紅土鎳礦用回轉(zhuǎn)窯直接還原生產(chǎn)高鎳鎳鐵

一、鎳鐵的來(lái)歷、成分和消費(fèi)市場(chǎng)

□□我國(guó)不銹鋼和電池行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)鎳產(chǎn)品供應(yīng)將面臨長(zhǎng)期短缺的局面。2005年以來(lái)國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)非理性的不斷上漲對(duì)國(guó)內(nèi)鋼鐵業(yè)發(fā)展構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。我國(guó)民營(yíng)企業(yè)使用火法冶煉從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石，大量生產(chǎn)鎳鐵合金作為冶煉不銹鋼的配料，成功狙擊了國(guó)際市場(chǎng)的瘋狂炒作，鎳價(jià)大幅下降，市場(chǎng)將逐步恢復(fù)理性。

□□我國(guó)鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，紅土鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鉻生鐵，生產(chǎn)出大批鎳生鐵的實(shí)際成效。技術(shù)變革及其快速進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，成功狙擊了國(guó)際市場(chǎng)的瘋狂炒作，2007年6月國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)大幅下降。在市場(chǎng)高鎳價(jià)的情況下，2005年開始，國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)開始利用煉鋼高爐轉(zhuǎn)產(chǎn)冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵。

□□我國(guó)民營(yíng)企業(yè)開始大規(guī)模利用從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵，此后進(jìn)口礦石量逐月增加，到2007年底利用進(jìn)口礦石約300多萬(wàn)噸，產(chǎn)出鎳生鐵的含鎳量約3萬(wàn)噸。2007年全國(guó)生產(chǎn)鎳生鐵的中小企業(yè)達(dá)到100多家，l～9月進(jìn)口礦石1200萬(wàn)噸左右。

□□目前我國(guó)中小企業(yè)生產(chǎn)的鎳生鐵的含鎳量多在4％～8％，只能用作冶煉不銹鋼的配料，在冶煉不銹鋼時(shí)，尚需加入一定量的精煉純鎳。只有提高技術(shù)使鎳生鐵中的含鎳量達(dá)到10％～15％，才能在冶煉不銹鋼時(shí)完全替代純鎳。這就是產(chǎn)生礦石積壓在港口的原因，也是今后民營(yíng)企業(yè)需要攻克的技術(shù)難關(guān)。為攻克技術(shù)難關(guān)，朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司根據(jù)多年生產(chǎn)金屬化球團(tuán)生產(chǎn)線先進(jìn)技術(shù)及對(duì)日本冶金工業(yè)公司大江山廠用克魯帕—雷恩法（Krupp—Renn Procoss）的研究，成功并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)出鎳含量10％以上的鎳生鐵了。

□□我國(guó)使用火法利用紅土鎳礦冶煉鎳生鐵，使不銹鋼生產(chǎn)原料構(gòu)成發(fā)生了重大變革，改變了全球不銹鋼生產(chǎn)原料鎳的供需格局，也改變了世界不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局。低成本利用礦石質(zhì)量較差的紅土鎳礦資源，符合資源節(jié)約型的歷史發(fā)展趨勢(shì)，翻開了我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)史的新篇章。目前，高爐法的低品位產(chǎn)品市場(chǎng)容量已經(jīng)飽和，加快發(fā)展10％以上品位的回轉(zhuǎn)窯工藝，可以進(jìn)一步擴(kuò)大紅土礦火法鎳的市場(chǎng)容量。 

二、火法生產(chǎn)鎳鐵的生產(chǎn)工藝方法及流程

1. 電碳熱法：

紅土鎳礦—→預(yù)處理—→脫水—→造塊—→配入焦炭、熔劑—→電爐冶煉—→粗鎳鐵—→降C、Si、P、S精煉—→鎳鐵。

1. 電硅熱法：

紅土鎳礦—→預(yù)處理—→烘干—→破碎—→高溫脫水煅燒成塊—→配入熔劑—→礦熱電爐熔化—→NiO熔體—→倒入反應(yīng)包—→向反應(yīng)包加入45％硅鐵—→倒包反應(yīng)—→粗鎳鐵—→降P、Si精煉—→鎳鐵。

1. 高爐熔煉法：

紅土鎳礦—→預(yù)處理—→脫水、燒結(jié)、造塊—→配入焦炭、熔劑—→高爐冶煉—→粗鎳鐵—→精煉降Si、C、P、S—→鎳鐵。

1. 回轉(zhuǎn)窯——礦熱電爐——轉(zhuǎn)爐（RKEF）熔煉法：

紅土鎳礦—→預(yù)處理—→篩分—→干燥—→回轉(zhuǎn)窯煅燒—→熱料裝入礦熱爐冶煉—→粗制鎳鐵爐外脫硫—→轉(zhuǎn)爐中脫除Si、P、C、S、Mn等雜質(zhì)—→鎳鐵鑄塊。

1. 回轉(zhuǎn)窯直接還原法：
   • 日本大江山回轉(zhuǎn)窯直接還原法：

紅土鎳礦—→加水粉磨—→礦漿過(guò)濾—→加入石灰石、無(wú)煙煤混合—→棒磨機(jī)研磨—→壓團(tuán)—→鏈篦加熱機(jī)預(yù)熱—→回轉(zhuǎn)窯煅燒—→水淬—→加水粉磨—→跳汰—→磁選—→過(guò)濾—→鎳鐵粉。

