本發明涉及新型煉鐵設備技術領域，尤其是一種利用電加熱回轉窯還原紅土鎳礦的裝置及方法。
背景技術：
由于天然氣資源較少，且優先用于石油化工和民用，故氣基直接還原技術在我國受到限制。然而我國煤炭資源非常豐富，該資源條件使煤基直接還原技術在我國得到快速發展，煤基直接還原技術中回轉窯直接還原技術是最為主要的工藝技術。
目前，國內外越來越多的專家學者對紅土鎳礦的高效利用進行了研究，處理工藝主要有濕法工藝和火法工藝兩種，濕法工藝有高壓酸浸法、氨浸法、常壓酸浸法；火法工藝有回轉窯-電爐熔煉工藝、高爐冶煉工藝、鼓風爐冶煉工藝等。目前，火法冶煉鎳鐵主要采用回轉窯-電爐(RKEF)冶煉工藝，此工藝流程技術可靠、工藝成熟。紅土鎳礦經干燥破碎后與煤粉按照一定C/O比例混合，在高溫(950～1200℃)條件下與鐵、鎳、鈷氧化物與碳發生還原反應生成含有金屬鐵、金屬鎳和金屬鈷的金屬化物料。在高溫下，如空氣進入將導致還原過后的金屬化物料產生二次氧化，同時造成煤粉的燃燒，導致鐵、鎳、鈷氧化物還原所需的還原劑的缺損，造成還原劑和能源的浪費，還原過后金屬化物料的金屬化率偏低，因此急需對回轉窯窯頭及窯尾進行密封，防止空氣進入窯內。
根據查閱相關文獻和專利，目前國內外回轉窯一般以電加熱居多，一般采用敞口式，未對回轉窯窯頭窯尾進行密封，或采取堵住窯頭端口等簡單密封。采用此類回轉窯開展回轉窯煤基直接還原因空氣流通在回轉窯高溫條件下空氣中氧氣：1、與還原劑法發生氧化反應造成金屬氧化物所需還原劑用量偏大；2、與還原后的金屬物與空氣中氧氣發生二次氧化造成金屬化率偏低。這與實際生產中工業回轉窯窯內環境差異巨大，所需還原劑用量、產品金屬化率將不具備對比性，最終導致試驗結果對實際指導意義不大。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用電加熱回轉窯還原紅土鎳礦的裝置，提高回轉窯密封性，從而提高回轉窯還原過后的金屬化物料的品質。
本發明公開的利用電加熱回轉窯還原紅土鎳礦的裝置，包括回轉窯筒體、窯尾充氮接料機構和窯頭密封機構；
所述窯尾充氮接料機構包括充氮管、密封罐以及接料桶，所述接料桶設置于密封罐內，所述回轉窯筒體的尾部伸入密封罐內并延伸至接料桶上方，所述充氮管穿過密封罐從回轉窯筒體的尾部伸入回轉窯筒體內；
所述窯頭密封機構包括喂料斗、縮徑管、密封組件以及密封外殼，所述縮徑管的粗端與回轉窯筒體的頭部相連接，所述縮徑管的細端延伸入密封外殼內，所述密封組件設置于縮徑管與密封外殼之間，所述喂料斗底部穿過密封外殼伸入縮徑管的細端端口。
優選地，所述充氮管上設置有流量調節器。
優選地，所述縮徑管與密封外殼之間設置有軸承，所述軸承與密封組件并列布置，并且軸承位于與密封組件的外側。
優選地，所述密封組件采用石墨材質的迷宮式摩擦體組合件。
優選地，所述迷宮式摩擦體組合件包括3～5組摩擦體，摩擦體與縮徑管、密封外殼間徑向間隙2～5mm，摩擦體之間橫向間隙5～20mm。
優選地，所述密封罐與回轉窯筒體之間的間隙采用高溫石棉填充。
優選地，所述縮徑管的細端端口設置有圓環形擋板。
優選地，所述喂料斗的下方直管段設置插板閥。
優選地，所述密封罐與回轉窯筒體的交接部以及密封外殼與縮徑管的交接部均與回轉窯筒體處于同一軸線上。
本發明還提供了一種利用電加熱回轉窯還原紅土鎳礦的方法，其采用上述利用電加熱回轉窯還原紅土鎳礦的裝置，
方法步驟如下：啟動回轉窯，設定溫度為950～1100℃，轉速3～4r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1～1.15加入回轉窯筒體內，在充氮流量1～8L/min的條件下進行還原反應。
本發明的有益效果：本發明針對利用回轉窯還原紅土鎳礦在還原過程中因密封性差導致空氣進入窯內導致金屬化物料二次氧化和焦炭燃燒的問題，提出了采用窯頭密封、窯尾充氮的措施，有效的杜絕了因密封性差導致空氣進入窯內導致金屬化物料二次氧化和焦炭燃燒的問題，提高了紅土鎳礦還原過后金屬化物料的品質，為回轉窯還原紅土鎳礦提供了有力的設備保障。
附圖說明
圖1是本發明的示意圖；
附圖標記：充氮管1，流量調節器2，密封罐3，接料桶4，回轉窯筒體5，縮徑管6，軸承7，密封組件8，喂料斗9，插板閥10，密封外殼11。
具體實施方式
下面對本發明進一步說明。
本發明公開的利用電加熱回轉窯還原紅土鎳礦的裝置，包括回轉窯筒體5、窯尾充氮接料機構和窯頭密封機構；
