زمان انتشار: ۱۷ دسامبر ۲۰۱۹
کاربردهای نیکل و فرونیکل
نیکل به راحتی در جو زنگ نمی زند و در برابر خوردگی ناشی از فلورین، قلیاها، نمک ها و بسیاری از مواد آلی مقاوم است. نیکل فلزی مغناطیسی با مقاومت خوب و استحکام مکانیکی کافی است که به آن اجازه می دهد در برابر انواع فرآیندهای ماشین کاری مانند نورد، سنگ زنی و جوشکاری مقاومت کند.
نیکل عمدتا در تولید مواد فلزی استفاده می شود و بیش از ۷۰٪ از کل مواد را تشکیل می دهد؛ این نیکل در آبکاری الکتریکی استفاده می شود و حدود ۱۵٪ از کل مصرف نیکل را تشکیل می دهد؛ این ماده به عنوان کاتالیزور در فرآیند هیدروژناسیون پتروشیمی ها استفاده می شود؛ این دستگاه به عنوان منبع انرژی شیمیایی استفاده می شود؛ از آن برای ساخت رنگدانه ها و رنگ ها استفاده می شود؛ و برای ساخت سرامیک و فریت استفاده می شود.
فرونیکل آلیاژی از نیکل و آهن است که شامل کربن، سیلیکون، فسفر و عناصر دیگر می باشد. فرونیکل عمدتا به عنوان عامل آلیاژسازی در ذوب فولاد ضدزنگ استفاده می شود.
ترکیب شیمیایی فرونیکل تولید شده از سنگ معدن نیکل لاتریت معمولا به شرح زیر است: Ni 10٪～۱۵٪، Si≤7٪، C≤4.5٪، P≤0.06٪، S≤0.04٪~0.35٪.
سنگ معدن نیکل لاتریت ماده خامی برای تولید سنگ آهن نیکل-است.
مواد اولیه ذوب نیکل-آهن با استفاده از سنگ معدن نیکل لاتریت شامل سنگ معدن نیکل لاتریت، کک و آهک است.
ترکیب معدنی و شیمیایی سنگ معدن نیکل لاتریتی بسیار متفاوت است، به ویژه در محتوای نیکل و نسبت جرم MgO/SiO₂. ترکیب معمول سنگ معدن نیکل لاتریتیک به شرح زیر است: Ni 1.3٪–1.9٪، Fe 10٪–15٪، SiO₂ 35٪–45٪، MgO 17٪–25٪، P 0.001٪–0.007٪، H₂O 25٪–33٪. سنگ معدن لاتریتیک حاوی مقدار زیادی آب متصل شده است و قبل از ذوب نیاز به برشته کردن و خشک شدن دارد.
آهک باید محتوای CaO ≥82٪ داشته باشد.
الزامات کک عبارتند از: کربن ثابت بالاتر از ۸۲٪، محتوای خاکستر کمتر از ۱۵٪، محتوای گوگرد ≤ ۰.۷٪، میزان رطوبت کمتر از ۶٪، و اندازه ذرات ۱۰-۲۵ میلی متر.
اصل ذوب نیکل-آهن سنگ معدن نیکل لاتریت
سنگ معدن نیکل لاتریتی عمدتا شامل اکسیدهای مختلفی مانند NiO، Cr₂O₃، Fe₂O₃، Al₂O₃، MgO و SiO₂ است. بر اساس داده های انرژی آزاد واکنش های اکسید، در محدوده نقطه ذوب سنگ معدن نیکل لاتریتی (۱۶۰۰–۱۷۰۰ کلوین)، مرتبه کاهش هر اکسید در جو کاهنده از آسان ترین تا سخت ترین به صورت زیر است: NiO > FeO > SiO₂ > Fe₂O₃ > MgO > Cr₂O₃ > Al₂O₃. ابتدا NiO کاهش می یابد و دمای کاهش آن پایین تر از FeO است. با استفاده از این اصل کاهش انتخابی، می توان عملیاتی با کمبود کربن اتخاذ کرد تا تقریبا تمام اکسیدهای نیکل در سنگ معدن نیکل لاتریتیک به فلز به صورت ترجیحی کاهش یابد، در حالی که مقدار مناسبی از Fe₂O₃ با ظرفیت بالا به فلز کاهش می یابد و باقی مانده به FeO کاهش می یابد که وارد سرباره می شود. این کار هدف غنی سازی نیکل را محقق می کند. میزان کاهش آهن با افزودن مقدار عامل کاهنده زغال سنگ تنظیم می شود.
