红土镍矿采用高架短流程节能新型RKEF工艺生产镍铁合金的技术实践

摘要：文章通过对传统的RKEF工艺技术进行考察、学习、研究和总结，经技术攻关形成了四川省冶金设计研究院特有的高架短流程节能新型RKEF工艺，通过优化设计，提高焙砂入炉温度，降低冶炼电耗，充分利用能源，减少能耗并减少环境污染，项目投产实践证明，新型RKEF工艺是成功的，给企业带来了良好的经济效益。

关键词：新型RKEF工艺；高温干燥；回转窑高架；直接入炉；节能降源

中图分类号：TF815 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）30-0073-03

1 概述

镍作为一种贵金属，具有抗腐蚀、耐氧化、机械强度高、延展性好等特点，是不锈钢生产中重要的添加剂，尤其是300系不锈钢不可缺少的重要原料。近年来不锈钢领域的高速发展，带动了镍铁生产企业的发展，很多国家尤其是中国都积极加大对红土镍矿的开发利用。但中国的镍资源总体不足，除金川以外，多为小型贫矿，品位比较低，目前国内所需红土镍矿大部分来自东南亚国家，特别是印度尼西亚的红土镍矿。因此国家在2011年第9号《产业结构调整指导目录（2011年本）》中明确将“高效利用红土镍矿炼精制镍合金的回转窑-矿热炉（RKEF）工艺技术”列为鼓励类工艺。国家发改委2011年4月还正式将镍合金和红土镍矿等战略资源性产品、原材料纳入《鼓励进口技术和产品目录》（2011年版）中。

2 红土镍矿火法生产镍铁合金技术

由于硅镁质型红土镍矿中镁含量高，浸出过程酸耗大，因此这种矿不适合用湿法冶炼，目前较多采用火法工艺处理。常用的红土镍矿火法处理工艺有：（1）烧结-鼓风炉硫化熔炼法（工艺内容略）；（2）烧结-高炉还原熔炼法（工艺内容略）；（3）烧结-电炉还原熔炼法（工艺内容略）；（4）回转窑干燥预还原—电炉还原熔炼法（RKEF工艺）。

RKEF工艺是处理红土镍矿的经典工艺，具有工艺适应性强、镍回收率高等特点。

传统的RKEF工艺在处理红土镍矿过程中，将含水30%～40%的红土镍矿经回转窑在800℃干燥脱水和预还原处理后，再送入电炉，在约1550℃～1600℃的高温下还原熔炼产出镍铁。传统RKEF工艺中，干燥窑、回转窑布置分散，高温焙砂入炉流程如下：回转窑→保温料罐→行车（提升至电炉上方，需精确定位）→高位料仓→电炉，高温焙砂需用专用设备经过两次倒运，这一过程将产生大量粉尘并伴有一定降温；同时，干燥窑布置较远，烟气管道太长，温降大、积灰严重，不利于电炉高温烟气（700℃）的充分回收利用。

该工艺适宜于处理镍含量>1.6%矿石，且要求当地要有充沛的电力或燃料供应。

3 我院设计的原则

通过对传统的RKEF工艺技术进行考察、学习、研究和总结，发现各厂家在RKEF工艺的配置上差异较大、各有特点（如电炉炉型、上料方式、烟气热能利用等），存在着工程投资大、热能利用不完善、焙砂转运设备多、工序复杂、烟气输送易堵管道等问题，鉴于此，我院与业主方进行技术攻关，形成了我院特有的高架短流程节能新型RKEF工艺，通过优化设计，提高焙砂入炉温度，降低冶炼电耗，充分利用能源，减少能耗并减少环境污染。我们设计的原则：（1）厂址尽量选择在交通便利的沿海地区，靠近码头以节约原料运输成本；（2）优化工厂布局，简化工艺流程，减少工厂占地，达到节省投资的目的；（3）在现有RKEF工艺基础上，优化设计，以原料直接热装提高入炉温度，达到降低冶炼电耗的目的；（4）充分利用能源，实现能源的回收利用，达到节能降耗的目的；（5）采用成熟可靠的环保技术，达到环保要求。

4 采用的技术方案

根据我院的设计原则，结合业主方的实际情况，我们在本工程设计中遵循建厂原则并采用了我院特有的高架短流程节能新型RKEF工艺技术方案，项目包括2台Φ3.6m×40m的干燥回转窑、2台Φ4.5m×110m回转窑及2台30MVA电炉以及相应配套的总图规划、原料系统（含转运站、配料站、原料库、皮带机等）、供配电系统、供排水系统、通风除尘系统、热力系统、机修、检化验、环保设施、消防安全设施等构成。

