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1、(10)申请公布号 CN 103469045 A (43)申请公布日 2013.12.25 CN 103469045 A *CN103469045A* (21)申请号 201310439990.4 (22)申请日 2013.09.24 C22C 33/00(2006.01) C22C 38/08(2006.01) C21B 13/00(2006.01) C22B 4/06(2006.01) C22B 23/00(2006.01) (71)申请人 南京三乐电子信息产业集团有限公 司 地址 210009 江苏省南京市浦口经济开发区 光明路 5 号 申请人 南京三乐微波技术发展有限公司 (72)发明。
2、人 姚腾 郑玉虎 刘超 吴浩 魏浩胤 王勇 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 杨海军 (54) 发明名称 一种红土镍矿微波低温冶炼装置 (57) 摘要 本发明公开了一种红土镍矿微波低温冶炼 装置， 它包括连续式高温隧道窑体 （1） 、 架设在连 续式高温隧道窑体 （1） 之上的微波源及控制部分 （2） ； 所述的连续式高温隧道窑体 （1） 包括预热段 （1-1） 、 微波加热腔 （1-2） 、 与微波加热腔 （1-2） 相 连的馈能波导组 （1-3） 和微波馈能口 （1-4） ， 以及 安装在微波加热腔 （1-2） 尾端的微波泄漏抑制装 置 （3） ； 。
3、所述的微波源及控制部分 （2）包括微波 输出柜 （2-1） 及电源控制柜。本发明提供的红土 镍矿微波低温冶炼装置， 结构设计合理， 可操作性 强， 生产效率高， 可实现连续化、 低成本、 节能的镍 铁冶炼生产， 镍铁的回收率高， 应用范围广泛。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103469045 A CN 103469045 A *CN103469045A* 1/1 页 2 1. 一种红土镍矿微波低温冶炼装置， 其特征在于， 它包。
4、括连续式高温隧道窑体 （1） 、 架 设在连续式高温隧道窑体 （1） 之上的微波源及控制部分 （2） ； 所述的连续式高温隧道窑体 （1） 包括预热段 （1-1） 、 微波加热腔 （1-2） 、 与微波加热腔 （1-2） 相连的馈能波导组 （1-3） 和 微波馈能口 （1-4） ， 以及安装在微波加热腔 （1-2） 尾端的微波泄漏抑制装置 （3） ； 所述的微 波源及控制部分 （2） 包括微波输出柜 （2-1） 及电源控制柜 ； 所述的微波输出柜 （2-1） 的微波能通过微波馈能口 （1-4） 从微波加热腔 （1-2） 顶部多 路输入到微波加热腔 （1-2） 内 ； 所述的微波馈能口 （1-4。
5、） 呈喇叭状， 微波馈能口 （1-4） 为五列十排， 相邻微波馈能口 （1-4） 之间两两垂直， 采取相邻垂直极化的方式实现耦合及匹配 ； 所述的微波加热腔 （1-2） 内设有隔热保温层 （4） ， 所述的隔热保温层 （4） 包括最外层的 保温棉 （4-1） ， 中间的轻质莫来石 （4-2） 和内层的重质刚玉 （4-3） ； 所述的微波泄漏抑制装置 （3） 从内至外依次包括 sic 板 （3-1） 、 红土砖 （3-2） 和保温棉 （3-3） 。 2. 根据权利要求 1 所述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 其特征在于， 所述的微波馈能 口 （1-4） 呈喇叭状， 微波馈能口的口径为 400mm2。