ناحیه دمای قوس در کوره قوس الکتریکی به بیش از ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد می رسد و دمای استخر مذاب می تواند به بیش از ۱۸۰۰ درجه سانتی گراد برسد. واکنش های اصلی که در این دما رخ می دهند عبارتند از:
NiO + C = Ni + CO
Fe₂O₃ + 3C == 2Fe + 3CO
NiFe₂O₄ + 4C = 2Fe + Ni + 4CO
Fe₂O₃ + C = 2Fe₂O + CO
FeO + C = Fe + CO
Cr₂O₃ + 3C = 2Cr + 3CO
MgO + C = Mg + CO
SiO₂ + 2C = Si + 2CO
این واکنش آلیاژی از نیکل-کروم-آهن تولید می کند که شامل عناصری مانند سیلیکون و منیزیم است. واکنش شیمیایی واقعی داخل کوره بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که در بالا توضیح داده شد.
فرآیند ذوب نیکل-آهن سنگ معدن نیکل لاتریت
سه روش اصلی برای تولید فرونیکل از سنگ معدن نیکل لاتریت وجود دارد: روش کوره بلند، روش کاهش مستقیم کوره دوار و روش ترکیبی کوره قوسی غوطه ور در کوره چرخشی.
۴.۱ ذوب کوره انفجاری
فرآیند اصلی تولید فرو نیکل در کوره بلند به شرح زیر است: خشک کردن و پوشش سنگ معدن (خرد کردن در مقیاس بزرگ) – دسته بندی – سینترینگ – سنگ معدن سینتر شده با بلوک های کک و فلکس اضافه شده به کوره بلند برای ذوب – ریخته گری شمش فرونیکل و سرد کردن سرباره با آب – تولید شمش های فرونیکل و سرباره سرد شده با آب. کوره های انفجاری عمدتا برای تولید آهن خام کم نیکل استفاده می شوند و با استفاده از سنگ معدن نیکل لاتریت حاوی حدود ۵۰٪ آهن و ۱٪ نیکل برای تولید آهن خام کم نیکل با حدود ۵٪ نیکل استفاده می شوند. معمولا نسبت کوکاکولا به نیکل حدود ۸۰۰ کیلوگرم کک به ازای هر تن فرونیکل است.
۴.۲ ذوب احیاشی مستقیم در کوره دوار
ذوب مستقیم کوره چرخان به عنوان روشی با کمترین مصرف انرژی و هزینه شناخته می شود. فرآیند پایه عبارت است از: خشک کردن سنگ معدن خام (خرد و آسیاب در مقیاس بزرگ) – افزودن زغال سنگ کاهنده و شار – کاهش و ذوب در کوره دوار – سرد کردن سنگ مذاب با آب – خرد کردن، آسیاب کردن و جداسازی مغناطیسی سرباره سرد شده با آب و ذرات نیکل-آهن – تولید دانه های نیکل-آهن و سرباره مذاب ریز. این فرآیند به کوکائین یا مقدار زیادی برق نیاز ندارد، جریان فرآیند کوتاه با مراحل کم دارد و رقابت پذیری و پایداری قوی دارد. در حال حاضر، این فرآیند هنوز در چین به صورت انبوه تولید نشده است، عمدتا به این دلیل که مسائلی مانند دسته بندی، مواد نسوز و تشکیل حلقه هنوز به طور کامل حل نشده اند.
