紅土鎳礦采用高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵合金的技術(shù)實踐

摘要：文章通過對傳統(tǒng)的RKEF工藝技術(shù)進行考察、學習、研究和總結(jié)，經(jīng)技術(shù)攻關(guān)形成了四川省冶金設(shè)計研究院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝，通過優(yōu)化設(shè)計，提高焙砂入爐溫度，降低冶煉電耗，充分利用能源，減少能耗并減少環(huán)境污染，項目投產(chǎn)實踐證明，新型RKEF工藝是成功的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：新型RKEF工藝；高溫干燥；回轉(zhuǎn)窯高架；直接入爐；節(jié)能降源

中圖分類號：TF815 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）30-0073-03

1 概述

鎳作為一種貴金屬，具有抗腐蝕、耐氧化、機械強度高、延展性好等特點，是不銹鋼生產(chǎn)中重要的添加劑，尤其是300系不銹鋼不可缺少的重要原料。近年來不銹鋼領(lǐng)域的高速發(fā)展，帶動了鎳鐵生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，很多國家尤其是中國都積極加大對紅土鎳礦的開發(fā)利用。但中國的鎳資源總體不足，除金川以外，多為小型貧礦，品位比較低，目前國內(nèi)所需紅土鎳礦大部分來自東南亞國家，特別是印度尼西亞的紅土鎳礦。因此國家在2011年第9號《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄（2011年本）》中明確將“高效利用紅土鎳礦煉精制鎳合金的回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）工藝技術(shù)”列為鼓勵類工藝。國家發(fā)改委2011年4月還正式將鎳合金和紅土鎳礦等戰(zhàn)略資源性產(chǎn)品、原材料納入《鼓勵進口技術(shù)和產(chǎn)品目錄》（2011年版）中。

2 紅土鎳礦火法生產(chǎn)鎳鐵合金技術(shù)

由于硅鎂質(zhì)型紅土鎳礦中鎂含量高，浸出過程酸耗大，因此這種礦不適合用濕法冶煉，目前較多采用火法工藝處理。常用的紅土鎳礦火法處理工藝有：（1）燒結(jié)-鼓風爐硫化熔煉法（工藝內(nèi)容略）；（2）燒結(jié)-高爐還原熔煉法（工藝內(nèi)容略）；（3）燒結(jié)-電爐還原熔煉法（工藝內(nèi)容略）；（4）回轉(zhuǎn)窯干燥預還原—電爐還原熔煉法（RKEF工藝）。

RKEF工藝是處理紅土鎳礦的經(jīng)典工藝，具有工藝適應性強、鎳回收率高等特點。

傳統(tǒng)的RKEF工藝在處理紅土鎳礦過程中，將含水30%～40%的紅土鎳礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯在800℃干燥脫水和預還原處理后，再送入電爐，在約1550℃～1600℃的高溫下還原熔煉產(chǎn)出鎳鐵。傳統(tǒng)RKEF工藝中，干燥窯、回轉(zhuǎn)窯布置分散，高溫焙砂入爐流程如下：回轉(zhuǎn)窯→保溫料罐→行車（提升至電爐上方，需精確定位）→高位料倉→電爐，高溫焙砂需用專用設(shè)備經(jīng)過兩次倒運，這一過程將產(chǎn)生大量粉塵并伴有一定降溫；同時，干燥窯布置較遠，煙氣管道太長，溫降大、積灰嚴重，不利于電爐高溫煙氣（700℃）的充分回收利用。

該工藝適宜于處理鎳含量>1.6%礦石，且要求當?shù)匾谐渑娴碾娏蛉剂瞎?/p>

3 我院設(shè)計的原則

通過對傳統(tǒng)的RKEF工藝技術(shù)進行考察、學習、研究和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)各廠家在RKEF工藝的配置上差異較大、各有特點（如電爐爐型、上料方式、煙氣熱能利用等），存在著工程投資大、熱能利用不完善、焙砂轉(zhuǎn)運設(shè)備多、工序復雜、煙氣輸送易堵管道等問題，鑒于此，我院與業(yè)主方進行技術(shù)攻關(guān)，形成了我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝，通過優(yōu)化設(shè)計，提高焙砂入爐溫度，降低冶煉電耗，充分利用能源，減少能耗并減少環(huán)境污染。我們設(shè)計的原則：（1）廠址盡量選擇在交通便利的沿海地區(qū)，靠近碼頭以節(jié)約原料運輸成本；（2）優(yōu)化工廠布局，簡化工藝流程，減少工廠占地，達到節(jié)省投資的目的；（3）在現(xiàn)有RKEF工藝基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計，以原料直接熱裝提高入爐溫度，達到降低冶煉電耗的目的；（4）充分利用能源，實現(xiàn)能源的回收利用，達到節(jié)能降耗的目的；（5）采用成熟可靠的環(huán)保技術(shù)，達到環(huán)保要求。