6、00mm， 高度为 250mm、 微波加热腔 （1-2） 长、 宽、 高尺寸分别为 10000mm， 5800mm 和 2880mm。 3. 根据权利要求 1 所述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 其特征在于， 所述的微波加热 腔 （1-2） 内设置有推板窑车 （5） 。 4. 根据权利要求 1 所述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 其特征在于， 所述的微波加热 腔 （1-2） 内安装有温度测控装置。 权 利 要 求 书 CN 103469045 A 2 1/5 页 3 一种红土镍矿微波低温冶炼装置 技术领域 0001 本发明涉及一种红土镍矿冶炼应用装置， 具体涉及一种红土镍矿微波低温冶炼装 置。 背。
7、景技术 0002 随着我国在红土镍矿投资热情的高涨， 目前我国优质红土镍矿资源已经明显减 少， 而含镍 2% 以下的红土镍矿价格便宜但采用传统工艺进行冶炼的成本较高， 如何更有效 的开发低品位红土镍矿成为了一个现实的难题。红土镍矿属于氧化砂， 国内使用的主要是 来源于印尼、 菲律宾， 是冶炼镍生铁的主要原料， 用作生产不锈钢原料。高品位镍铁矿资源 被日本企业垄断， 我国只能进口镍含量在 0.9%1.1% 的低品位镍矿砂。 0003 目前， 对红土镍矿进行冶炼的主要工艺有烧结矿热炉、 回转窑矿热炉二种 ：（1） 烧 结矿热炉是先把红土矿在烧结机中脱水、 造块， 形成一定块度和强度的含镍烧结矿， 。
8、然后在 矿热电炉内进行冶炼的方法。 对于技术成熟的烧结矿热炉， 1吨10%NiFe大约消耗800kg粉 煤、 600kg 块煤或焦丁和 4800kwh 电能， Ni 的收得率大约为 92%。冶炼电耗高， 经济效益低。 （2） 回转窑热炉是先在干燥窑和回转焙烧窑去除红土矿中的物理水、 脱除结晶水， 并进行部 分还原、 提温， 然后将回转窑焙烧好的红土镍矿砂热送热装到矿热电炉内， 在矿热电炉内继 续升温、 还原、 熔分。对于回转窑热炉， 1 吨 10%NiFe 大约消耗 1000kg 粉煤、 500kg 块煤或焦 丁和 4000kWh 电能， Ni 的收得率大约为 92%。与烧结矿热炉相比 ： 提。
9、高了矿热炉入炉温度， 从 200 400提高到 600 700 ； 有一定的预还原率 （Ni ： 40 60， Fe ： 20 40） ， 降低了矿热电炉的还原电耗。但生产成本和电耗能还是较高。因此， 很有必要在现有技术 基础上设计开发一种生产成本低、 Ni 的回收率高的装置。 发明内容 0004 发明目的 ： 本发明的目的是为了解决现有技术的不足， 提供一种结构设计合理， 可 操作性强， 自动化程度高， 生产效率高、 可节省大量人力物力， 能够实现连续化、 低成本、 节 能的红土镍矿微波低温冶炼装置。 0005 技术方案 ： 为了实现以上目的， 本发明所采取的技术方案为 ： 一种红土镍矿微波。
10、低温冶炼装置， 它包括连续式高温隧道窑体、 架设在连续式高温隧 道窑体之上的微波源及控制部分 ； 所述的连续式高温隧道窑体包括预热段、 微波加热腔、 与 微波加热腔相连的馈能波导组和微波馈能口， 以及安装在微波加热腔尾端的微波泄漏抑制 装置 ； 所述的微波源及控制部分包括微波输出柜及电源控制柜。 0006 所述的微波输出柜的微波能通过微波馈能口从微波加热腔顶部多路输入到微波 加热腔内 ； 这种结构可减少传输损耗， 且充分利用了空间， 结构更加合理。 0007 本发明所述的微波馈能口为五列十排的排布方式， 相邻微波馈能口之间两两垂 直， 采取相邻垂直极化的方式， 互不干扰 ； 该装置包括五十台微。
11、波源， 五十个波导口密集均 布在物料顶部， 最大程度消除各馈口相干度， 实现最佳的耦合及匹配效果， 微波能更加均匀 说 明 书 CN 103469045 A 3 2/5 页 4 分布在微波加热腔内， 加热效果更好 ； 最终达到 3 兆瓦及以上的微波功率输出， 加热效率较 现有技术更高， 非常适合红土镍矿晶粒的还原和聚集。 0008 本发明所述的微波加热腔内设有隔热保温层， 所述的隔热保温层包括最外层的保 温棉， 中间的轻质莫来石和内层的重质刚玉 ； 所述的微波泄漏抑制装置从内至外依次包括 sic 板、 红土砖和保温棉。 0009 本发明所述的微波加热腔采用多馈口顶馈馈能方式， 目的是为了在加热。
