趙慶杰

　　東北大學(xué)鋼鐵冶金研究所

　　1、前言

　　回轉(zhuǎn)窯還原——磁選分離生產(chǎn)鎳鐵工藝的原型是上世紀(jì)30年代德國(guó)開發(fā)的一種古老的非高爐煉鐵技術(shù)，即“克虜伯-雷恩法(Krupp--Renn法)”。我國(guó)依據(jù)該工藝產(chǎn)品是顆粒狀鐵將該工藝譯稱為”回轉(zhuǎn)窯粒鐵法“，簡(jiǎn)稱為“粒鐵法”。 “粒鐵法”原來(lái)是處理不可選的低品位酸性脈石的鐵礦生產(chǎn)顆粒狀鐵的工藝技術(shù)。

　　日本金屬公司大江山廠自上世紀(jì)四、五十年代開始，采用該工藝以紅土鎳礦為原料生產(chǎn)鎳鐵，該廠對(duì)原材料的預(yù)處理、工藝設(shè)備、操作做了大量研究和改進(jìn)，生產(chǎn)取得較好的成效，通常在鎳鐵行業(yè)將該法稱為“大江山法”，或“回轉(zhuǎn)窯還原——磁選分離法”。

　　該法以非結(jié)焦煤為還原劑和加熱的能源，紅土鎳礦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)經(jīng)過(guò)干燥、預(yù)熱;鎳、鐵礦物的固態(tài)還原;鎳、鐵礦物還原為金屬態(tài)的鎳、鐵;紅土鎳礦中脈石固相造渣;還原新生成的鎳、鐵聚合長(zhǎng)大成1.20～30.0mm的鎳鐵顆粒，鎳鐵顆粒懸浮在高粘度的熔渣中，并隨同爐渣一塊排出回轉(zhuǎn)窯?；剞D(zhuǎn)窯排出的爐料經(jīng)水淬—選擇性破碎—重選、磁選獲得顆粒狀含Ni 10～20%的鎳鐵。純凈的大顆粒鎳鐵直接供不銹鋼生產(chǎn)使用，含有部分渣的細(xì)顆粒鎳鐵作為鎳的捕捉劑和返料重新加入回轉(zhuǎn)窯的配料。

　　該工藝的特點(diǎn)是：冶煉溫度遠(yuǎn)低于礦熱爐，產(chǎn)品中非鐵雜質(zhì)元素含量低;以廉價(jià)動(dòng)力煤為還原劑和加熱的能源，生產(chǎn)無(wú)需加入過(guò)多的添加劑、造渣劑，單位產(chǎn)品的渣量低，能耗低、生產(chǎn)成本低。與礦熱爐法、回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱預(yù)還原——電爐熔煉法(RKEF法)相比具有：能耗低、頓鎳產(chǎn)品電耗低、對(duì)電網(wǎng)容量要求低、鎳回收率高(≯92%)、投資低等優(yōu)點(diǎn)。

　　但該法物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最終呈半熔融態(tài)，操作稍有波動(dòng)極易產(chǎn)生回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粘結(jié)、結(jié)圈等故障;回轉(zhuǎn)窯的操作難度大，且難以實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化;回轉(zhuǎn)窯的作業(yè)率低;耐火材料消耗高;單機(jī)生產(chǎn)能力小，擴(kuò)大單機(jī)生產(chǎn)能力困難等問(wèn)題。加之日本的技術(shù)封鎖，該工藝長(zhǎng)期以來(lái)未得到推廣應(yīng)用。

　　隨著，世界鎳資源供應(yīng)情況的變化，紅土鎳礦(低品位氧化鎳礦)成為我國(guó)鎳金屬生產(chǎn)的主要原料，從能耗、環(huán)境友好、生產(chǎn)成本、綜合利用低品位鎳資源等角度的綜合分析，回轉(zhuǎn)窯還原——磁選分離法生產(chǎn)鎳鐵是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)的沉積型紅土鎳礦處理方法，雖然，該工藝存在某些缺欠，但從技術(shù)層面是紅土鎳礦冶煉的最佳工藝之一。

　　近年來(lái)，我國(guó)建成“回轉(zhuǎn)窯還原——磁選分離工藝”紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵生產(chǎn)線數(shù)十條，生產(chǎn)線分布于黑龍江、遼寧、河北、河南、山東、山西、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西、云南、貴州、四川等地。但這些生產(chǎn)線多數(shù)未能順利投入正常生產(chǎn)運(yùn)行，或生產(chǎn)效果不理想。存在的主要問(wèn)題有：工藝流程不順暢，入窯的爐料處理困難;回轉(zhuǎn)窯“粘結(jié)”，“結(jié)圈”事故頻發(fā)，生產(chǎn)穩(wěn)定性差;鎳的回收率低，遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期;甚至，有的生產(chǎn)線經(jīng)多次開爐未能獲得合格產(chǎn)品，生產(chǎn)線處于閑置狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)損失巨大，急切尋求解決方案。

　　通過(guò)對(duì)部分生產(chǎn)線裝備情況及生產(chǎn)情況的調(diào)研、了解和分析，發(fā)現(xiàn)許多生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型、操作控制等方面有值得分析和探討的必要。

