镍铁冶炼的工艺.docx

镍铁冶炼的工艺文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]有关铁冶炼的工艺：虽然红土镍矿处理工艺主要分为湿法冶炼工艺和火法冶炼工艺，但目 前世界范围内比较成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁合金的工艺方法仍旧以 火法冶炼为主火法冶炼镍铁是在高温条件下，以C （或Si）作还原剂，对矿中的 NiO及其他氧化物（如FeO）进行还原而得同时采用选择性还原工艺， 合理使用还原剂，按还原顺序NiO、FeO、Cr2O3、SiO2进行还原反应NiO+C—Ni+COf T=420°C （1）FeO+C-Fe+COf T=650C （2）Cr2O3+C-Cr+ COtSiO2+C-Si+COf因不同产地的镍矿成分不同，NiO及各种氧化物之间组成的化合物也 有所不同，因而，在镍铁冶炼过程中，其实际反应较复杂反应生成的 Ni和Fe能在不同比例下互溶，生成镍铁从上述（1）、（2）反应式中可看出：NiO、FeO还原反应开始温度 较低，而且，NiO的开始反应温度比FeO约低200C；因而，火法冶炼镍 铁过程中，尽管所采用的镍矿NiO含量较低，但NiO 90%以上被还原， 而且，在Ni/Fe很低的情况下，可通过不同的工艺操作，使产品含Ni 量提咼到较咼水平，与铁合金其他产品（如咼碳铬铁、硅合金等）相比，电炉粗镍冶炼难度相对较低。

目前我国镍铁冶炼主要采用高炉法和电炉法两种：1、 高炉法：镍矿f脱水、烧结、造块f配入焦炭、熔剂f高炉冶炼f粗镍铁f精 炼降Si、C、P、Sf镍铁在国内，近年采用的火法冶炼镍铁较为普遍，主要是借用于现有炼铁 小高炉直接转产，具体操作与小高炉生产生铁操作相似，特别适合于使 用低Ni、高Fe镍矿生产低Ni镍铁（含镍生铁）该工艺仍以焦炭燃烧放热作为冶炼热能，入炉镍矿中FeO可被焦炭中 的C充分还原，故粗镍铁中的Ni含量高低基本受限于入炉镍矿Ni / Fe 的比值大小由于国家限制400立方米以下小高炉的使用，而使用矿热电炉，利 用低镍高铁镍矿，直接生产低Ni镍铁，其工艺的合理性和易操作性，似 乎不及高炉法，因而采用大容量高炉冶炼低Ni镍铁值得关注和研究2、 电炉法镍矿f脱水、造块f配入焦炭、熔剂f电炉冶炼f粗镍铁f降C、Si、P、S精炼f镍铁电炉法是以C作还原剂，在电能高温条件下，对镍矿中的NiO、FeO 等氧化物进行还原，冶炼出镍铁，因而，在电炉冶炼过程中，调整合适 的配炭量，限制FeO还原，可生产出Ni含量较高的电炉镍铁国外火法冶炼镍铁主要采用此工艺，国内厂家生产含Ni大于10%的 产品时亦普遍采用。

主要冶炼设备为矿热电炉，国内个别厂家也有使用 与电弧炉结构相似的电炉生产(其设备最大容量为9 MVA)，其镍矿预处 理方式，冶炼工艺的具体操作，精炼工艺设备配套情况及精炼效果均不 尽相同，各项指标对比也存在一定差异2009 年 02 月11 日 08:42 生意社生意社 02月 11 日讯由于炼钢技术的进步，原来采用纯镍类原料冶炼合金钢和不锈钢的钢厂，从经济角度考虑已改用非纯镍类，因此，火法冶炼发展很快处理红土镍矿的火法冶炼有两种冶炼方法，一种方法是用鼓风炉生产，另一种方法是电炉还原熔炼得到镍铁由于鼓风炉冶炼是最早的炼镍方法之一，随着生产规模扩大、冶炼技术进步、炼钢厂对镍类原料要求的提高，以及环境保护要求的提高，这一方法已逐步被淘汰采用电炉熔炼：(1)熔池温度易于控制，可以达到较高的温度，可处理含难熔物较多的原料，炉渣易于过热，有利于四氧化三铁的还原，渣含有价金属较少；(2)炉气量较少，含尘量较低；(3)生产容易控制，便于操作，易于实现机械化和自动化因此，电炉熔炼是发展趋势由于红土镍矿熔点在1600〜1700K之间，组成红土镍矿的矿物氧化 物稳定性依次为：Ca0>Si02>Fe203>Ni0，氧化物稳定性大小决定该元素 的还原性大小，因此，红土镍矿中各氧化物在还原性气氛中还原顺序 为：Ni0>Fe203>Si02>Ca0。