• 朝陽(yáng)重型建材機(jī)械回轉(zhuǎn)窯直接還原法：

紅土鎳礦—→粗破碎—→烘干—→破碎—→加入石灰石、煤粉混合—→壓球—→回轉(zhuǎn)窯煅燒—→水淬—→加水粉磨—→磁選—→過(guò)濾—→鎳鐵粉。

三、回轉(zhuǎn)窯直接還原法與高爐法、礦熱電爐法及回轉(zhuǎn)窯+礦熱電爐法等工藝相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，維修方便；
2. 投資少，見效快；
3. 能耗少，降低生產(chǎn)成本；
4. 生產(chǎn)成本低，投資回收期短；
5. 熔煉的主要能源為煤，而不是昂貴的電能。
6. 原料的自由選擇，可用東南亞的各種紅土鎳礦。
7. 所產(chǎn)高鎳鎳鐵質(zhì)量高（在原礦Ni=2%，F(xiàn)e=15%，回收率為90%時(shí)，鎳鐵含Ni=11.8%左右），可直接用作不銹鋼的生產(chǎn)原料。
8. 由其是在嚴(yán)重缺電的國(guó)家首先此工藝。

四、紅土鎳礦用回轉(zhuǎn)窯直接還原法生產(chǎn)鎳鐵的工藝和技術(shù)

□□熔煉方法和工藝如下：

□□預(yù)處理步驟是將原料紅土鎳礦烘干后，與含碳物料和熔劑石灰石混合，制球后連續(xù)給入回轉(zhuǎn)窯。在回轉(zhuǎn)窯中，物料與煤燃燒所產(chǎn)生的熱氣流逆流運(yùn)動(dòng)，經(jīng)受所有熔煉步驟--干燥，脫水，還原和金屬成長(zhǎng)。金屬是在窯中半熔融條件下生成的。燒成的物料熔塊從回轉(zhuǎn)窯出來(lái)就將它急冷，磨細(xì)后，用磁選機(jī)將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來(lái)。分離出來(lái)的鎳鐵呈直徑2~3毫米的沙狀顆粒， 并夾帶1~2%爐渣， 其化學(xué)組成為C=0.1%， Ni=11~14%， S=0.45%， P=0.015% 。此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于煉鋼過(guò)程，因煉鋼時(shí)有很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過(guò)程中相當(dāng)有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解。

□□回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝鎳和鐵的回收率都很高，均在90%以上。

五、朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司技術(shù)改進(jìn)的歷程

□□在詳細(xì)介紹本方法之前，讓我們簡(jiǎn)單回顧朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司以往技術(shù)改進(jìn)的歷史。

□□從印度尼西亞進(jìn)口高品位鎳鐵生產(chǎn)鎳鐵始于2009年，為煉不銹鋼廠提供原料。從那時(shí)起，努力提高生產(chǎn)能力、鎳回收率、產(chǎn)品性能和節(jié)省能耗。

下表所示為朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司主要生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)改進(jìn)歷史。

□□如表中所示,我們通過(guò)增建回轉(zhuǎn)窯，幾項(xiàng)設(shè)施改進(jìn)和改善原料預(yù)處理等，成功地逐步提高生產(chǎn)能力，滿足鋼廠生產(chǎn)不銹鋼方面不斷增長(zhǎng)的需要。至于能源問(wèn)題，鎳熔煉過(guò)程消耗大量能源。為解決石油危機(jī)后能耗費(fèi)用增加的問(wèn)題，采取種種措施降低此項(xiàng)費(fèi)用，如提高預(yù)熱效率，用煤代油，用新的預(yù)處理技術(shù)以降低供入回轉(zhuǎn)窯的原料含水量。

□□關(guān)于鎳回收率，一般認(rèn)為，因原料中脈石含量高，只用回轉(zhuǎn)窯法不能達(dá)到足夠高回收率。事實(shí)上，朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司法應(yīng)用初期鎳回收率僅約85%，但經(jīng)改進(jìn)原料預(yù)處理工藝和燒渣分離工藝就使此低回收率大為改觀。同時(shí)，用熱化學(xué)的觀點(diǎn)，對(duì)在半熔條件下還原出來(lái)的金屬顆粒的聚集機(jī)理進(jìn)行了研究。

六、各方法優(yōu)缺點(diǎn)

□□下表列出了朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司法、大江山廠法及礦熱爐法冶煉鎳鐵的優(yōu)缺點(diǎn)。

□□注：回轉(zhuǎn)窯直接還原法與礦熱爐法相比，電耗約降低60～70%，

七、結(jié)論

□□概述了朝陽(yáng)重型建材機(jī)械制造有限公司法的特點(diǎn)。煉鎳鐵消耗大量的能源，因此對(duì)本工藝的主要技術(shù)措施都以利用低價(jià)能源，降低能耗為目標(biāo)。

□□通過(guò)各種改進(jìn)措施（采用壓團(tuán)法，良好控制熔煉作業(yè)等）我們成功地創(chuàng)立了回收率相當(dāng)高，成本低的鎳鐵法。這方法還給不銹鋼生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的鎳源。這就使我們能建成直接從原料開始的不銹鋼聯(lián)合生產(chǎn)線。

八、回轉(zhuǎn)窯直接還原法與回轉(zhuǎn)窯+礦熱爐法主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

(紅土鎳礦含水量：30%，品位：Ni=1.8, Fe=15.2，年按300天計(jì)算)

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