4.1 厂址选择及总图布置

由于进口红土镍矿镍品位低、水分大，远距离运输费用成本高，项目厂址选在交通便利的沿海地区。

4.2 红土镍矿贮存

红土镍矿由码头卸料后通过栈桥运入厂区原料堆场堆存，其余燃料及辅助材料通过汽车进厂入干燥原料棚或相关库房贮存。由于采用进口红土镍矿，因此需要较大的原料堆场。

4.3 冶炼工艺

4.3.1 RKEF工艺流程：

干燥：红土矿一般含有30%～40%的水分，采用回转干燥窑，主要脱出矿石中的部分自由水。

焙烧—预还原：采用回转窑选择性还原部分镍和铁。矿石被焙烧脱水和预还原后在保温状态入炉。

电炉熔炼：还原金属镍和部分铁，将渣和镍铁分开，生产镍铁合金。

4.3.2 工艺简述：

电炉熔炼采用全密闭圆形电炉熔炼焙砂。

电炉需要的焙砂由焙烧回转窑直接热装入焙砂保温仓，焙砂保温仓布置在电炉上方，再通过加料管加入电炉。加料仓设有盖板，防止热损失和烟尘泄露。电炉采用交流电炉熔炼，操作采用高电压、低电流模式。焙砂在电炉内熔化后分成渣和金属两相，焙砂中残留的碳将镍和部分铁还原成金属，形成含镍10%以上的镍铁合金。还原过程产生大量的电炉高温烟气，经烟道输送供回转式干燥窑干燥红土矿用，以节约部分煤粉。每座电炉设两个出铁口，熔融金属通过出铁口定期出铁，镍铁水由铁包车运到铸锭机浇铸。炉渣采用水淬渣处理。

4.4 优化工艺设计

（1）回转窑采用高架形式，将干燥窑布置于回转窑下方，减少了工厂占地面积；（2）焙砂通过炉顶保温料仓直接热装入炉冶炼，提高原料入炉温度，减少了热能损失。endprint

4.5 烟气回收利用方案

综合回收利用电炉高温烟气，将干燥窑布置于回转窑下方，就近布置在电炉旁，带来以下优势：（1）电炉高温烟气完全可以满足干燥窑干燥红土矿热量的需求，年节约标煤约2.3万吨；（2）缩短了烟气输送距离，降低建设费用且解决了烟道积灰的问题；（3）电炉烟气中粗颗粒直接进入干燥窑，在干燥红土镍矿过程中，部分沉降，降低烟尘含量，有效节约环保投资。

4.6 自动化控制系统

本工程所有生产过程各种仪表检测参数、电气设备的运行状态及工艺过程控制功能主要由PLC、DCS自动化控制系统实现。

控制系统包括干燥及烟气收尘、烟尘制粒及配料系统、还原焙烧及烟气收尘、电炉冶炼、煤粉制备、高压开关站等。

4.7 环保治理

烟尘治理：全厂大气污染主要来自电炉冶炼烟尘和原料转运、配料、烘干产生的粉尘。电炉及干燥窑烟气除尘系统采用静电除尘；回转窑烟气除尘系统采用静电除尘；原料配料除尘系统采用布袋除尘。除尘效率99.0%，除尘器出口烟气含尘浓度可小于50mg/Nm3，达到环保要求。除尘系统收下的粉尘通过气体输送泵输送到烟尘制粒厂房的粉尘仓里，经制粒造球后作冶炼原料回用。

脱硫：采用RKEF工艺生产镍铁，烟气所含SO2主要为燃料煤和还原煤带入。选用技术成熟、应用普遍的石灰石-石膏湿法脱硫工艺，达到国家环保要求的排放标准。

炉渣处理：炉渣经过水淬处理后可以作为建筑材料的原料，实现炉渣无害化利用。

水处理：设备间接冷却用水在使用过程中仅温度升高，水质未受到污染，建净循环水系统循环使用。冲渣及铸锭用水含少量SS、泥沙，建浊循环系统，废水经沉淀处理后回用，无外排水。

5 投产后的效益和技术指标

5.1 具有效益

投产后可以达到以下效益：（1）以原料直接热装方式提高入炉温度，能够降低冶炼电耗，节省能源；（2）将干燥及焙烧—预还原产生的烟尘进行进一步除尘，并将除尘后产生的颗粒重新输送配料，能够减少资源浪费，充分实现资源的回收利用，达到减少能耗的目的，同时，将要排入大气的剩余烟尘进行脱硫处理，能够减少环境污染；（3）采用高架形式回转窑，将干燥窑置于回转窑下方，能够减少工厂的占地面积，从而降低工程投资。

5.2 技术指标

投产后技术指标：（1）建设规模：年产10万t镍铁合金冶炼生产线；（2）建设投资：3.5亿元RMB（不含地基处理）；（3）占地面积：500亩，其中原料场占地260亩；（4）红土镍矿指标：主要由印度尼西亚进口，矿石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生产指标：镍铁含Ni：10%；30000kVA电炉产量：170t/d·台；平均冶炼电耗：490～520kWh/t焙砂。

