316不銹鋼管 縱觀中國鎳鐵生產(chǎn)工藝變遷

　　現(xiàn)代生產(chǎn)鎳的方法主要有火法和濕法兩種。含鎳硫化礦主要采用火法處理，通過精礦焙燒反射爐(電爐或鼓風(fēng)爐)冶煉銅鎳硫吹煉鎳精礦電解得到金屬鎳。氧化礦主要是含鎳紅土礦，其品位低，適于濕法處理;主要方法有氨浸法和硫酸法兩種。氧化礦的火法處理即為鎳鐵法。

　　火法冶煉鎳鐵是在高溫條件下，將C作為還原劑，對氧化礦中的NIO,以及其他氧化物(Fe2O3)進行還原而得，反應(yīng)生成的NI,以及Fe互溶形成鎳鐵?；鸱ㄒ睙捲谥袊饕校簜鹘y(tǒng)高爐生產(chǎn)方法，以及目前最新的RKEF(回轉(zhuǎn)窯+礦熱爐)生產(chǎn)工藝。

　　一、傳統(tǒng)工藝

　　1、小高爐工藝

　　鼓風(fēng)爐工藝是最早出現(xiàn)的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術(shù)，1875年，在新喀里多尼亞小高爐就已應(yīng)用，后法國也有采用，但該法因消耗大量優(yōu)質(zhì)焦炭、污染嚴重而為人詬病。最終該工藝在市場競爭和環(huán)保壓力下停止，1985年日本礦業(yè)公司佐賀關(guān)冶煉廠的最后一座鎳鐵高爐熄火，標志著鼓風(fēng)爐冶煉鎳鐵技術(shù)在歐美、日本等發(fā)達國家壽終正寢。

　　前幾年我國快速發(fā)展的不銹鋼生產(chǎn)拉動了鎳鐵需求，在高鎳價、低價焦炭、低環(huán)保門檻的條件下，部分投資者利用鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策淘汰的煉鐵高爐冶煉鎳鐵，獲得暴利。但隨著焦炭價位回歸合理、鎳價下跌和環(huán)保政策落實，目前高爐鎳鐵廠大部分已停產(chǎn)。高爐冶煉鎳鐵技術(shù)必將被淘汰的主要原因是：

　　(1) 原料適應(yīng)性差、高爐無法大型化紅

　　適用“高鐵低鎂(低鎳)”紅土鎳礦，當(dāng)紅土礦含鎳1.5%、含鐵35%時可得到含鎳約 4%的低鎳生鐵。如果用低鐵高鎂(高鎳)礦，高爐渣量大、粘度大爐況順行難以保證。由于爐料強度低，只能采用小型高爐(矮高爐)生產(chǎn)鎳鐵。

　　(2)產(chǎn)品質(zhì)量難以符合煉鋼要求

　　高爐含鎳生鐵品位低，一般在2～8%，大多在5%以下，冶煉不銹鋼時需要配合加入較多的鎳板，這提高了單位原料鎳的成本。該工藝焦炭、熔劑的用量大，P、S大部分進入產(chǎn)品，鎳鐵品位低、ω (S)、ω(P)含量高，增加了不銹冶煉的負擔(dān)。

　　(3)生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定

　　鎳鐵的成分波動大，不易控制，難以大批量穩(wěn)定供貨。

　　(4) 焦比高

　　生產(chǎn)含鎳2%的鎳鐵，每噸鎳鐵的焦炭消耗大于

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1.0t;生產(chǎn)含鎳5%的鎳鐵，每噸鎳鐵的焦炭消耗量約2.0t。

　　(5)污染嚴重

　　除去傳統(tǒng)高爐污染，氟化物的污染更嚴重。為保持高爐順行，必須加入螢石以提高爐渣流動性，螢石加入量占爐料總量的8～15%，國內(nèi)鎳鐵小高爐沒有脫氟設(shè)備，全部放散，對人和環(huán)境傷害巨大。