　　作者依據(jù)上世紀(jì)七十年代，我國(guó)“粒鐵法”試驗(yàn)、工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)操作，以及我國(guó)回轉(zhuǎn)窯直接還原技術(shù)開發(fā)研究、生產(chǎn)運(yùn)行的的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。結(jié)合“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯和直接還原回轉(zhuǎn)窯操作的體會(huì)，對(duì)回轉(zhuǎn)窯還原—磁選分離生產(chǎn)鎳鐵工藝生產(chǎn)運(yùn)行中的一些問(wèn)題進(jìn)行解析和探討，期望能為推動(dòng)我國(guó)回轉(zhuǎn)窯還原—磁選分離鎳鐵生產(chǎn)發(fā)展盡一點(diǎn)綿薄之力。但受學(xué)識(shí)水平的限制，文中錯(cuò)誤和認(rèn)識(shí)的偏頗在所難免，懇請(qǐng)批評(píng)、指正。

　　2、回轉(zhuǎn)窯還原—磁選分離工藝過(guò)程和特征

　　回轉(zhuǎn)窯還原—磁選分離工藝，即“粒鐵法”是一個(gè)古老、成熟的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，在上世紀(jì)40年代，世界曾有數(shù)十條“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯在生產(chǎn)。以紅土鎳礦為原料，采用“粒鐵法”工藝生產(chǎn)鎳鐵在日本、希臘已成功生產(chǎn)數(shù)十年。尤其是目前朝鮮有數(shù)十條“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯在長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，生產(chǎn)的粒鐵是朝鮮鋼鐵工業(yè)的主要鐵源材料。生產(chǎn)實(shí)踐證明：“粒鐵法”是一種可以駕馭的工業(yè)化生產(chǎn)方法。

　　1970年，我國(guó)在遼陽(yáng)建成￠2.30×33.8m“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯，處理含鐵～35%的磁鐵礦，生產(chǎn)TFe>95%的顆粒狀“粒鐵”，成功連續(xù)生產(chǎn)4年。1972年廣東梅州鋼鐵廠建成￠3.60×60.0m“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯，處理低品位磁鐵礦生產(chǎn)TFe>95%的 顆粒狀“粒鐵”，用于電爐煉鋼，連續(xù)生產(chǎn)多年。這兩個(gè)廠后均因高爐生產(chǎn)的發(fā)展而轉(zhuǎn)產(chǎn)。1973年，沈陽(yáng)鋼鐵總廠進(jìn)行了采用“粒鐵法”處理鼓風(fēng)爐銅冶煉渣回收鐵的￠1.60×18.0m半工業(yè)化試驗(yàn)，試驗(yàn)獲得成功。但因經(jīng)濟(jì)效益難以達(dá)到預(yù)期而終止研究。以往的我國(guó)“粒鐵法”的研究、生產(chǎn)為我國(guó)直接還原回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　2.1、回轉(zhuǎn)窯還原—磁選分離的工藝過(guò)程

　　以紅土鎳礦為原料，采用回轉(zhuǎn)窯還原—磁選分離工藝，即“粒鐵法”工藝生產(chǎn)鎳鐵包括：紅土鎳礦入回轉(zhuǎn)窯前的預(yù)處理;回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的鎳礦物、鐵礦物的還原，還原出來(lái)的金屬鎳、鐵的聚合長(zhǎng)大;回轉(zhuǎn)窯還原產(chǎn)品的分離等三個(gè)環(huán)節(jié)。

　　1)、紅土鎳礦入回轉(zhuǎn)窯前的預(yù)處理

　　紅土鎳礦入回轉(zhuǎn)窯前必須進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理通常有：原材料經(jīng)破碎、整粒，配料，混合后以散料狀態(tài)直接入窯法;濕法壓塊或造球法：半干法壓塊或造球法等三種方法。

　　散料直接入窯法：將紅土鎳礦加工成一定粒度的顆粒(≯25mm)，配入適量的還原劑、造渣劑、添加劑，混合均勻后，準(zhǔn)確定量的、連續(xù)加入回轉(zhuǎn)窯還原。該法適用于可以直接破碎、整粒的紅土礦。對(duì)于含水高的沉積型紅土礦，因紅土礦多呈泥狀，破碎、整粒困難，入窯物料粒度難以控制，易引發(fā)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料偏析，破壞生產(chǎn)的穩(wěn)定性等事故，通常不采用散料直接入窯法。

　　紅土鎳礦采用與還原劑、造渣劑混合制塊，可大幅度改善含鐵、含鎳礦物的還原動(dòng)力學(xué)條件，是改善、強(qiáng)化回轉(zhuǎn)窯還原的有效方法。

　　但因紅土礦濕磨后無(wú)法有效脫水，壓塊強(qiáng)度達(dá)不到生產(chǎn)需求，且磨礦、混合、壓球、干燥生產(chǎn)成本過(guò)高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，多條生產(chǎn)線遭遇被迫放棄紅土礦濕法造塊工藝的困境。日本大江山廠采用濕法造塊生產(chǎn)多年，后因造塊成本高等原因改為“半干法壓塊”工藝。我國(guó)在小型試驗(yàn)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線中，采用“半干法壓塊“工藝即：紅土礦干燥——破碎—配料(配入還原劑、添加劑、粘結(jié)劑)—壓塊—壓塊干燥后入窯的方法獲得成功，生產(chǎn)順行，表明采用“半干法壓球“工藝是可行的，是應(yīng)予以嘗試的方法。

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