为了提高镍铁产品质量，电炉镍铁冶炼采用 选择性还原原理，即缺碳操作：在电炉还原熔炼的过程中几乎所有的镍 氧化物都被还原成金属，而铁则不必全部还原成金属铁，铁的还原程度 通过还原剂焦炭的加入量加以调整，镍的比重较大，在生产中容易造成 炉墙和炉底被侵蚀或烧穿(生产周期短的不到1个月)，电极事故频繁， 产品含镍低因此，电炉镍铁冶炼关键技术是：(1)延长炉龄，(2)减少 电极事故，(3)提高产品含镍量和镍的回收率电炉镍铁冶炼技术措施1) 采用镁质材料筑炉，在筑炉过程中要配好粘合剂并控制用量；捣打时，每一层铺料厚度为40—60mm，并用风镐捣打紧密，捣打完扒毛后，方可铺料捣打下一层；在烘炉过程中要把水分烘干2) 采用炭砖筑炉，改炭砖平放为竖放，并在炭砖中部打眼用小石墨 电极连接成整体，砖缝用炭质材料填充，同时用风镐捣打紧密3) 在筑炉时，两个出铁口要有一定高差，生产前期使用高位出铁口，当炉底侵蚀到一定程度时使用低位出铁口4）控制配碳量和提高二次人炉电压，控制电极下插深度，防止炉底侵蚀5） 控制好渣型，尤其是渣中的FeO含量，其既影响渣的导电性，又影响渣的熔点，最终影响镍的回收率6） 镍矿在人炉前需要预先经过干燥脱水，在干燥和预热时控制好配 碳量和水分，有利于减少翻渣事故发生，同时也有利于因翻渣引起的电极事故。

7） 电极压放时，要勤放、少放；有条件的也可改用炭素电极或石墨电极8）加强冶炼操作，勤观查，勤调节参考链接：镍铁-主要的消耗指标电能的消耗占鎳铁总成本的30%〜33%每吨商品鎳铁的电力消耗与矿 石的鎳含量相关，在矿石鎳含量为1.5%时，电能消耗约为600kWh / t 干矿石在矿石的镍含量为2．5%时，每吨镍铁的电能消耗降到 400kWh国外购入的含镍1. 5%〜2. 0%的氧化镍矿石，其消耗量大致是12t/t镍铁还原剂（无烟煤的煤粉）大约占矿石数量的 8％；各种燃料的重量是 50kg/t 镍铁；氧气 80m3/t 镍铁；石灰 5kg/t 焙烧前的矿石镍铁精炼工艺为了去除粗制镍铁中的杂质，采用了三步精炼工艺首先，从矿热炉放出粗制镍铁水到铁水包中，在这里向铁水包内加入苏打灰，加入的比例是每 吨镍铁水14kg，镍铁水中的硫可以降到0. 015〜0. 08%也可以向铁水包中喷入钝化的镁颗粒， 这需要用特殊的蒸发器将颗粒镁喷入铁包内1.5m左右的深处这种工艺可以将镍铁水中的硫含量 降到0.015%以下（近年来中国 20多家钢铁公司从乌克兰引进这种工艺，应用于高炉铁水脱 硫）将脱硫处理后的镍铁水上面的渣子倒掉以后，兑入到一座用酸性耐火材料做炉衬的氧气顶吹转 炉中。

在酸性氧气顶吹转炉中，通过吹氧，硅被氧化，此时熔池的温度快速提高为了控制合适的 熔池温度，需要向炉内加入生产过程中产生的金属废弃物或者购入的含镍的废料经过脱硅处理后的镍铁水再被装入到一座相同吨位的碱性氧气顶吹转炉中，通过顶吹氧气，去除镍铁水中的碳、磷及其它杂质为了造碱性的炉渣和降温，向转炉内加入石灰石在有充足的含 镍废料时，可以用石灰代替石灰石从碱性氧气顶吹转炉中出来的镍铁水中的杂质含量已经符合商品镍铁标准的要求，含镍量提高 到 20％左右，可以作为商品镍铁出售上面这些操作是通过计算机控制系统来完成的3．帕布什镍厂的主要工艺装备和主要原料材料的消耗指标这个工厂有两条平行的工艺生产路线每一条生产线上都装备有二台回转窑、一台变压器功率 为 48MVA 的矿热炉（矿石还原炉）、一座容量为 40t 的酸性顶吹转炉、一座容量为 40t 的碱性氧气 顶吹转炉二条生产线2004年产镍铁8.5万t （折合镍金属为1. 7万t ）主要的消耗指标是：电能的消耗占镍铁总成本的30%〜33%每吨商品镍铁的电力消耗与矿石的镍含量相关，在矿 石镍含量为1. 5%时，电能消耗约为600kWh / t干矿石在矿石的镍含量为2. 5%时，每吨镍铁 的电能消耗降到 400kWh。