6 结语

通过我院的设计实践，我们认为采用我院特有的高架短流程节能新型RKEF工艺（我院专利），高温烟气干燥原料、回转窑高架，高温料直接入炉、密闭圆形电炉冶炼是切实可行的新型RKEF工艺技术路线，达到了节能降耗、节约投资、降低生产成本的目的，给企业带来了良好的经济效益。

在生产实践中，我们认为在以下五个方面还需要进一步研究和探讨：（1）加强在炉型、电炉参数等方面研究，实现工艺节能；（2）在炉衬结构设计及耐火材料选择上加强研究，延长炉窑使用寿命；（3）开展火法工艺过程中产生的低温烟气余热利用研究；（4）加强废渣、烟尘处理的研究，提高资源综合利用水平；（5）将红土镍矿冶炼工艺与不锈钢生产工艺有机结合起来，利用电炉生产的镍铁水直接热装生产不锈钢。

作者简介：费西（1962-），男，陕西西安人，供职于四川省冶金设计研究院，研究方向：钢铁冶金。endprint

4.5 烟气回收利用方案

综合回收利用电炉高温烟气，将干燥窑布置于回转窑下方，就近布置在电炉旁，带来以下优势：（1）电炉高温烟气完全可以满足干燥窑干燥红土矿热量的需求，年节约标煤约2.3万吨；（2）缩短了烟气输送距离，降低建设费用且解决了烟道积灰的问题；（3）电炉烟气中粗颗粒直接进入干燥窑，在干燥红土镍矿过程中，部分沉降，降低烟尘含量，有效节约环保投资。

4.6 自动化控制系统

本工程所有生产过程各种仪表检测参数、电气设备的运行状态及工艺过程控制功能主要由PLC、DCS自动化控制系统实现。

控制系统包括干燥及烟气收尘、烟尘制粒及配料系统、还原焙烧及烟气收尘、电炉冶炼、煤粉制备、高压开关站等。

4.7 环保治理

烟尘治理：全厂大气污染主要来自电炉冶炼烟尘和原料转运、配料、烘干产生的粉尘。电炉及干燥窑烟气除尘系统采用静电除尘；回转窑烟气除尘系统采用静电除尘；原料配料除尘系统采用布袋除尘。除尘效率99.0%，除尘器出口烟气含尘浓度可小于50mg/Nm3，达到环保要求。除尘系统收下的粉尘通过气体输送泵输送到烟尘制粒厂房的粉尘仓里，经制粒造球后作冶炼原料回用。

脱硫：采用RKEF工艺生产镍铁，烟气所含SO2主要为燃料煤和还原煤带入。选用技术成熟、应用普遍的石灰石-石膏湿法脱硫工艺，达到国家环保要求的排放标准。

炉渣处理：炉渣经过水淬处理后可以作为建筑材料的原料，实现炉渣无害化利用。

水处理：设备间接冷却用水在使用过程中仅温度升高，水质未受到污染，建净循环水系统循环使用。冲渣及铸锭用水含少量SS、泥沙，建浊循环系统，废水经沉淀处理后回用，无外排水。

5 投产后的效益和技术指标

5.1 具有效益

投产后可以达到以下效益：（1）以原料直接热装方式提高入炉温度，能够降低冶炼电耗，节省能源；（2）将干燥及焙烧—预还原产生的烟尘进行进一步除尘，并将除尘后产生的颗粒重新输送配料，能够减少资源浪费，充分实现资源的回收利用，达到减少能耗的目的，同时，将要排入大气的剩余烟尘进行脱硫处理，能够减少环境污染；（3）采用高架形式回转窑，将干燥窑置于回转窑下方，能够减少工厂的占地面积，从而降低工程投资。

5.2 技术指标

投产后技术指标：（1）建设规模：年产10万t镍铁合金冶炼生产线；（2）建设投资：3.5亿元RMB（不含地基处理）；（3）占地面积：500亩，其中原料场占地260亩；（4）红土镍矿指标：主要由印度尼西亚进口，矿石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生产指标：镍铁含Ni：10%；30000kVA电炉产量：170t/d·台；平均冶炼电耗：490～520kWh/t焙砂。

6 结语

通过我院的设计实践，我们认为采用我院特有的高架短流程节能新型RKEF工艺（我院专利），高温烟气干燥原料、回转窑高架，高温料直接入炉、密闭圆形电炉冶炼是切实可行的新型RKEF工艺技术路线，达到了节能降耗、节约投资、降低生产成本的目的，给企业带来了良好的经济效益。