　　2、冷料入爐“燒結(jié)機-礦熱爐”鎳鐵工藝

　　由于用戶要求高含鎳量的鎳鐵，國內(nèi)建設(shè)了一些用燒結(jié)機生產(chǎn)紅土鎳礦燒結(jié)礦，冷卻后入礦熱爐冶煉鎳鐵的工廠，其中很多是改造舊的鐵合金電爐來生產(chǎn)鎳鐵。

　　該工藝原料適應(yīng)性比小高爐好，可以用任何鐵鎳品位的礦石生產(chǎn)任何含鎳量的鎳鐵，技術(shù)上是在回轉(zhuǎn)窯階段控制鐵的還原率來實現(xiàn)的(鎳全部還原成金屬、鐵部分還原成金屬和低價氧化物)，這是該種工藝的最大特點，也是其具有生命力的原因。但由于礦熱爐耗電巨大致使其生產(chǎn)成本較高，電耗是RKEF工藝的2倍多，原因在于：“燒結(jié)機-礦熱爐”工藝無法為礦熱爐提供預(yù)還原的高溫料。

　　并且一般“燒結(jié)機(有的還采用土法燒結(jié)工藝和燒結(jié)鍋工藝準備礦熱爐用原料)-礦熱爐”工藝的產(chǎn)鎳鐵廠都沒有完善的環(huán)保設(shè)備，特別是礦熱爐為敞開式或者半密閉的小煙罩式，不能回收煤氣，不但污染環(huán)境，還造成煤氣浪費。燒結(jié)機也全部沒有安裝余熱回收利用設(shè)施，這類工廠不具備現(xiàn)代化、大規(guī)模的鎳鐵生產(chǎn)條件。有的工廠利用電弧爐處理燒結(jié)礦，生產(chǎn)鎳鐵，效益更差，基本上已停產(chǎn)。

　　二、RKEF鎳鐵生產(chǎn)工藝

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　　RKEF工藝技術(shù)(“回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐”法)始于20世紀50年代，由Elkem公司在新喀里多尼亞的多尼安博廠開發(fā)成功，由于產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、而且節(jié)能環(huán)保，RKEF工藝很快取代了鼓風(fēng)爐工藝。隨著冶金科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，RKEF工藝也吸納了包括自動化、清潔生產(chǎn)在內(nèi)的眾多最新技術(shù)成果，在設(shè)計制造、安裝調(diào)試和生產(chǎn)操作上日臻成熟，已成為世界上生產(chǎn)鎳鐵的主流工藝技術(shù)，占據(jù)統(tǒng)治地位。目前全球采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵的公司有十幾家，生產(chǎn)廠遍及歐美、日本、東南亞等地，其中最大年產(chǎn)能達7～8萬t金屬鎳，在長期的經(jīng)營中，盡管世界鎳行業(yè)風(fēng)云變幻、鎳價大起大落，但這些鎳鐵廠大都保持著良好的業(yè)績。

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　　表1 2005年美國金屬學(xué)會調(diào)查的世界紅土鎳礦冶煉廠及年產(chǎn)量

　　這13家鎳冶煉廠的年產(chǎn)量總計約36.5 萬t，約占世界原生鎳總產(chǎn)量的30%，占紅土礦火法冶煉鎳鐵產(chǎn)量的8l%(2007年世界總產(chǎn)鎳量142萬t，氧化鎳礦的貢獻為42%，以鎳鐵形式生產(chǎn)金屬鎳量約45萬t)?？梢姡谑澜绶秶粤畠r的紅土鎳礦為原料，采用RKEF火法冶煉鎳鐵的工藝技術(shù)具有很強的適用性和經(jīng)濟性。

