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72000kVA礦熱電爐冶煉鎳鐵生產工藝

文檔作者：師曉輝1 2 文檔來源： 1．太原鋼鐵(集團)有限公司，山西太原030003； 2．中色鎳業(yè)(緬甸)有限公司太原辦事處		點擊數：	更新時間： 2020年12月24日
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總第148期
2014年第2期
山西冶金
SHANXI ME I'ALLURGY
Total 148
No．2，2014
g 酶跡
72 000 kVA礦熱電爐冶煉鎳鐵生產工藝
師曉輝t·：
(1．太原鋼鐵(集團)有限公司， 山西太原030003；
2．中色鎳業(yè)(緬甸)有限公司太原辦事處， 山西太原030008)
摘要：詳細介紹了大型72 000 kVA礦熱電爐冶煉鎳鐵的生產工藝—— 回轉窯一電爐熔煉(RC~F)工藝。該工
藝是處理紅土鎳礦生產鎳鐵的主流工藝，可有選擇地進行脫硫、脫硅、脫碳和脫磷，采用鎳鐵精煉新工藝對粗鎳
鐵金屬液進行噴吹和升溫，得到滿足不銹鋼生產所需的合格鎳鐵原料，具有一定的推廣應用前景。
關鍵詞：鎳鐵紅土鎳礦電爐
中圖分類號：TF803．3；TF815 文獻標識碼：A 文章編號：1672—1152(2014)02—0011-03
鎳作為冶煉不銹鋼的主要合金化元素，可以改
變不銹鋼的組織結構，從而改善不銹鋼的耐腐蝕性、
塑性、韌性及焊接性能。但隨著不銹鋼產量的增大，
鎳供應量日趨緊張，導致鎳的價格持續(xù)上漲，迫切需
要尋求鎳替代 。鎳鐵可以取代鎳，緩解鎳供應的
緊張，降低不銹鋼的生產成 。
地殼中的鎳資源主要為硫化鎳礦和紅土鎳 3]，
其中紅土鎳礦資源占72％，鎳平均品位(鎳的質量分
數)可以達到1．28 4]，主要分布在南、北回歸線一帶。
中國鎳資源總體不足，主要分布在甘肅、云南、新疆、吉
林、四川和湖北等地，除了金川以外，多為小型貧礦。
中國目前發(fā)現的鎳礦資源非常有限，很難滿足
國內不銹錒陜速生產的需要，因此研究利用國外資
源十分必要。中國有色集團和太原鋼鐵集團有限公
司在海外共同投資的年產8．5萬t緬甸達貢山鎳礦
項目，是目前國內企業(yè)在海外開發(fā)的最大紅土鎳礦
工程 。
紅土鎳礦生產鎳鐵的方法有濕法冶金和火法冶
金，但工藝比較成熟的規(guī)?；a仍以火法冶金為
主[ ～。主要的鎳鐵生產工藝為高爐冶煉和電爐冶
煉，但高爐冶煉污染嚴重、能耗較耐 ，國家已于
2007年明令禁止高爐生產低品位鎳鐵。而回轉窯一
電爐工藝(RKEF法)由于工藝簡單、生產率高、質量
優(yōu)良等優(yōu)點逐漸取代了傳統(tǒng)的鎳鐵生產工 9,10]，成
為目前生產鎳鐵的主要方 “]。
收稿日期：2014-02-15
作者簡介：師曉輝(1975一)，男，太原鋼鐵(集團)有限公司派
遣中色鎳業(yè)(緬甸)有限公司，從事鎳鐵生產，助理工程師。
Emafl：470818290@qq．com
以下 勝產 嗽蝴山紅土鎳礦72 000 kVA
礦熱電爐冶煉鎳鐵的生產工藝進行的詳細探討。
1 冶煉原料及要求
回轉窯一電爐(RKEF)工藝對紅土鎳礦的要求
有三點：一是w(Ni)>1．5％；二是m(Fe)／m(Ni)要在
6～1O之間，如果此值過大，則難以控制回轉窯中鐵
氧化物的還原度，造成鎳鐵的含鎳量降低；三是
m (MgO)／m(SiO )要在0．55～0．65之間，有利于低熔
點爐渣的生成。
中色鎳業(yè)(緬甸)有限公司所用的紅土鎳礦屬于
硅鎂型鎳礦，含鎳品位較高，同時含有較高的鎂和
硅。礦石平均成分中m(Fe)／m(Ni)=7．04，m(SiO )／
m (MgO)=2．24，主要成分見表1。
表1 紅土鎳礦主要成分含量