4 采用的技術(shù)方案

根據(jù)我院的設(shè)計原則，結(jié)合業(yè)主方的實際情況，我們在本工程設(shè)計中遵循建廠原則并采用了我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝技術(shù)方案，項目包括2臺Φ3.6m×40m的干燥回轉(zhuǎn)窯、2臺Φ4.5m×110m回轉(zhuǎn)窯及2臺30MVA電爐以及相應配套的總圖規(guī)劃、原料系統(tǒng)（含轉(zhuǎn)運站、配料站、原料庫、皮帶機等）、供配電系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、通風除塵系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、機修、檢化驗、環(huán)保設(shè)施、消防安全設(shè)施等構(gòu)成。

4.1 廠址選擇及總圖布置

由于進口紅土鎳礦鎳品位低、水分大，遠距離運輸費用成本高，項目廠址選在交通便利的沿海地區(qū)。

4.2 紅土鎳礦貯存

紅土鎳礦由碼頭卸料后通過棧橋運入廠區(qū)原料堆場堆存，其余燃料及輔助材料通過汽車進廠入干燥原料棚或相關(guān)庫房貯存。由于采用進口紅土鎳礦，因此需要較大的原料堆場。

4.3 冶煉工藝

4.3.1 RKEF工藝流程：

干燥：紅土礦一般含有30%～40%的水分，采用回轉(zhuǎn)干燥窯，主要脫出礦石中的部分自由水。

焙燒—預還原：采用回轉(zhuǎn)窯選擇性還原部分鎳和鐵。礦石被焙燒脫水和預還原后在保溫狀態(tài)入爐。

電爐熔煉：還原金屬鎳和部分鐵，將渣和鎳鐵分開，生產(chǎn)鎳鐵合金。

4.3.2 工藝簡述：

電爐熔煉采用全密閉圓形電爐熔煉焙砂。

電爐需要的焙砂由焙燒回轉(zhuǎn)窯直接熱裝入焙砂保溫倉，焙砂保溫倉布置在電爐上方，再通過加料管加入電爐。加料倉設(shè)有蓋板，防止熱損失和煙塵泄露。電爐采用交流電爐熔煉，操作采用高電壓、低電流模式。焙砂在電爐內(nèi)熔化后分成渣和金屬兩相，焙砂中殘留的碳將鎳和部分鐵還原成金屬，形成含鎳10%以上的鎳鐵合金。還原過程產(chǎn)生大量的電爐高溫煙氣，經(jīng)煙道輸送供回轉(zhuǎn)式干燥窯干燥紅土礦用，以節(jié)約部分煤粉。每座電爐設(shè)兩個出鐵口，熔融金屬通過出鐵口定期出鐵，鎳鐵水由鐵包車運到鑄錠機澆鑄。爐渣采用水淬渣處理。

4.4 優(yōu)化工藝設(shè)計

（1）回轉(zhuǎn)窯采用高架形式，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，減少了工廠占地面積；（2）焙砂通過爐頂保溫料倉直接熱裝入爐冶煉，提高原料入爐溫度，減少了熱能損失。endprint

4.5 煙氣回收利用方案

綜合回收利用電爐高溫煙氣，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，就近布置在電爐旁，帶來以下優(yōu)勢：（1）電爐高溫煙氣完全可以滿足干燥窯干燥紅土礦熱量的需求，年節(jié)約標煤約2.3萬噸；（2）縮短了煙氣輸送距離，降低建設(shè)費用且解決了煙道積灰的問題；（3）電爐煙氣中粗顆粒直接進入干燥窯，在干燥紅土鎳礦過程中，部分沉降，降低煙塵含量，有效節(jié)約環(huán)保投資。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

本工程所有生產(chǎn)過程各種儀表檢測參數(shù)、電氣設(shè)備的運行狀態(tài)及工藝過程控制功能主要由PLC、DCS自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)包括干燥及煙氣收塵、煙塵制粒及配料系統(tǒng)、還原焙燒及煙氣收塵、電爐冶煉、煤粉制備、高壓開關(guān)站等。