۴.۳ ذوب کوره قوسی غوطه ور در کوره دوار
فرآیند ذوب کوره قوسی فرو رفته در کوره چرخشی به طور گسترده در داخل و خارج کشور برای تولید آلیاژهای نیکل-آهن با محتوای بالای نیکل استفاده می شود. فرآیند کامل ذوب به شرح زیر است: خشک کردن سنگ معدن خام و خرد کردن در مقیاس بزرگ → مخلوط کردن زغال سنگ و شار و خشک کردن کامل و پیش کاهش در کوره دوار → ذوب کاهش کوره قوسی غوطه ور → ریخته گری آهن مذاب نیکل-آهن و سرد کردن سرباره با آب → تولید شمش های نیکل-آهن (یا دانه های نیکل-آهن سرد شده با آب) و سرباره سرد شده با آب.
فرآیندهای اصلی شامل موارد زیر هستند:
(۱) خشک کردن: رطوبت از سنگ معدن نیکل با استفاده از استوانه خشک کن دوار خارج می شود؛
(۲) مواد تشکیل دهنده: سنگ معدن لاتریت، آنتراسیت و سنگ آهک با نسبت مشخصی مخلوط و متناسب می شوند؛
(۳) پیش کاهش: کاهش در کوره چرخان؛
(۴) ذوب: مواد داغ مستقیما به کوره برای ذوب وارد می شوند؛
(۵) پالایش: گوگردزدایی، دسیلیکونیزاسیون و تصفیه دکربوریزاسیون آلیاژ؛
(6) ریخته گری یا گرانولاسیه: دانه بندی، خشک کردن، بسته بندی یا شمش های ریخته گری در ماشین های ریخته گری؛
(۷) تصفیه گاز دودکش: گاز خروجی پس از ورود به جمع کننده گرد و غبار تخلیه شده و گاز کوره الکتریکی بازیابی می شود.
سنگ معدن نیکل لاتریت از بندر به انبار دام منتقل می شود تا ذخیره و مخلوط شود. سنگ معدن لاتریت ذخیره شده و در حیاط مواد اولیه ابتدا در کوره خشک کن خشک می شود تا بیشتر رطوبت حذف شود، سپس خرد و صفحه بندی می گردد. سنگ آهک و عامل کاهنده در حیاط مواد خام و اتاق آماده سازی صفحه بندی و خرد می شوند و سپس با سنگ معدن خشک لاتریت مخلوط شده و به کوره دوار فرستاده می شوند.
در کوره چرخان، مواد خام بیشتر خشک، برشته و پیش ریزش داده می شوند تا سرباره نیکل (محصولی تا حدی کاهش یافته) در حدود ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد تولید شود. گاز دودکش کوره چرخان پس از عبور از دیگ بخار حرارتی هدر رفته، حذف گرد و غبار و حذف گوگرد تخلیه می شود. گرد و غبار با مواد خام مخلوط شده و سپس دوباره وارد کوره می شود.
سرباره نیکل به سیلوی کوره قوسی غوطه ور (که با آجرهای نسوز پوشانده شده) تحت شرایط بسته و عایق (ترولی تغذیه مرتفع) اضافه می شود. بر اساس الزامات فرآیندی، محصولات کاهش حرارتی به صورت دسته ای ثانویه با استفاده از ترازوی الکترونیکی ریل سبک قبل از ارسال به سیستم ذوب کوره قوسی غوطه ور می شوند. سرباره از طریق لوله های تغذیه در نقاط مختلف به کوره قوسی غوطه ور توزیع می شود. کوره قوس غوطه ور نیمه محصور (یا کاملا محصور) است، با الکترودهای خودپخته، ذوب قوس غوطه وری، فرونیکل خام و سرباره را کاهش و جدا می کند و همزمان گاز کوره قوسی غوطه وری حاوی حدود ۷۵٪ CO تولید می کند. این گاز تصفیه شده و به مشعل کوره دوار فرستاده می شود، جایی که به عنوان سوخت همراه با زغال سنگ خرد شده استفاده می شود. گرد و غبار جمع کننده گرد و غبار تصفیه شده و به محوطه مواد اولیه بازگردانده می شود. سرباره کوره قوسی غوطه وری، پس از سرد شدن با آب، می تواند به عنوان مصالح ساختمانی برای ساخت جاده و ساخت آجر استفاده شود.
