物料在鎳鐵回轉窯中的化學反應過程包括干燥、加熱、焙燒，而物料所產生的變化為：（1）去除紅土鎳礦中結晶水及游離水；（2）將鎳礦中鎳和鐵等金屬還原。此過程中的還原劑主要應用的是無煙煤，金屬還原過程中會產生的化學反應主要為：
C+CO2=2CO；
NiO+C=Ni+CO；
NiO+CO=Ni+CO2；
FeO+CO=Fe+CO2；
鎳鐵回轉窯煅燒之所以添加無煙煤，是因為其會與二氧化碳產生化學變化，吸收熱而生成一氧化碳，然后參加間接還原變化。當對紅土鎳礦摻入一定量無煙煤，并將其充分混合時，是可以有效增加其接觸面積的，同時還可以促進窯爐內化學反應的發生。另外，由于紅土鎳礦內含有脈石及灰分等不可熔化物質，結合鎳鐵回轉窯后部電爐工藝內的流動性爐渣，我們可以通過石灰石的加入來對電爐爐渣流動性進行改善。
鎳鐵回轉窯中的化學反應，要想充分確保物料焙燒品質，我們需要做到穩定控制燒成帶、窯尾溫度及尾氣的含氧量。燒成帶作為鎳鐵回轉窯溫度較高部分，物料在此完成燒結，此過程通常被認為是窯爐內火焰所占據的那段長度。燒成帶溫度的恰當控制，對物料焙燒品質及窯爐的安全運行有著直接聯系。實際操作中因燒成帶溫度較難測量，根據現場情況，可對窯頭進行比色高溫計安裝，以測得的焙燒渣溫度來替代燒成帶溫度，同時要求窯爐焙燒渣溫度維持在900-950℃。窯尾溫度是鎳鐵回轉窯熱工特性的參考標準，要想維持窯尾溫度及熱管制度的合理性及穩定，需要保證烘干及燒結程度，特別是其窯尾溫度的控制，一般為500-600℃較恰當。當鎳鐵回轉窯尾氣中氧含量較多時，一部分會與氨氧化物發生反應，對環境造成污染；另一部分會令鎳鐵氧化，影響焙燒品質。如果窯尾處氧含量過少時，燃料燃燒不完全會造成燃料的浪費，因此需要有一個恰當值，經分析可知合適的尾氣氧化量在0-0.57%。
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