12、腔内部获 得更加均匀的微波加热场。 10米腔体顶部排布50个喇叭状的馈能口， 为了获得最大的功率 输出， 馈口排布时要尽可能减弱馈口间的相干性， 本发明通过大量实验筛选微波馈能口的 排布方式， 实验结果表明， 微波馈能口采用相邻各馈口相垂直的设置方式， 从而获得垂直极 化的入射波， 使各馈口耦合度降低， 从而可保证馈口的独立性， 实现了各电源功率的稳定输 入， 并且单个电源停机维护时， 剩余电源可以不受影响， 从而保证整套设备的继续运行， 实 现各电源的即开即停和设备实时功率控制功能， 从而能为红土镍矿晶粒的还原和聚集提供 稳定的加热环境， 产率更高。 0010 本发明所述的微波低温冶炼系统包。
13、括馈能波导、 加热腔、 加热物料， 为了实现微波 系统的高效功率输出， 要保证馈能波导、 加热腔、 加热物料间的最佳匹配， 最大限度的降低 功率传输损耗， 使微波功率尽可能多的进入加热腔被物料吸收， 提高微波冶炼系统的加热 效率。为实现系统最佳匹配， 在设计时使用 CST 微波仿真软件对微波馈能口的形状进行了 大量筛选， 微波馈能口采用喇叭状， 并对喇叭口径、 喇叭高度、 腔体尺寸、 负载高度、 负载位 置等进行了优化设计， 保证微波系统馈能波导口驻波系数小于 1.5， 负载电场分布更加均 匀。 实验证明优化后的喇叭尺寸 （口径400mm200mm， 高度250mm） 、 腔体尺寸 （长宽高 。
14、=10000mm5800mm2880mm） 、 负载高度 （200mm） 、 负载位置 （距离腔体底部 825mm） 匹配最 好， 系统功率传输损耗小于 5%， 反射功率对磁控管无影响， 微波功率发生器工作更加稳定， 从而保证了整个微波低温冶炼系统的可靠运行。 0011 本发明所述的微波加热腔内设有隔热保温层， 所述的隔热保温层包括最外层的保 温棉， 中间的轻质莫来石和内层的重质刚玉 ；（本发明采用耐高温、 透波性好且不吸收微波 的重质刚玉、 轻质莫来石和保温棉） 等复合材料组合成特定的隔热保温层， 具有保温性能 好， 能够稳定维持微波加热腔内的温度。 实际生产过程中， 红土镍矿料进入前段低温。
15、还原反 应隧道窑， 粉煤或天然气作为热源， 将温度升至 1150， 进入恒温区， 在无温降状态下， 进入 微波低温深度还原、 聚集段， 在微波作用下， 迅速升温至 1300， 实现镍铁晶粒在炉渣中的 深度还原与聚集， 因此温度对镍铁晶粒的深度还原和聚集非常重要， 稍有温度的偏差就会 影响镍铁晶的还原和聚集， 从而影响镍铁的回收率， 降低生产效率。 本发明针对微波加热腔 加热的结构特征筛选出既不吸收微波， 又必须让微波能快速通过， 同时还必须防止热量散 失的特殊保温材料， 本发明通过大量实验对比筛选， 实验结果表明， 在微波加热腔内依次增 设最外层的保温棉， 中间的轻质莫来石和内层的重质刚玉可以。
16、起到很好的保温效果， 不吸 收微波能， 能够有效的维持微波加热腔内的温度不变， 提高镍铁晶粒的深度还原和聚集， 提 高镍铁的回收率， 提高生产效率， 取得了很好的技术效果。 0012 本发明所述的微波泄漏抑制装置从内至外依次包括 sic 板、 红土砖和保温棉。sic 板、 红土砖对出料口微波进行反射和吸收， sic 板的具有良好的吸波性以及耐高温特点， 能 够有效抑制大部分微波能量的泄漏， 红土砖具有的一定的吸波性， 能够吸收剩余的微波能 说 明 书 CN 103469045 A 4 3/5 页 5 量， 且红土砖具有良好的隔热性， 有效的阻挡了热量的传递， 微波泄漏抑制装置外层的保温 棉进一。