آلیاژ نیکل-آهن مایع به طور دوره ای از کوره قوسی غوطه ور به ملاقه ریخته می شود، توسط واگن ملاقه به کارخانه ریخته گری برای ریخته گری منتقل می شود و شمش های نیکل-آهن واجد شرایط ذخیره و فروخته می شوند. محصول کوره قوسی غوطه وری، نیکل-آهن خام است و می توان یک عامل گوگردزدایی را قبل از ضربه زدن به ملاقه آهن مذاب اضافه کرد تا گوگردزدایی همزمان با ضربه زدن رخ دهد.
فرونیکل خام حاوی ناخالصی هایی مانند Si، C و P است و نیاز به تصفیه بیشتر دارد. پس از حذف سرباره، آن را به یک مبدل برای دمیدن اکسیژن و حذف سیلیکون وارد می کند. همزمان، ضایعات حاوی نیکل اضافه می شود تا از بالا رفتن دمای آهن مذاب جلوگیری شود. پس از حذف سیلیکون، سرباره برداشته می شود (یا سرباره مسدود می شود تا به آهن ضربه زده شود) و به یک مبدل قلیایی برای دمیدن اکسیژن و حذف فسفر و کربن وارد می شود. سنگ آهک برای ایجاد سرباره قلیایی اضافه می شود. فرونیکل مذاب تصفیه شده در مبدل قلیایی به کارگاه ریخته گری فرستاده می شود تا به بلوک های فرونیکل تجاری معتبر ریخته گری شود یا در حالی که هنوز داغ است مستقیما به کارخانه فولاد فرستاده شود.
جریان کلی فرآیند در شکل ۱ نشان داده شده است.
شکل ۱. جریان فرآیند تولید نیکل-آهن
صرفه جویی در انرژی در تولید نیکل-آهن
بیشتر سنگ معدن خام مورد استفاده برای ذوب آهن خام حاوی نیکل در کوره های قوس الکتریکی از خارج از کشور تأمین می شود. سنگ معدن خام عمدتا سنگ معدن ریز است که رطوبت آن حدود ۳۰٪ و آب کریستالی حدود ۱۰٪ است. بنابراین، این سنگ معدن باید قبل از ذوب در کوره سینتر شود. سینترینگ اولین گام در فرآیند ذوب است که نه تنها بر عملکرد عادی فرآیند ذوب تأثیر می گذارد بلکه شاخص های فنی و اقتصادی محصول را نیز تحت تأثیر قرار می دهد. در عین حال، فرآیند سینترینگ مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می کند، بنابراین تجهیزات و فرآیند سینترینگ باید به طور منطقی انتخاب شوند. سینترینگ عمودی در کوره و سینترینگ دوار بهترین انتخاب ها هستند.
استفاده از مواد داغ در کوره مسیر اصلی صرفه جویی در انرژی است که مصرف برق را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و باید به طور فعال آزمایش شود. استفاده از مواد داغ سینتر شده در کوره دوار نه تنها هزینه ها را کاهش می دهد بلکه رقابت پذیری بازار محصولات را نیز افزایش می دهد.
شاخص های فنی و مصرف مواد اولیه برای تولید نیکل-آهن
مواد اولیه اصلی و مصرف انرژی برای تولید نیکل-آهن با محتوای نیکل ۱۰٪~۱۵٪، Si≤7٪، C≤۴.۵٪، P≤0.06٪ و S≤۰.۰۴٪~۰.۳۵٪ به شرح زیر است: سنگ معدن نیکل لاتریت ۷۲۰۰ کیلوگرم بر تن، آهک ۲۳۰۰ کیلوگرم بر تن، کک ۴۷۰ کیلوگرم بر تن (ماده داغ)، خمیر الکترودی ۴۰ کیلوگرم بر تن، و مصرف برق ۶۰۰۰ کیلووات·ساعت بر تن (ماده داغ).