4.7 環(huán)保治理

煙塵治理：全廠大氣污染主要來自電爐冶煉煙塵和原料轉(zhuǎn)運、配料、烘干產(chǎn)生的粉塵。電爐及干燥窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；原料配料除塵系統(tǒng)采用布袋除塵。除塵效率99.0%，除塵器出口煙氣含塵濃度可小于50mg/Nm3，達到環(huán)保要求。除塵系統(tǒng)收下的粉塵通過氣體輸送泵輸送到煙塵制粒廠房的粉塵倉里，經(jīng)制粒造球后作冶煉原料回用。

脫硫：采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵，煙氣所含SO2主要為燃料煤和還原煤帶入。選用技術(shù)成熟、應用普遍的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，達到國家環(huán)保要求的排放標準。

爐渣處理：爐渣經(jīng)過水淬處理后可以作為建筑材料的原料，實現(xiàn)爐渣無害化利用。

水處理：設(shè)備間接冷卻用水在使用過程中僅溫度升高，水質(zhì)未受到污染，建凈循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。沖渣及鑄錠用水含少量SS、泥沙，建濁循環(huán)系統(tǒng)，廢水經(jīng)沉淀處理后回用，無外排水。

5 投產(chǎn)后的效益和技術(shù)指標

5.1 具有效益

投產(chǎn)后可以達到以下效益：（1）以原料直接熱裝方式提高入爐溫度，能夠降低冶煉電耗，節(jié)省能源；（2）將干燥及焙燒—預還原產(chǎn)生的煙塵進行進一步除塵，并將除塵后產(chǎn)生的顆粒重新輸送配料，能夠減少資源浪費，充分實現(xiàn)資源的回收利用，達到減少能耗的目的，同時，將要排入大氣的剩余煙塵進行脫硫處理，能夠減少環(huán)境污染；（3）采用高架形式回轉(zhuǎn)窯，將干燥窯置于回轉(zhuǎn)窯下方，能夠減少工廠的占地面積，從而降低工程投資。

5.2 技術(shù)指標

投產(chǎn)后技術(shù)指標：（1）建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)10萬t鎳鐵合金冶煉生產(chǎn)線；（2）建設(shè)投資：3.5億元RMB（不含地基處理）；（3）占地面積：500畝，其中原料場占地260畝；（4）紅土鎳礦指標：主要由印度尼西亞進口，礦石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生產(chǎn)指標：鎳鐵含Ni：10%；30000kVA電爐產(chǎn)量：170t/d·臺；平均冶煉電耗：490～520kWh/t焙砂。

6 結(jié)語

通過我院的設(shè)計實踐，我們認為采用我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝（我院專利），高溫煙氣干燥原料、回轉(zhuǎn)窯高架，高溫料直接入爐、密閉圓形電爐冶煉是切實可行的新型RKEF工藝技術(shù)路線，達到了節(jié)能降耗、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本的目的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

在生產(chǎn)實踐中，我們認為在以下五個方面還需要進一步研究和探討：（1）加強在爐型、電爐參數(shù)等方面研究，實現(xiàn)工藝節(jié)能；（2）在爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計及耐火材料選擇上加強研究，延長爐窯使用壽命；（3）開展火法工藝過程中產(chǎn)生的低溫煙氣余熱利用研究；（4）加強廢渣、煙塵處理的研究，提高資源綜合利用水平；（5）將紅土鎳礦冶煉工藝與不銹鋼生產(chǎn)工藝有機結(jié)合起來，利用電爐生產(chǎn)的鎳鐵水直接熱裝生產(chǎn)不銹鋼。

作者簡介：費西（1962-），男，陜西西安人，供職于四川省冶金設(shè)計研究院，研究方向：鋼鐵冶金。endprint

4.5 煙氣回收利用方案

綜合回收利用電爐高溫煙氣，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，就近布置在電爐旁，帶來以下優(yōu)勢：（1）電爐高溫煙氣完全可以滿足干燥窯干燥紅土礦熱量的需求，年節(jié)約標煤約2.3萬噸；（2）縮短了煙氣輸送距離，降低建設(shè)費用且解決了煙道積灰的問題；（3）電爐煙氣中粗顆粒直接進入干燥窯，在干燥紅土鎳礦過程中，部分沉降，降低煙塵含量，有效節(jié)約環(huán)保投資。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