17、步阻挡了热量的辐射。采用该结构， 能够有效防止微波泄漏， 增加安全性。本发明采 用反射面与强吸收负载组合结构实现微波漏能抑制。在微波加热腔进料口设置 20m 预热段 布满待加热红土镍矿， 20m 待加热红土镍矿作为吸收负载实现对进料口微波漏能抑制， 出料 口5m抑制段除红土镍矿做为吸收负载外， 还设置有sic板和红土砖对出料口微波进行反射 和吸收， 实验结果表明， 该抑制结构可以有效防止微波泄漏， 增加设备安全性。 0013 作为优选方案， 以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 所述的微波加热腔内设 置有推板窑车， 通过推板窑车可以实现红土镍矿料在高温微波冶炼区的物料承载及运输。 0014 作。
18、为优选方案， 以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 所述的微波加热腔内安 装有温度测控装置。本发明在微波行腔内安装有温度测控装置， 可实时在线测量加热腔内 的温度， 根据物料温度调节控制冶炼时间与微波功率， 可保证加热腔内的温度稳定。 0015 有益效果 ： 本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置与现有技术相比具有以下优 点 ： 1、 本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置， 结构设计合理， 可操作性强， 生产效率 高， 可实现连续化、 低成本、 节能的镍铁冶炼生产， 镍铁的回收率高。 0016 2、 本发明在微波腔外顶部安装有优化的多路馈入装置及其馈入方式， 安装有多路 馈入装置的优点是微波输入。
19、具有均匀性好、 微波合成功率高等特点。并且本发明优化出的 微波馈能口的排布方式， 可最大程度消除各馈口相干度， 实现最佳耦合及匹配， 有效降低微 波系统功率损耗， 最终达到 3 兆瓦及以上的微波功率输出， 从而提供稳定的镍铁冶炼温度， 提高生产效率。 0017 3、 本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置， 经过大量实验筛选微波加热腔内隔 热保温层的结构和材料， 根据微波穿透性、 选择加热性的特点， 采用本发明优选的最外层的 保温棉， 中间的轻质莫来石和内部的重质刚玉隔热保温层组合保温隔热结构设计， 即可减 少微波能量在腔体内的损耗， 又能让微波有效进入红土镍矿， 针对性的对镍矿进行加热， 该 。
20、设计具有很好的保温功能， 可以有效维持加热腔内的温度稳定， 为镍铁晶粒的深度还原和 聚集提供很好的保障， 该保温装置设计能提高生产效率， 能克服现有技术温度不恒定的不 足， 取得了很好的技术效果。 0018 4、 本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置， 经过大量实验筛选出微波吸收防泄 漏材料和研究出微波泄漏抑制装置的结构， 实验结果表明采用本发明优选的 sic 板、 红土 砖对出料口微波进行反射和吸收， sic 板的具有良好的吸波性以及耐高温特点， 能够有效抑 制大部分微波能量的泄漏， 红土砖具有的一定的吸波性， 能够吸收剩余的微波能量， 且红土 砖良好的隔热性， 有效的阻挡了热量的传递， 微。
21、波泄漏抑制装置外层的保温棉进一步阻挡 了热量的辐射。因此采用该结构的微波泄漏抑制装置可以有效防止微波泄漏， 增加设备安 全性。 0019 5、 本发明将多个微波行腔组合构成微波组合腔， 从还原到晶粒长大， 从还原到晶 粒聚集区是一个连续过程。在低温还原段处于 1150恒温区， 在无温降条件输送微波低温 冶炼段， 利用微波能使原料快速升温至 1300， 实现晶粒聚集， 最终冶炼温度 1300要比 现有技术的矿热炉 1600低。镍铁回收率高， 更加节能、 可控， 生产成本更低。 说 明 书 CN 103469045 A 5 4/5 页 6 附图说明 0020 图 1 为本发明提供的红土镍矿微波低温。