نیکل به راحتی در جو زنگ نمی زند و در برابر خوردگی ناشی از فلورین، قلیاها، نمک ها و بسیاری از مواد آلی مقاوم است. نیکل فلزی مغناطیسی با مقاومت خوب و استحکام مکانیکی کافی است که به آن اجازه می دهد در برابر انواع فرآیندهای ماشین کاری مانند نورد، سنگ زنی و جوشکاری مقاومت کند.
نیکل عمدتا در تولید مواد فلزی استفاده می شود و بیش از ۷۰٪ از کل مواد را تشکیل می دهد؛ این نیکل در آبکاری الکتریکی استفاده می شود و حدود ۱۵٪ از کل مصرف نیکل را تشکیل می دهد؛ این ماده به عنوان کاتالیزور در فرآیند هیدروژناسیون پتروشیمی ها استفاده می شود؛ این دستگاه به عنوان منبع انرژی شیمیایی استفاده می شود؛ از آن برای ساخت رنگدانه ها و رنگ ها استفاده می شود؛ و برای ساخت سرامیک و فریت استفاده می شود.
فرونیکل آلیاژی از نیکل و آهن است که شامل کربن، سیلیکون، فسفر و عناصر دیگر می باشد. فرونیکل عمدتا به عنوان عامل آلیاژسازی در ذوب فولاد ضدزنگ استفاده می شود.
ترکیب شیمیایی فرونیکل تولید شده از سنگ معدن نیکل لاتریت معمولا به شرح زیر است: Ni 10٪～۱۵٪، Si≤7٪، C≤4.5٪، P≤0.06٪، S≤0.04٪~0.35٪.
سنگ معدن نیکل لاتریت ماده خامی برای تولید سنگ آهن نیکل-است.
مواد اولیه ذوب نیکل-آهن با استفاده از سنگ معدن نیکل لاتریت شامل سنگ معدن نیکل لاتریت، کک و آهک است.
ترکیب معدنی و شیمیایی سنگ معدن نیکل لاتریتی بسیار متفاوت است، به ویژه در محتوای نیکل و نسبت جرم MgO/SiO₂. ترکیب معمول سنگ معدن نیکل لاتریتیک به شرح زیر است: Ni 1.3٪–1.9٪، Fe 10٪–15٪، SiO₂ 35٪–45٪، MgO 17٪–25٪، P 0.001٪–0.007٪، H₂O 25٪–33٪. سنگ معدن لاتریتیک حاوی مقدار زیادی آب متصل شده است و قبل از ذوب نیاز به برشته کردن و خشک شدن دارد.
آهک باید محتوای CaO ≥82٪ داشته باشد.
الزامات کک عبارتند از: کربن ثابت بالاتر از ۸۲٪، محتوای خاکستر کمتر از ۱۵٪، محتوای گوگرد ≤ ۰.۷٪، میزان رطوبت کمتر از ۶٪، و اندازه ذرات ۱۰-۲۵ میلی متر.
اصل ذوب نیکل-آهن سنگ معدن نیکل لاتریت
سنگ معدن نیکل لاتریتی عمدتا شامل اکسیدهای مختلفی مانند NiO، Cr₂O₃، Fe₂O₃، Al₂O₃، MgO و SiO₂ است. بر اساس داده های انرژی آزاد واکنش های اکسید، در محدوده نقطه ذوب سنگ معدن نیکل لاتریتی (۱۶۰۰–۱۷۰۰ کلوین)، مرتبه کاهش هر اکسید در جو کاهنده از آسان ترین تا سخت ترین به صورت زیر است: NiO > FeO > SiO₂ > Fe₂O₃ > MgO > Cr₂O₃ > Al₂O₃. ابتدا NiO کاهش می یابد و دمای کاهش آن پایین تر از FeO است. با استفاده از این اصل کاهش انتخابی، می توان عملیاتی با کمبود کربن اتخاذ کرد تا تقریبا تمام اکسیدهای نیکل در سنگ معدن نیکل لاتریتیک به فلز به صورت ترجیحی کاهش یابد، در حالی که مقدار مناسبی از Fe₂O₃ با ظرفیت بالا به فلز کاهش می یابد و باقی مانده به FeO کاهش می یابد که وارد سرباره می شود. این کار هدف غنی سازی نیکل را محقق می کند. میزان کاهش آهن با افزودن مقدار عامل کاهنده زغال سنگ تنظیم می شود.
