316不銹鋼管 縱觀中國鎳鐵生產工藝變遷

　　現代生產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，反應生成的NI,以及Fe互溶形成鎳鐵�；鸱ㄒ睙捲谥袊�主要有：傳統高爐生產方法，以及目前最新的RKEF(回轉窯+礦熱爐)生產工藝。

　　一、傳統工藝

　　1、小高爐工藝

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

　　前幾年我國快速發展的不銹鋼生產拉動了鎳鐵需求，在高鎳價、低價焦炭、低環保門檻的條件下，部分投資者利用鋼鐵產業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、鎳價下跌和環保政策落實，目前高爐鎳鐵廠大部分已停產。高爐冶煉鎳鐵技術必將被淘汰的主要原因是：

　　(1) 原料適應性差、高爐無法大型化紅

　　適用“高鐵低鎂(低鎳)”紅土鎳礦，當紅土礦含鎳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)生產鎳鐵。

　　(2)產品質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大部分進入產品，鎳鐵品位低、ω (S)、ω(P)含量高，增加了不銹冶煉的負擔。

　　(3)生產工藝不穩定

　　鎳鐵的成分波動大，不易控制，難以大批量穩定供貨。

　　(4) 焦比高

　　生產含鎳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%，國內鎳鐵小高爐沒有脫氟設備，全部放散，對人和環境傷害巨大。

　　2、冷料入爐“燒結機-礦熱爐”鎳鐵工藝

　　由于用戶要求高含鎳量的鎳鐵，國內建設了一些用燒結機生產紅土鎳礦燒結礦，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鎳鐵。

　　該工藝原料適應性比小高爐好，可以用任何鐵鎳品位的礦石生產任何含鎳量的鎳鐵，技術上是在回轉窯階段控制鐵的還原率來實現的(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成本較高，電耗是RKEF工藝的2倍多，原因在于：“燒結機-礦熱爐”工藝無法為礦熱爐提供預還原的高溫料。

　　并且一般“燒結機(有的還采用土法燒結工藝和燒結鍋工藝準備礦熱爐用原料)-礦熱爐”工藝的產鎳鐵廠都沒有完善的環保設備，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，不但污染環境，還造成煤氣浪費。燒結機也全部沒有安裝余熱回收利用設施，這類工廠不具備現代化、大規模的鎳鐵生產條件。有的工廠利用電弧爐處理燒結礦，生產鎳鐵，效益更差，基本上已停產。

　　二、RKEF鎳鐵生產工藝

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　　RKEF工藝技術(“回轉窯-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成功，由于產品質量好、生產效率高、而且節能環保，RKEF工藝很快取代了鼓風爐工藝。隨著冶金科學技術的發展，RKEF工藝也吸納了包括自動化、清潔生產在內的眾多最新技術成果，在設計制造、安裝調試和生產操作上日臻成熟，已成為世界上生產鎳鐵的主流工藝技術，占據統治地位。目前全球采用RKEF工藝生產鎳鐵的公司有十幾家，生產廠遍及歐美、日本、東南亞等地，其中最大年產能達7～8萬t金屬鎳，在長期的經營中，盡管世界鎳行業風云變幻、鎳價大起大落，但這些鎳鐵廠大都保持著良好的業績。

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　　表1 2005年美國金屬學會調查的世界紅土鎳礦冶煉廠及年產量

　　這13家鎳冶煉廠的年產量總計約36.5 萬t，約占世界原生鎳總產量的30%，占紅土礦火法冶煉鎳鐵產量的8l%(2007年世界總產鎳量142萬t，氧化鎳礦的貢獻為42%，以鎳鐵形式生產金屬鎳量約45萬t)。可見，在世界范圍，以廉價的紅土鎳礦為原料，采用RKEF火法冶煉鎳鐵的工藝技術具有很強的適用性和經濟性。

　　我國在2011年第9號《產業結構調整指導目錄(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窯-礦熱爐(RKEF)工藝技術”列為鼓勵類產業。RKEF工藝近兩年逐步在中國推廣發展，其完整的工藝流程是：原礦干燥及大塊破碎——配煤及熔劑進回轉窯徹底干燥及預還原——礦熱爐還原熔煉——鎳鐵鐵水鑄錠及熔渣水淬——產出鎳鐵錠(或水淬成鎳鐵粒)和水淬渣。其粗制鎳鐵再經過二步法脫去S、P及其他雜質得到精制鎳鐵或直接生產300系不銹鋼產品。

　　1、我國鎳鐵生產將以RKEF工藝為主，燒結機+礦熱爐為輔

　　該工藝相比傳統工藝有以下優勢：

　　1)原料適應性強�？蛇m用鎂質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工藝生產的鎳鐵品位高于高爐法和“燒結礦-礦熱爐”工藝。該工藝的脫硫和轉爐精煉工序能夠將鎳鐵的有害元素降低到ISO6501標準所要求的范圍內，為煉鋼用戶所歡迎。

　　3)節能環保，循環利用。原料水分較多，料場和篩分破碎運輸的過程中不產生粉塵，回轉窯煙氣余熱可回收蒸汽用于發電，經過煙氣脫硫滿足環保要求后排入大氣，回轉窯和礦熱爐煙塵返回料場;礦熱爐煤氣經除塵后送回轉窯作燃料，爐渣水淬后成為建筑工業原材料。轉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窯直到礦熱爐出鐵出渣的整個過程產中，爐料處于全封閉，環保節能。

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

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　　鑒于RKEF工藝在鎳鐵生產生產成本上以及技術上的優勢，未來我國鎳鐵生產的方向將以RKEF工藝為主，“燒結機+礦熱爐”和高爐冶煉為輔。2012年，我國17個省市已經投產礦熱爐298座、高爐71座。據相關數據統計，礦熱爐總產能50.68萬噸，高爐總產能14.58萬噸，2012年我國鎳鐵產能合計為65.26萬噸鎳金屬量，據安泰科數據統計，2012年中國鎳鐵折合鎳金屬產量為31萬噸，也就是說2012年我國產能利用率不到50%。據51bxg數據統計，由于成本原因，傳統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保以及落后產能淘汰的角度來看，小高爐生產鎳鐵工藝，終將退出歷史舞臺。

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