低铁的还原率保证 产品中高品位的镍含量． 参 考 文 献 ［1］ Peng Z G． Calculation of Exergy Loss and Study of Loss Decreasing Strategy Pyrometallurgical Smelt System for Fe--Ni［Dissertation］． Shanghai: Shanghai Jiao Tong University，2010 ( 彭志刚． 火法冶炼镍铁系统 损耗计算及降耗策略研究［学 位论文］． 上海: 上海交通大学，2010) ［2］ Lu H B． Thermodynamic research on production of ferronickel al￾loy by electric furnace reduction from lateritic nickel ore． Chin J Ｒare Met，2012，36( 5) : 785 ( 卢红波． 红土镍矿电炉还原熔炼镍铁合金的热力学研究． 稀 有金属，2012，36( 5) : 785) ［3］ Liu Z H，Yang H L，Li Q H，et al． Study on the process of ex￾traction ferronickel from laterite by electric smelting． Nonferrous Met Extr Metall，2010( 2) : 2 ( 刘志宏，杨慧兰，李启厚，等． 红土镍矿电炉熔炼提取镍铁 合金的研究． 有色金属: 冶炼部分，2010( 2) : 2) ［4］ Zhang F E，Liao M，Li B，et al． Analysis and application of the material balance and heat balance calculation of 180 ton converter / / Proceedings of 2012 the National Steelmaking-Continuous Cast￾ing Production Technology Meeting． Chongqing，2012: 272 ( 张夫恩，廖明，李斌，等． 180 t 转炉物料平衡及热平衡计算 分析及应用 / / 2012 年全国炼钢—连铸生产技术会论文集． 重庆，2012: 272) ［5］ Tan P F，Neuschütz D． A thermodynamic model of nickel smelting and direct high-grade nickel matte smelting processes: Part I． model development and validation． Metall Mater Trans B，2001， 32( 2) : 341 ［6］ Pak J J，Bahgat M，Kim B H，et al． Low temperature isothermal reduction kinetics of Fe2 O3 /NiO mixed oxides and comparative synthesis of Fe1 － xNix alloys． Mater Trans，2008，49( 2) : 352 ［7］ Fan X X，Dong H G，Wang Y H，et al． Study on a novel process of extracting nickel，cobalt and iron from laterites ore． Min Met￾all，2012，21( 3) : 39 ( 范兴祥，董海刚，汪云华，等． 从红土镍矿中提取镍钴铁的 新工艺研究． 矿冶，2012，21( 3) : 39) ［8］ Zhao Y，Gao J M，Yue Y，et al． Extraction and separation of nickel and cobalt from saprolite laterite ore by microwave-assisted hydrothermal leaching and chemical deposition． Int J Min Metall Mater，2013，20( 7) : 612 ［9］ Fan X X，Dong H G，Wang Y H，et al． Production of Ni--Fe al￾loy from nickeliferous laterite ore by prereduction-electric furnace smelting separation． J Cent South Univ Nat Sci，2012，43 ( 9) : 3344 · 568 ·