在生产实践中，我们认为在以下五个方面还需要进一步研究和探讨：（1）加强在炉型、电炉参数等方面研究，实现工艺节能；（2）在炉衬结构设计及耐火材料选择上加强研究，延长炉窑使用寿命；（3）开展火法工艺过程中产生的低温烟气余热利用研究；（4）加强废渣、烟尘处理的研究，提高资源综合利用水平；（5）将红土镍矿冶炼工艺与不锈钢生产工艺有机结合起来，利用电炉生产的镍铁水直接热装生产不锈钢。

作者简介：费西（1962-），男，陕西西安人，供职于四川省冶金设计研究院，研究方向：钢铁冶金。endprint

4.5 烟气回收利用方案

综合回收利用电炉高温烟气，将干燥窑布置于回转窑下方，就近布置在电炉旁，带来以下优势：（1）电炉高温烟气完全可以满足干燥窑干燥红土矿热量的需求，年节约标煤约2.3万吨；（2）缩短了烟气输送距离，降低建设费用且解决了烟道积灰的问题；（3）电炉烟气中粗颗粒直接进入干燥窑，在干燥红土镍矿过程中，部分沉降，降低烟尘含量，有效节约环保投资。

4.6 自动化控制系统

本工程所有生产过程各种仪表检测参数、电气设备的运行状态及工艺过程控制功能主要由PLC、DCS自动化控制系统实现。

控制系统包括干燥及烟气收尘、烟尘制粒及配料系统、还原焙烧及烟气收尘、电炉冶炼、煤粉制备、高压开关站等。

4.7 环保治理

烟尘治理：全厂大气污染主要来自电炉冶炼烟尘和原料转运、配料、烘干产生的粉尘。电炉及干燥窑烟气除尘系统采用静电除尘；回转窑烟气除尘系统采用静电除尘；原料配料除尘系统采用布袋除尘。除尘效率99.0%，除尘器出口烟气含尘浓度可小于50mg/Nm3，达到环保要求。除尘系统收下的粉尘通过气体输送泵输送到烟尘制粒厂房的粉尘仓里，经制粒造球后作冶炼原料回用。

脱硫：采用RKEF工艺生产镍铁，烟气所含SO2主要为燃料煤和还原煤带入。选用技术成熟、应用普遍的石灰石-石膏湿法脱硫工艺，达到国家环保要求的排放标准。

炉渣处理：炉渣经过水淬处理后可以作为建筑材料的原料，实现炉渣无害化利用。

水处理：设备间接冷却用水在使用过程中仅温度升高，水质未受到污染，建净循环水系统循环使用。冲渣及铸锭用水含少量SS、泥沙，建浊循环系统，废水经沉淀处理后回用，无外排水。

5 投产后的效益和技术指标

5.1 具有效益

投产后可以达到以下效益：（1）以原料直接热装方式提高入炉温度，能够降低冶炼电耗，节省能源；（2）将干燥及焙烧—预还原产生的烟尘进行进一步除尘，并将除尘后产生的颗粒重新输送配料，能够减少资源浪费，充分实现资源的回收利用，达到减少能耗的目的，同时，将要排入大气的剩余烟尘进行脱硫处理，能够减少环境污染；（3）采用高架形式回转窑，将干燥窑置于回转窑下方，能够减少工厂的占地面积，从而降低工程投资。

5.2 技术指标

投产后技术指标：（1）建设规模：年产10万t镍铁合金冶炼生产线；（2）建设投资：3.5亿元RMB（不含地基处理）；（3）占地面积：500亩，其中原料场占地260亩；（4）红土镍矿指标：主要由印度尼西亚进口，矿石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生产指标：镍铁含Ni：10%；30000kVA电炉产量：170t/d·台；平均冶炼电耗：490～520kWh/t焙砂。

6 结语

通过我院的设计实践，我们认为采用我院特有的高架短流程节能新型RKEF工艺（我院专利），高温烟气干燥原料、回转窑高架，高温料直接入炉、密闭圆形电炉冶炼是切实可行的新型RKEF工艺技术路线，达到了节能降耗、节约投资、降低生产成本的目的，给企业带来了良好的经济效益。

在生产实践中，我们认为在以下五个方面还需要进一步研究和探讨：（1）加强在炉型、电炉参数等方面研究，实现工艺节能；（2）在炉衬结构设计及耐火材料选择上加强研究，延长炉窑使用寿命；（3）开展火法工艺过程中产生的低温烟气余热利用研究；（4）加强废渣、烟尘处理的研究，提高资源综合利用水平；（5）将红土镍矿冶炼工艺与不锈钢生产工艺有机结合起来，利用电炉生产的镍铁水直接热装生产不锈钢。

作者简介：费西（1962-），男，陕西西安人，供职于四川省冶金设计研究院，研究方向：钢铁冶金。endprint