本工程所有生產(chǎn)過程各種儀表檢測參數(shù)、電氣設(shè)備的運行狀態(tài)及工藝過程控制功能主要由PLC、DCS自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)包括干燥及煙氣收塵、煙塵制粒及配料系統(tǒng)、還原焙燒及煙氣收塵、電爐冶煉、煤粉制備、高壓開關(guān)站等。

4.7 環(huán)保治理

煙塵治理：全廠大氣污染主要來自電爐冶煉煙塵和原料轉(zhuǎn)運、配料、烘干產(chǎn)生的粉塵。電爐及干燥窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；原料配料除塵系統(tǒng)采用布袋除塵。除塵效率99.0%，除塵器出口煙氣含塵濃度可小于50mg/Nm3，達到環(huán)保要求。除塵系統(tǒng)收下的粉塵通過氣體輸送泵輸送到煙塵制粒廠房的粉塵倉里，經(jīng)制粒造球后作冶煉原料回用。

脫硫：采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵，煙氣所含SO2主要為燃料煤和還原煤帶入。選用技術(shù)成熟、應用普遍的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，達到國家環(huán)保要求的排放標準。

爐渣處理：爐渣經(jīng)過水淬處理后可以作為建筑材料的原料，實現(xiàn)爐渣無害化利用。

水處理：設(shè)備間接冷卻用水在使用過程中僅溫度升高，水質(zhì)未受到污染，建凈循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。沖渣及鑄錠用水含少量SS、泥沙，建濁循環(huán)系統(tǒng)，廢水經(jīng)沉淀處理后回用，無外排水。

5 投產(chǎn)后的效益和技術(shù)指標

5.1 具有效益

投產(chǎn)后可以達到以下效益：（1）以原料直接熱裝方式提高入爐溫度，能夠降低冶煉電耗，節(jié)省能源；（2）將干燥及焙燒—預還原產(chǎn)生的煙塵進行進一步除塵，并將除塵后產(chǎn)生的顆粒重新輸送配料，能夠減少資源浪費，充分實現(xiàn)資源的回收利用，達到減少能耗的目的，同時，將要排入大氣的剩余煙塵進行脫硫處理，能夠減少環(huán)境污染；（3）采用高架形式回轉(zhuǎn)窯，將干燥窯置于回轉(zhuǎn)窯下方，能夠減少工廠的占地面積，從而降低工程投資。

5.2 技術(shù)指標

投產(chǎn)后技術(shù)指標：（1）建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)10萬t鎳鐵合金冶煉生產(chǎn)線；（2）建設(shè)投資：3.5億元RMB（不含地基處理）；（3）占地面積：500畝，其中原料場占地260畝；（4）紅土鎳礦指標：主要由印度尼西亞進口，礦石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生產(chǎn)指標：鎳鐵含Ni：10%；30000kVA電爐產(chǎn)量：170t/d·臺；平均冶煉電耗：490～520kWh/t焙砂。

6 結(jié)語

通過我院的設(shè)計實踐，我們認為采用我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝（我院專利），高溫煙氣干燥原料、回轉(zhuǎn)窯高架，高溫料直接入爐、密閉圓形電爐冶煉是切實可行的新型RKEF工藝技術(shù)路線，達到了節(jié)能降耗、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本的目的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

在生產(chǎn)實踐中，我們認為在以下五個方面還需要進一步研究和探討：（1）加強在爐型、電爐參數(shù)等方面研究，實現(xiàn)工藝節(jié)能；（2）在爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計及耐火材料選擇上加強研究，延長爐窯使用壽命；（3）開展火法工藝過程中產(chǎn)生的低溫煙氣余熱利用研究；（4）加強廢渣、煙塵處理的研究，提高資源綜合利用水平；（5）將紅土鎳礦冶煉工藝與不銹鋼生產(chǎn)工藝有機結(jié)合起來，利用電爐生產(chǎn)的鎳鐵水直接熱裝生產(chǎn)不銹鋼。

作者簡介：費西（1962-），男，陜西西安人，供職于四川省冶金設(shè)計研究院，研究方向：鋼鐵冶金。endprint

4.5 煙氣回收利用方案

綜合回收利用電爐高溫煙氣，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，就近布置在電爐旁，帶來以下優(yōu)勢：（1）電爐高溫煙氣完全可以滿足干燥窯干燥紅土礦熱量的需求，年節(jié)約標煤約2.3萬噸；（2）縮短了煙氣輸送距離，降低建設(shè)費用且解決了煙道積灰的問題；（3）電爐煙氣中粗顆粒直接進入干燥窯，在干燥紅土鎳礦過程中，部分沉降，降低煙塵含量，有效節(jié)約環(huán)保投資。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