22、冶炼装置的结构示意图。 0021 图 2 为本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置的结构示意图。 0022 图 3 为本发明提供红土镍矿微波低温冶炼装置中微波源及控制部分的结构示意 图。 0023 图 4 为本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置中隔热保温层的结构示意图。 0024 图 5 为本发明提供红土镍矿微波低温冶炼装置中微波泄漏抑制装置的结构示意 图。 具体实施方式 0025 下面结合附图和具体实施例， 进一步阐明本发明， 应理解这些实施例仅用于说明 本发明而不用于限制本发明的范围， 在阅读了本发明之后， 本领域技术人员对本发明的各 种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 。
23、0026 实施例 1 如图1至图5所示， 一种红土镍矿微波低温冶炼装置， 它包括连续式高温隧道窑体 （1） 、 架设在连续式高温隧道窑体 （1） 之上的微波源及控制部分 （2） ； 所述的连续式高温隧道窑体 （1） 包括预热段 （1-1） 、 微波加热腔 （1-2） 、 与微波加热腔 （1-2） 相连的馈能波导组 （1-3） 和 微波馈能口 （1-4） ， 以及安装在微波加热腔 （1-2） 尾端的微波泄漏抑制装置 （3） ； 所述的微 波源及控制部分 （2） 包括微波输出柜 （2-1） 及电源控制柜。 0027 所述的微波输出柜 （2-1） 的微波能通过微波馈能口 （1-4） 从顶部多路输入到。
24、微波 加热腔 （1-2） 内 ； 所述的微波馈能口 （1-4） 呈喇叭状， 该装置包括五十台微波输出柜 （2-1） ， 五十个微波 馈能口 （1-4） 为五列十排密集均布在物料顶部， 相邻微波馈能口 （1-4） 之间两两垂直排布， 采取相邻垂直极化的方式， 实现最佳耦合及匹配， 最终达到 3 兆瓦的微波功率输出。 0028 所述的微波加热腔 （1-2） 内设有隔热保温层 （4） ， 所述的隔热保温层 （4） 包括最外 层的保温棉 （4-1） ， 中间的轻质莫来石 （4-2） 和内层的重质刚玉 （4-3） ； 所述的微波泄漏抑制装置 （3） 从内至外依次包括 sic 板 （3-1） 、 红土砖 。
25、（3-2） 和保温棉 （3-3） 。 0029 以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 所述的微波加热腔 （1-2） 内设置有推板 窑车 （5） 。 0030 以上述的红土镍矿微波低温冶炼装置， 所述的微波加热腔 （1-2） 内安装有温度测 控装置。 0031 本发明提供的红土镍矿微波低温冶炼装置的实际工作原理为 ： 红土镍矿物料进入 连续式高温隧道窑体， 用粉煤或天然气作为热源， 将温度升至 1150， 进入恒温区， 在无温 降状态下， 进入微波加热腔 （1-2） 低温深度还原、 聚集段， 温度升至 1300， 实现镍铁晶粒 在炉渣中的深度还原与聚集。 同时微波加热腔 （1-2） 内的气体能回。
26、送到前段低温还原区， 实 现余热的循环利用。 实际生产过程中1吨10%NiFe红土矿， 大约消耗1500kg粉煤和1000kwh 电能， Ni 的收得率为 91%， 具有能耗低， 回收率高等优点， 取得了很好的技术效果。 0032 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 说 明 书 CN 103469045 A 6 5/5 页 7 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103469045 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103469045 A 8 2/3 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103469045 A 9 3/3 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103469045 A 10 。