ناحیه دمای قوس در کوره قوس الکتریکی به بیش از ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد می رسد و دمای استخر مذاب می تواند به بیش از ۱۸۰۰ درجه سانتی گراد برسد. واکنش های اصلی که در این دما رخ می دهند عبارتند از:
NiO + C = Ni + CO
Fe₂O₃ + 3C == 2Fe + 3CO
NiFe₂O₄ + 4C = 2Fe + Ni + 4CO
Fe₂O₃ + C = 2Fe₂O + CO
FeO + C = Fe + CO
Cr₂O₃ + 3C = 2Cr + 3CO
MgO + C = Mg + CO
SiO₂ + 2C = Si + 2CO
این واکنش آلیاژی از نیکل-کروم-آهن تولید می کند که شامل عناصری مانند سیلیکون و منیزیم است. واکنش شیمیایی واقعی داخل کوره بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که در بالا توضیح داده شد.
فرآیند ذوب نیکل-آهن سنگ معدن نیکل لاتریت
سه روش اصلی برای تولید فرونیکل از سنگ معدن نیکل لاتریت وجود دارد: روش کوره بلند، روش کاهش مستقیم کوره دوار و روش ترکیبی کوره قوسی غوطه ور در کوره چرخشی.
۴.۱ ذوب کوره انفجاری
فرآیند اصلی تولید فرو نیکل در کوره بلند به شرح زیر است: خشک کردن و پوشش سنگ معدن (خرد کردن در مقیاس بزرگ) – دسته بندی – سینترینگ – سنگ معدن سینتر شده با بلوک های کک و فلکس اضافه شده به کوره بلند برای ذوب – ریخته گری شمش فرونیکل و سرد کردن سرباره با آب – تولید شمش های فرونیکل و سرباره سرد شده با آب. کوره های انفجاری عمدتا برای تولید آهن خام کم نیکل استفاده می شوند و با استفاده از سنگ معدن نیکل لاتریت حاوی حدود ۵۰٪ آهن و ۱٪ نیکل برای تولید آهن خام کم نیکل با حدود ۵٪ نیکل استفاده می شوند. معمولا نسبت کوکاکولا به نیکل حدود ۸۰۰ کیلوگرم کک به ازای هر تن فرونیکل است.
۴.۲ ذوب احیاشی مستقیم در کوره دوار
ذوب مستقیم کوره چرخان به عنوان روشی با کمترین مصرف انرژی و هزینه شناخته می شود. فرآیند پایه عبارت است از: خشک کردن سنگ معدن خام (خرد و آسیاب در مقیاس بزرگ) – افزودن زغال سنگ کاهنده و شار – کاهش و ذوب در کوره دوار – سرد کردن سنگ مذاب با آب – خرد کردن، آسیاب کردن و جداسازی مغناطیسی سرباره سرد شده با آب و ذرات نیکل-آهن – تولید دانه های نیکل-آهن و سرباره مذاب ریز. این فرآیند به کوکائین یا مقدار زیادی برق نیاز ندارد، جریان فرآیند کوتاه با مراحل کم دارد و رقابت پذیری و پایداری قوی دارد. در حال حاضر، این فرآیند هنوز در چین به صورت انبوه تولید نشده است، عمدتا به این دلیل که مسائلی مانند دسته بندی، مواد نسوز و تشکیل حلقه هنوز به طور کامل حل نشده اند.