所述窯尾充氮接料機構包括充氮管1、密封罐3以及接料桶4，所述接料桶4設置于密封罐3內，所述回轉窯筒體5的尾部伸入密封罐3內并延伸至接料桶4上方，以保證金屬化物料順利裝入接料桶4內，所述充氮管1穿過密封罐3從回轉窯筒體5的尾部伸入回轉窯筒體5內，可以在密封罐3上開孔以便于充氮管1的設置，為方便調節充氮流量，所述充氮管1上設置有流量調節器2；
所述窯頭密封機構包括喂料斗9、縮徑管6、密封組件8以及密封外殼11，所述縮徑管6的粗端與回轉窯筒體5的頭部相連接，可采用縮徑管6套入回轉窯筒體5或者回轉窯筒體5套入縮徑管6等連接方式，就轉窯筒體套入縮徑管6的連接方式而言，縮徑管6的粗端較回轉窯筒體5的外徑大4～8mm，可采用螺栓頂進的結構形式將縮徑管6固定在回轉窯筒體5上，所述縮徑管6的細端延伸入密封外殼11內，所述密封組件8設置于縮徑管6與密封外殼11之間，以防止空氣進入密封殼體，所述喂料斗9底部穿過密封外殼11伸入縮徑管6的細端端口，使物料可以由縮徑管6口進入回轉窯筒體5內。
為減少縮徑管6與密封外殼11內壁間的摩擦，同時減少密封組件8自身磨損，所述縮徑管6與密封外殼11之間設置有軸承7，所述軸承7與密封組件8并列布置，所述軸承7位于密封組件8的外側，防止密封外殼11高溫氣體對于軸承7的損害，延長軸承7使用壽命。由于密封組件8處于高溫環境下，宜采用耐高溫、耐腐蝕的密封材料，因此所述密封組件8優選采用石墨材質的迷宮式摩擦體組合件，迷宮式摩擦體組合件包括3～5組摩擦體，摩擦體與縮徑管6、密封外殼11間徑向間隙2～5mm，摩擦體之間橫向間隙5～20mm。此外，為進一步提高窯頭密封機構的密封性，所述喂料斗9的下方直管段設置插板閥10，以防煙氣由此處逸出，亦可防止空氣由此進入回轉窯窯內。而為了同時提高窯尾充氮接料機構的密閉性，所述密封罐3與回轉窯筒體5之間的間隙采用高溫石棉填充，盡可能減少空氣由此進入窯內。
為保證加入的紅土鎳礦煤粉混合料不漏料，所述縮徑管6的細端端口設置有圓環形擋板。圓環形擋板通常高10～50mm。在裝置運行時，密封罐3與密封外殼11是固定不動的，而縮徑管6與回轉窯筒體5同軸并隨之一起轉動，為減小摩擦，并保證物料的流動，所述密封罐3與回轉窯筒體5的交接部以及密封外殼11與縮徑管6的交接部均與回轉窯筒體5處于同一軸線上。窯尾充氮接料機構和窯頭密封機構通常需要設置支撐件才能使其與回轉窯筒體5達到同一高度，窯尾充氮接料機構和窯頭密封機構的支撐件可以分別獨立設置，也可以固定在回轉窯窯體支撐件上。
以下為采用上述裝置進行還原紅土鎳礦還原的實施例
實施例1
回轉窯內徑80mm、長度1.75m，回轉窯傾角為3.5％，根據本專利對回轉窯進行改進前，進行紅土鎳礦還原試驗：
啟動回轉窯，設定溫度為1100℃，轉速3r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.14加入回轉窯筒體5內，還原產物鐵金屬化率為63％。
通過以下方式實施本專利：窯頭密封機構中縮徑管6粗端內徑90mm，細端內徑70mm，細端端口擋板高14mm；軸承7采用推力角接觸球軸承7(70TAC20X+L)；迷宮式摩擦體：3組體，徑向間隙3mm，橫向間隙6mm，摩擦體材料為石墨；啟動回轉窯，同樣設定溫度為1100℃，轉速3r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.14加入回轉窯筒體5內，在充氮流量3L/min的條件下進行還原反應，還原產物鐵金屬化率為91％。
實施例2
在其他條件不變的情況下，將實施例1中的充氮流量調整為1L/min，還原產物鐵金屬化率為92.5％。
實施例3
回轉窯內徑100mm、長度1.8m，回轉窯傾角為4.0％，根據本專利對回轉窯進行改進前，進行紅土鎳礦還原試驗：
啟動回轉窯，設定溫度為1100℃，轉速4r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.03加入回轉窯筒體5內，還原產物鐵金屬化率為55％。
通過以下方式實施本專利：窯頭密封機構中縮徑管6粗端內徑112mm，細端內徑80mm，細端端口擋板高35mm；軸承7采用推力角接觸球軸承7(80TAC20X+L)；迷宮式摩擦體：4組體，徑向間隙5mm，橫向間隙8mm，摩擦體材料為石墨；啟動回轉窯，同樣設定溫度為1100℃，轉速4r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.03加入回轉窯筒體5內，在充氮流量4L/min的條件下進行還原反應，紅土鎳礦經回轉窯直接還原后鐵金屬化率為82％。
實施例4
在其他條件不變的情況下，將實施例3中的充氮流量調整為8L/min，還原產物鐵金屬化率為79.6％。