国外购入的含镍1. 5%〜2. 0%的氧化镍矿石，其消耗量大致是12t/t镍铁还原剂（无烟 煤的煤粉）大约占矿石数量的8%；各种燃料的重量是50kg/ t镍铁；氧气80m3 / t镍铁；石灰5k g/t 焙烧前的矿石4.粗制镍铁的二步法精炼工艺帕布什镍铁厂正在进行的扩建工程将采用多项先进技术下面介绍重点研究的二项技术（二步精炼工艺、直接冶炼镍基不锈钢）因为硫可以在转炉中脱除，因此可以将铁水包脱硫和酸性转炉脱硅合并在一个转炉中进行第 一个转炉是酸性转炉，将其改造为顶底复合吹炼的碱性转炉，通过底吹氩气（氮气），在这个转炉 中可以实现在还原性气氛下脱硅和脱硫从第一个转炉出来的镍铁水再进入第二个转炉内脱磷，在冶炼过程中要向炉内加入石灰石，保证合适的冶炼温度在这个转炉中冶炼合格的镍铁水送到铸造车间铸成块，其含镍金属的量为 2 0％5．用粗制镍铁直接冶炼不锈钢的工艺在上面的二步法精炼工艺中，只要将第二个转炉改造为GOR转炉，就可以直接生产出合格的30 0系列的不锈钢现在以10tGOR转炉采用这种工艺流程直接生产不锈钢的生产过程为例说明这个流 程乌克兰冶金学院等大学和科研机构在前苏联时期开发出 GOR 转炉。

用这种转炉做为粗制镍铁精 炼的第二座精炼转炉，可以直接生产X18H9（相当于中国的0Cr18Ni9）为代表的镍基不锈钢系列的各 种钢种这种转炉是一种顶底复合吹炼的转炉；顶吹氧枪通过向炉内供氧，达到脱磷的目的；底吹 喷嘴数量为 3 个，套管式的底吹喷嘴向炉内输送氧气、氮气、氩气、天然气及其这些气体的混合气 体，达到脱磷（吹氧阶段）、深度脱硫、脱碳的目的这个炉子的原料除了从第一座脱硅、脱硫的 精炼转炉来的热态镍铁水以外，还要加入直接来自矿热炉的粗制镍铁、石灰、大量的铬铁（以保证 成分合格为限量），从而得到合格的不锈钢水这些钢水被浇铸成钢锭，供给无缝管轧机或带钢的初轧机镍厂工程建设并为帕布什厂的建设提供专利技术的乌克兰专家来华进行 技术交流这期间，对使用低含镍量的氧化镍矿石直接生产镍基不锈钢 的课题进行了深入的讨论第二座精炼转炉在顶吹氧脱磷任务完成以 后，可以直接转入GOR转炉的基本冶炼工艺，这时的主要任务就是进行 铬的合金化计算表明，为了冶炼合格的 300 系列不锈钢，一般要加入 300kg／t 的高碳铬铁这些铬铁的熔化和提高温度所需要的热量来自加 入第二座精炼转炉（GOR转炉）中的粗制镍铁中的硅氧化产生的热量。

在 向GOR转炉加入铬铁以前，先向GOR转炉中加入这些粗制的镍铁会谈得出的结论是，这种方案将是不锈钢生产工艺中最有竞争力的一种 创新工艺技术，用这种工艺生产不锈钢可以不用建设电炉熔化废钢以生 产初炼钢水，节省了很多的投资这种工艺大大的节省了熔化镍铁和生 产初炼钢水的电能，还使得镍铁精炼过程中被当做杂质而必须被氧化掉 的金属铁直接进入不锈钢中，成为不锈钢中必须含有的金属铁在有不 锈钢废钢资源时，还可以直接向精炼转炉中加入不锈钢废钢，降低熔化 这些冷料所消耗的能量乌克兰专家强调：用 12t 湿的氧化镍矿石，生产 1t 的粗制镍铁水，其中 含有140〜180kg的金属镍，利用上述的工艺，只需要加入高碳铬铁，则可以直接生产出2t左右300系列的不锈钢，其成本比普通的冶炼工艺低 很多这种工艺在不直接生产不锈钢时，也可以生产含镍 20％的镍铁直 接销售6．这种工艺适合于铁合金厂或小型转炉厂生产产品的转型低镍含量的氧化镍矿石可以从东南亚国家购入，例如可以从新克里多尼亚的巴赫德公司的矿山或印度尼西亚硅镁镍矿购买、这两个矿山的镍矿 含。