۴.۳ ذوب کوره قوسی غوطه ور در کوره دوار
فرآیند ذوب کوره قوسی فرو رفته در کوره چرخشی به طور گسترده در داخل و خارج کشور برای تولید آلیاژهای نیکل-آهن با محتوای بالای نیکل استفاده می شود. فرآیند کامل ذوب به شرح زیر است: خشک کردن سنگ معدن خام و خرد کردن در مقیاس بزرگ → مخلوط کردن زغال سنگ و شار و خشک کردن کامل و پیش کاهش در کوره دوار → ذوب کاهش کوره قوسی غوطه ور → ریخته گری آهن مذاب نیکل-آهن و سرد کردن سرباره با آب → تولید شمش های نیکل-آهن (یا دانه های نیکل-آهن سرد شده با آب) و سرباره سرد شده با آب.
فرآیندهای اصلی شامل موارد زیر هستند:
(۱) خشک کردن: رطوبت از سنگ معدن نیکل با استفاده از استوانه خشک کن دوار خارج می شود؛
(۲) مواد تشکیل دهنده: سنگ معدن لاتریت، آنتراسیت و سنگ آهک با نسبت مشخصی مخلوط و متناسب می شوند؛
(۳) پیش کاهش: کاهش در کوره چرخان؛
(۴) ذوب: مواد داغ مستقیما به کوره برای ذوب وارد می شوند؛
(۵) پالایش: گوگردزدایی، دسیلیکونیزاسیون و تصفیه دکربوریزاسیون آلیاژ؛
(6) ریخته گری یا گرانولاسیه: دانه بندی، خشک کردن، بسته بندی یا شمش های ریخته گری در ماشین های ریخته گری؛
(۷) تصفیه گاز دودکش: گاز خروجی پس از ورود به جمع کننده گرد و غبار تخلیه شده و گاز کوره الکتریکی بازیابی می شود.
سنگ معدن نیکل لاتریت از بندر به انبار دام منتقل می شود تا ذخیره و مخلوط شود. سنگ معدن لاتریت ذخیره شده و در حیاط مواد اولیه ابتدا در کوره خشک کن خشک می شود تا بیشتر رطوبت حذف شود، سپس خرد و صفحه بندی می گردد. سنگ آهک و عامل کاهنده در حیاط مواد خام و اتاق آماده سازی صفحه بندی و خرد می شوند و سپس با سنگ معدن خشک لاتریت مخلوط شده و به کوره دوار فرستاده می شوند.
در کوره چرخان، مواد خام بیشتر خشک، برشته و پیش ریزش داده می شوند تا سرباره نیکل (محصولی تا حدی کاهش یافته) در حدود ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد تولید شود. گاز دودکش کوره چرخان پس از عبور از دیگ بخار حرارتی هدر رفته، حذف گرد و غبار و حذف گوگرد تخلیه می شود. گرد و غبار با مواد خام مخلوط شده و سپس دوباره وارد کوره می شود.
سرباره نیکل به سیلوی کوره قوسی غوطه ور (که با آجرهای نسوز پوشانده شده) تحت شرایط بسته و عایق (ترولی تغذیه مرتفع) اضافه می شود. بر اساس الزامات فرآیندی، محصولات کاهش حرارتی به صورت دسته ای ثانویه با استفاده از ترازوی الکترونیکی ریل سبک قبل از ارسال به سیستم ذوب کوره قوسی غوطه ور می شوند. سرباره از طریق لوله های تغذیه در نقاط مختلف به کوره قوسی غوطه ور توزیع می شود. کوره قوس غوطه ور نیمه محصور (یا کاملا محصور) است، با الکترودهای خودپخته، ذوب قوس غوطه وری، فرونیکل خام و سرباره را کاهش و جدا می کند و همزمان گاز کوره قوسی غوطه وری حاوی حدود ۷۵٪ CO تولید می کند. این گاز تصفیه شده و به مشعل کوره دوار فرستاده می شود، جایی که به عنوان سوخت همراه با زغال سنگ خرد شده استفاده می شود. گرد و غبار جمع کننده گرد و غبار تصفیه شده و به محوطه مواد اولیه بازگردانده می شود. سرباره کوره قوسی غوطه وری، پس از سرد شدن با آب، می تواند به عنوان مصالح ساختمانی برای ساخت جاده و ساخت آجر استفاده شود.