　　我國在2011年第9號《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》中明確將“

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高效利用紅土鎳礦煉精制鎳鐵的回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐(RKEF)工藝技術(shù)”列為鼓勵類產(chǎn)業(yè)。RKEF工藝近兩年逐步在中國推廣發(fā)展，其完整的工藝流程是：原礦干燥及大塊破碎——配煤及熔劑進回轉(zhuǎn)窯徹底干燥及預(yù)還原——礦熱爐還原熔煉——鎳鐵鐵水鑄錠及熔渣水淬——產(chǎn)出鎳鐵錠(或水淬成鎳鐵粒)和水淬渣。其粗制鎳鐵再經(jīng)過二步法脫去S、P及其他雜質(zhì)得到精制鎳鐵或直接生產(chǎn)300系不銹鋼產(chǎn)品。

　　1、我國鎳鐵生產(chǎn)將以RKEF工藝為主，燒結(jié)機+礦熱爐為輔

　　該工藝相比傳統(tǒng)工藝有以下優(yōu)勢：

　　1)原料適應(yīng)性強?？蛇m用鎂質(zhì)硅酸鹽礦和含鐵不高于30%的褐鐵礦型氧化鎳礦，以及中間型礦。最適合使用濕法工藝難以處理的高鎂低鐵氧化鎳礦石。

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　　2)鎳鐵品位高，有害元素少。同樣的礦石，RKEF工藝生產(chǎn)的鎳鐵品位高于高爐法和“燒結(jié)礦-礦熱爐”工藝。該工藝的脫硫和轉(zhuǎn)爐精煉工序能夠?qū)㈡囪F的有害元素降低到ISO6501標準所要求的范圍內(nèi)，為煉鋼用戶所歡迎。

　　3)節(jié)能環(huán)保，循環(huán)利用。原料水分較多，料場和篩分破碎運輸?shù)倪^程中不產(chǎn)生粉塵，回轉(zhuǎn)窯煙氣余熱可回收蒸汽用于發(fā)電，經(jīng)過煙氣脫硫滿足環(huán)保要求后排入大氣，回轉(zhuǎn)窯和礦熱爐煙塵返回料場;礦熱爐煤氣經(jīng)除塵后送回轉(zhuǎn)窯作燃料，爐渣水淬后成為建筑工業(yè)原材料。轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收蒸汽，煤氣回收利用，爐渣磁選回爐，尾渣可鋪路或制作水泥。從含水爐料進入回轉(zhuǎn)窯直到礦熱爐出鐵出渣的整個過程產(chǎn)中，爐料處于全封閉，環(huán)保節(jié)能。

　　4)鎳渣熱料入礦熱爐?；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)的鎳渣在900℃以上的高溫下入爐，相對于“燒結(jié)礦-礦熱爐”的冷料入爐，節(jié)省了大量的物理熱和化學(xué)熱，顯著降低了電能和還原劑的消耗，提高了生產(chǎn)效率。

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　　鑒于RKEF工藝在鎳鐵生產(chǎn)生產(chǎn)成本上以及技術(shù)上的優(yōu)勢，未來我國鎳鐵生產(chǎn)的方向?qū)⒁訰KEF工藝為主，“燒結(jié)機+礦熱爐”和高爐冶煉為輔。2012年，我國17個省市已經(jīng)投產(chǎn)礦熱爐298座、高爐71座。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，礦熱爐總產(chǎn)能50.68萬噸，高爐總產(chǎn)能14.58萬噸，2012年我國鎳鐵產(chǎn)能合計為65.26萬噸鎳金屬量，據(jù)安泰科數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2012年中國鎳鐵折合鎳金屬產(chǎn)量為31萬噸，也就是說2012年我國產(chǎn)能利用率不到50%。據(jù)51bxg數(shù)據(jù)統(tǒng)計，由于成本原因，傳統(tǒng)型小高爐基本未開工。不過不管從市場競爭角度還是國家推進環(huán)保以及落后產(chǎn)能淘汰的角度來看，小高爐生產(chǎn)鎳鐵工藝，終將退出歷史舞臺。

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