本工程所有生產(chǎn)過程各種儀表檢測參數(shù)、電氣設(shè)備的運行狀態(tài)及工藝過程控制功能主要由PLC、DCS自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)包括干燥及煙氣收塵、煙塵制粒及配料系統(tǒng)、還原焙燒及煙氣收塵、電爐冶煉、煤粉制備、高壓開關(guān)站等。

4.7 環(huán)保治理

煙塵治理：全廠大氣污染主要來自電爐冶煉煙塵和原料轉(zhuǎn)運、配料、烘干產(chǎn)生的粉塵。電爐及干燥窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；原料配料除塵系統(tǒng)采用布袋除塵。除塵效率99.0%，除塵器出口煙氣含塵濃度可小于50mg/Nm3，達到環(huán)保要求。除塵系統(tǒng)收下的粉塵通過氣體輸送泵輸送到煙塵制粒廠房的粉塵倉里，經(jīng)制粒造球后作冶煉原料回用。

脫硫：采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵，煙氣所含SO2主要為燃料煤和還原煤帶入。選用技術(shù)成熟、應用普遍的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，達到國家環(huán)保要求的排放標準。

爐渣處理：爐渣經(jīng)過水淬處理后可以作為建筑材料的原料，實現(xiàn)爐渣無害化利用。

水處理：設(shè)備間接冷卻用水在使用過程中僅溫度升高，水質(zhì)未受到污染，建凈循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。沖渣及鑄錠用水含少量SS、泥沙，建濁循環(huán)系統(tǒng)，廢水經(jīng)沉淀處理后回用，無外排水。

5 投產(chǎn)后的效益和技術(shù)指標

5.1 具有效益

投產(chǎn)后可以達到以下效益：（1）以原料直接熱裝方式提高入爐溫度，能夠降低冶煉電耗，節(jié)省能源；（2）將干燥及焙燒—預還原產(chǎn)生的煙塵進行進一步除塵，并將除塵后產(chǎn)生的顆粒重新輸送配料，能夠減少資源浪費，充分實現(xiàn)資源的回收利用，達到減少能耗的目的，同時，將要排入大氣的剩余煙塵進行脫硫處理，能夠減少環(huán)境污染；（3）采用高架形式回轉(zhuǎn)窯，將干燥窯置于回轉(zhuǎn)窯下方，能夠減少工廠的占地面積，從而降低工程投資。

5.2 技術(shù)指標

投產(chǎn)后技術(shù)指標：（1）建設(shè)規(guī)模：年產(chǎn)10萬t鎳鐵合金冶煉生產(chǎn)線；（2）建設(shè)投資：3.5億元RMB（不含地基處理）；（3）占地面積：500畝，其中原料場占地260畝；（4）紅土鎳礦指標：主要由印度尼西亞進口，礦石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生產(chǎn)指標：鎳鐵含Ni：10%；30000kVA電爐產(chǎn)量：170t/d·臺；平均冶煉電耗：490～520kWh/t焙砂。

6 結(jié)語

通過我院的設(shè)計實踐，我們認為采用我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝（我院專利），高溫煙氣干燥原料、回轉(zhuǎn)窯高架，高溫料直接入爐、密閉圓形電爐冶煉是切實可行的新型RKEF工藝技術(shù)路線，達到了節(jié)能降耗、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本的目的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

在生產(chǎn)實踐中，我們認為在以下五個方面還需要進一步研究和探討：（1）加強在爐型、電爐參數(shù)等方面研究，實現(xiàn)工藝節(jié)能；（2）在爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計及耐火材料選擇上加強研究，延長爐窯使用壽命；（3）開展火法工藝過程中產(chǎn)生的低溫煙氣余熱利用研究；（4）加強廢渣、煙塵處理的研究，提高資源綜合利用水平；（5）將紅土鎳礦冶煉工藝與不銹鋼生產(chǎn)工藝有機結(jié)合起來，利用電爐生產(chǎn)的鎳鐵水直接熱裝生產(chǎn)不銹鋼。

作者簡介：費西（1962-），男，陜西西安人，供職于四川省冶金設(shè)計研究院，研究方向：鋼鐵冶金。endprint