آلیاژ نیکل-آهن مایع به طور دوره ای از کوره قوسی غوطه ور به ملاقه ریخته می شود، توسط واگن ملاقه به کارخانه ریخته گری برای ریخته گری منتقل می شود و شمش های نیکل-آهن واجد شرایط ذخیره و فروخته می شوند. محصول کوره قوسی غوطه وری، نیکل-آهن خام است و می توان یک عامل گوگردزدایی را قبل از ضربه زدن به ملاقه آهن مذاب اضافه کرد تا گوگردزدایی همزمان با ضربه زدن رخ دهد.
فرونیکل خام حاوی ناخالصی هایی مانند Si، C و P است و نیاز به تصفیه بیشتر دارد. پس از حذف سرباره، آن را به یک مبدل برای دمیدن اکسیژن و حذف سیلیکون وارد می کند. همزمان، ضایعات حاوی نیکل اضافه می شود تا از بالا رفتن دمای آهن مذاب جلوگیری شود. پس از حذف سیلیکون، سرباره برداشته می شود (یا سرباره مسدود می شود تا به آهن ضربه زده شود) و به یک مبدل قلیایی برای دمیدن اکسیژن و حذف فسفر و کربن وارد می شود. سنگ آهک برای ایجاد سرباره قلیایی اضافه می شود. فرونیکل مذاب تصفیه شده در مبدل قلیایی به کارگاه ریخته گری فرستاده می شود تا به بلوک های فرونیکل تجاری معتبر ریخته گری شود یا در حالی که هنوز داغ است مستقیما به کارخانه فولاد فرستاده شود.
جریان کلی فرآیند در شکل ۱ نشان داده شده است.
شکل ۱. جریان فرآیند تولید نیکل-آهن
صرفه جویی در انرژی در تولید نیکل-آهن
بیشتر سنگ معدن خام مورد استفاده برای ذوب آهن خام حاوی نیکل در کوره های قوس الکتریکی از خارج از کشور تأمین می شود. سنگ معدن خام عمدتا سنگ معدن ریز است که رطوبت آن حدود ۳۰٪ و آب کریستالی حدود ۱۰٪ است. بنابراین، این سنگ معدن باید قبل از ذوب در کوره سینتر شود. سینترینگ اولین گام در فرآیند ذوب است که نه تنها بر عملکرد عادی فرآیند ذوب تأثیر می گذارد بلکه شاخص های فنی و اقتصادی محصول را نیز تحت تأثیر قرار می دهد. در عین حال، فرآیند سینترینگ مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می کند، بنابراین تجهیزات و فرآیند سینترینگ باید به طور منطقی انتخاب شوند. سینترینگ عمودی در کوره و سینترینگ دوار بهترین انتخاب ها هستند.
استفاده از مواد داغ در کوره مسیر اصلی صرفه جویی در انرژی است که مصرف برق را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و باید به طور فعال آزمایش شود. استفاده از مواد داغ سینتر شده در کوره دوار نه تنها هزینه ها را کاهش می دهد بلکه رقابت پذیری بازار محصولات را نیز افزایش می دهد.
شاخص های فنی و مصرف مواد اولیه برای تولید نیکل-آهن
مواد اولیه اصلی و مصرف انرژی برای تولید نیکل-آهن با محتوای نیکل ۱۰٪~۱۵٪، Si≤7٪، C≤۴.۵٪، P≤0.06٪ و S≤۰.۰۴٪~۰.۳۵٪ به شرح زیر است: سنگ معدن نیکل لاتریت ۷۲۰۰ کیلوگرم بر تن، آهک ۲۳۰۰ کیلوگرم بر تن، کک ۴۷۰ کیلوگرم بر تن (ماده داغ)، خمیر الکترودی ۴۰ کیلوگرم بر تن، و مصرف برق ۶۰۰۰ کیلووات·ساعت بر تن (ماده داغ).