l (Ni)／％ Fe)，％ w(si02)／％ w(MgO)／％ w(Al203)／％ m(SiO2)／m(MgO)
『1．99 14．0 41．4 18．5 2．27 2．24
煤作為燃料和還原劑用，其中用于干燥窯和回
轉窯的煤需要制成煤粉，而且要求煤的含硫量低。煤
成分見表2。
表2 煤成分工業(yè)分析 ％
l水分質量 灰1 數 分數質 量 揮發(fā)分分數質 量 固量定分碳數質 總分硫數質 量
I 11．5 18．O 26-3 44．2 0．49
2 生產工藝
該公司采用回轉窯一電爐熔煉(RKEF)工藝生
產鎳鐵，并采用噴吹法進行精煉。該工藝屬于火法冶
煉，是目前處理紅土鎳礦生產鎳鐵的主要工藝流程，
技術可靠、工藝成熟。具體的鎳鐵生產工藝流程如圖
山西冶金
E-maihsxyjbjb@126．corn
第37卷
1所示。
該工藝主要包括以下幾個工序：回轉窯干燥和
焙燒還原、礦熱電爐熔煉、噴吹精煉和粒化包裝。在
熔煉前首先將紅土鎳礦原料和煤粉加入回轉窯進行
脫水干燥和預還原，干燥和預還原分別在兩架回轉
窯中進行，通過干燥可以去除原礦中的大量附著水
和結晶水，預還原過程中除了進一步脫除結晶水外，
可以在高溫下將部分鎳、鐵氧化物進行預還原，一般
將爐料出窯溫度控制在650—900℃。高溫的預還原
爐料直接通過高位料倉被加入礦熱電爐進行冶煉得
到粗制鎳鐵采用噴吹法進一步進行精煉，去除多余
的雜質，控制成分和溫度，?；蟮玫骄奇囪F。
干燥窯干燥
壁
圖1 鎳鐵生產工藝流程圖
2．1 原料干燥
紅土鎳礦中水分(包括吸附水和結晶水)含量
(水的質量分數)較高，可達到30％～35％，直接將原
礦加入礦熱爐中進行冶煉，不僅能量消耗大，而且會
導致爐內出現塌料，造成爆炸事故，影響生產順行。
首先對原礦進行干燥，脫除部分自由水，這樣可
以減輕焙燒還原任務，提高焙燒的還原效率。本廠采
用兩臺q)5．0 m×40 m的回轉窯干燥，用煤粉作燃
料，可以將爐料中的含水量(水的質量分數)干燥至
20％ ～22％ 。
2．2 焙燒還原
焙燒還原采用兩臺 5．5 ITI X 115 m回轉窯，將
干燥后的爐料和還原煤粉通過膠帶運輸機加入回轉
窯中，該公司收集回收的煙塵通過制粒也可以同時
加人。為了提高焙燒過程中的還原效率和燃燒效率，
該公司采用中間加煤系統(tǒng)技術，直接將還原煤粉加
入到回轉窯的高溫區(qū)。通過在回轉窯中進行選擇性
的焙燒預還原，使鎳、鐵氧化物得到部分還原，可大
大降低礦熱電爐中的冶煉任務，提高了電爐的生產
率。產出的高溫(775℃)焙砂通過高位料倉直接加
入礦熱電爐，可以提供熱量，降低冶煉能耗。
焙燒還原溫度一般控制在780—830℃之間，在
還原性氣氛的回轉窯中可將鎳、鐵等氧化物還原成
金屬或低價氧化物[12】。爐內的主要化學反應有：
C+C02=2C0，NiO+CO=Ni+CO2，NiO+C=Ni+CO。
2．3 電爐熔煉
采用兩臺72 000 kVA長方形交流礦熱電爐進
行遮弧熔煉，六根直徑為1 400 mill的自焙電極直線
型排列，渣線面積達到288 m2，大大提高了礦熱電爐
的冶煉強度和熱利用效率，提高了生產率，降低了噸
鐵電耗。該電爐是中國恩菲工程技術有限公司目前
設計的功率最大、爐體尺寸最大、電極直徑最大的電
爐。其中一臺已于2012年8月13 13點火，同年l0
月3 13成功放出鎳鐵，另一臺也于2013年6月點火
開爐 。
電爐主要操作參數見表3。電爐操作采用高電
壓、低電流模式，側墻渣線部分采用銅水套冷卻，以
提高電爐壽命。
表3 電爐主要操作參數
I電爐功匕次電 電極 流密度 電極 熔池 渣線I電極消耗
，MwI壓，v 電流／l【A ／(A·cm ) 電阻／mn 電阻／mn 面積／m2y(TrIg·W- ·h ：
I 72 I 55o 33．4 2．2 3O 15 288 I 5
紅土鎳礦中除了有價元素鎳、鐵的氧化物之外，
還有MgO、SiO：、CaO、CoO、A1203、Cr203等多種氧化
，各種氧化物在電爐中的還原順序及還原量可
通過操作予以控制。在1 300～1 400 cC的熔煉溫度
條件下，根據幾種主要氧化物與氧結合能力的大小，
通過選擇性還原可使紅土鎳礦中的鎳氧化物優(yōu)先還
原。通過控制爐內還原劑焦粉的加入量，可使鐵的氧
化物部分還原為金屬，未完全還原的FeO與脈石進
人爐渣，以調整爐渣的流動性。
焙燒預還原后的高溫焙砂在電爐內熔化反應后
形成金屬液和爐渣，金屬液中含有硫磷等雜質，為粗
制鎳鐵，不能直接用作不銹鋼的原料，需要后續(xù)進一
步精煉。粗鎳鐵直接放人鐵水包，出鐵溫度為1 460 oC。
爐渣通過排渣孑L定期排出，通過溜槽流人因巴渣處
理系統(tǒng)，經水淬后運往渣場，放渣溫度為1 560℃。
2014年第2期 師曉輝：72 000 kVA礦熱電爐冶煉鎳鐵生產工藝
49 73．48 0．01 0．23 0．07 0．02 0．03 0．26
I質量分數l } l f I l I I I l
I精煉鎳鐵l中各成分 I25． I} l I I I l I I I
l o-加l l I l I I I
質量分數I I I l I I I I l l
電流模式，側墻渣線部分采用銅水套冷卻，提高電爐
壽命。為了得到滿足不銹鋼生產所需的合格鎳鐵原
料，有選擇地進行脫硫、脫硅、脫碳和脫磷，采用鎳鐵
精煉新工藝對粗鎳鐵金屬液進行噴吹和升溫。
參考文獻
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(編輯：胡玉香)
Production Process of Ferronickel Smelting by 72 000 kVA Electric Furnace
Shi Xiaohui
(1．Taiyuan Iron＆Steel(Group)Co．，Ltd．，Taiyuan Shanxi 030003；
2．Taiyuan Ofice，CNMC Nickel(Burma)Co．，Ltd．，Taiyuan Shanxi 030008)
Abstract：Treatment of nickeliferous laterite by ro tary kiln electric furnace method (RKEn is the mainstream
technology of ferronickel production in the wodd．In this paper,the production process of ferronickel smelting is
investigated in detail by 72 000 kVA electric fumace．To obtain qualified nickel raw materials needed for production of
stainless steel，desulfurization，deearbonization，dephosphorizafion，and desilication ale carried out，using nickel
refining new process of crude iron nickel metal liquid blowing and heating．It will have a good application prospect．
Key words：ferroniekel，nickel laterite，electric fumace

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