北京希倫非焦冶金工程技術(shù)有限公司

　　1 前言

　　處理紅土鎳礦的生產(chǎn)方法有火法（回轉(zhuǎn)爐選擇還原-電爐冶煉鎳鐵法RKEF）、水法、回轉(zhuǎn)爐還原-選礦和高爐冶煉含鎳鐵水等工藝?；鸱ㄕ贾鲗?dǎo)地位，水法在環(huán)保方面遇到不少麻煩減少了該法的利用。回轉(zhuǎn)爐還原-選礦法，不能實(shí)施連續(xù)熱裝損失大量熱能、金屬回收率偏低，尤其回轉(zhuǎn)爐還原部分（粒鐵法 ），其生產(chǎn)工藝不易控制、操作不穩(wěn)定，國(guó)外只有日本大江山冶煉廠采用此法。我國(guó)近10年有的私企建設(shè)了一批類似大江山法（可惜沒有搞準(zhǔn)，既不是大江山法，也不是粒鐵法，生產(chǎn)工藝不成熟，尚無法定型）的鎳冶煉廠。據(jù)說都紛紛下馬倒閉，只有廣西一家在勉強(qiáng)維持生產(chǎn)，（據(jù)說2017年賠本一億元）。

　　2 本文將在下面闡述上述一批倒閉的鎳冶煉廠的出路何在？如何恢復(fù)生產(chǎn)？如何扭虧為盈！

　　我國(guó)最早的回轉(zhuǎn)爐選擇還原-電爐法（RKEF）鎳鐵冶煉的首創(chuàng)原創(chuàng)試生產(chǎn)1961年應(yīng)阿爾巴尼亞黨和政府對(duì)我國(guó)政府的請(qǐng)求并緣于中阿友好，中國(guó)政府決定對(duì)當(dāng)時(shí)享譽(yù)盛名的“歐洲的一盞明燈”---阿爾巴尼亞---進(jìn)行援助，即利用該國(guó)豐富的紅土鎳礦資源建設(shè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品和鎳鐵。

　　1962年初原冶金部下達(dá)給北京鋼鐵研究總院、北京礦冶研究總院、北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院、吉林鐵合金廠等單位承擔(dān)上述援阿任務(wù)。 這項(xiàng)龐大持久的國(guó)家重大援阿任務(wù)從1962年開始到1970年歷時(shí)8年斷斷續(xù)續(xù)完成了中試線和樣板廠的設(shè)計(jì)、建設(shè)和試生產(chǎn)。本文作者侯希倫教授作為本單位現(xiàn)廠操作負(fù)責(zé)人參加了 8年試生產(chǎn)的全過程。

　　2.1 吉林援阿鎳鐵和煉鋼中試線試生產(chǎn)

　　2.1.1 工藝方案選擇

　　從1）氨侵提鎳-尾礦高爐煉鐵（水法）、2）石油裂化氣---豎爐直接還原、3）回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)粒鐵和4）回轉(zhuǎn)爐-鎳鐵電爐（RKEF）-半鋼電爐-電爐煉鋼的4個(gè)方案中優(yōu)選出第4）項(xiàng)的電冶流程。因?yàn)榘?guó)有豐富廉價(jià)的水電并參考了東歐經(jīng)互會(huì)的流程[1]。這就是中國(guó)最早實(shí)施的首創(chuàng)原創(chuàng)回轉(zhuǎn)爐選擇還原--電爐冶煉鎳鐵法（RKEF）經(jīng)典工藝流程[2]。

　　2.1.2 中試線試生產(chǎn)

　　從1962年12月到1965年10月期間三年內(nèi)，在吉林鐵合金廠斷續(xù)完成了試生產(chǎn)。試生產(chǎn)規(guī)模為年處理1萬噸紅土礦。

　　試生產(chǎn)期間共用紅土礦2829噸，生產(chǎn)出還原礦2562噸，鎳鐵192,8噸，半鋼741噸，鋼錠135噸，鋼材100噸。用半鋼生產(chǎn)出4種碳素結(jié)構(gòu)鋼，用所產(chǎn)鎳鐵和半鋼生產(chǎn)出不銹鋼以及合金鋼。進(jìn)行了鍛材、線材、冷拔材、薄板、無縫管的一系列試生產(chǎn)，得出40余種不同規(guī)格的產(chǎn)品，如直徑6,5-150mm圓鋼，0,6mm薄板等[3]?！　?/p>

表1 阿爾巴尼亞紅土礦化學(xué)成分，%：
 

T.Fe     FeO     SiO₂     Al₂O₃     CaO     MgO     S      Cr₂O₃    Ni      P₂O₅

　　根據(jù)熱力學(xué)分析[4]在回轉(zhuǎn)爐溫度條件下NiO容易還原并優(yōu)先于FeO徹底還原。所以對(duì)處理阿紅土礦采取優(yōu)先完全還原NiO,部分還原FeO的選擇還原工藝。當(dāng)紅土礦中鐵和鎳的金屬化率分 別達(dá)到25%和95%左右時(shí)，可生產(chǎn)出含鎳15%的鎳鐵。

　　紅土礦選擇還原-電爐冶煉鎳鐵工藝,鐵和鎳的回收率分別為90%和91%。

　　鎳鐵的熔點(diǎn)高,出爐時(shí)容易凝固，所以出鐵溝要短，出鐵系統(tǒng)必須緊湊。

　　回轉(zhuǎn)爐碳耗：80-100 kg 焦屑/t 還原礦。當(dāng)時(shí)應(yīng)當(dāng)使用反應(yīng)性優(yōu)于焦屑，而且價(jià)廉的褐煤/煙煤代替焦屑。

　　鎳鐵冶煉電耗為650kwh/t還原礦；

　　半鋼冶煉鐵的回收率為94%；脫鉻率95%；

　　半鋼冶煉使用高FeO(60%)鎳鐵渣作為原料生產(chǎn)半鋼的冶煉電耗為1700kwh/t 半鋼。

　　在當(dāng)時(shí)對(duì)于鎳鐵爐和半鋼爐研發(fā)出特制的爐用變壓器[5]。

　　試生產(chǎn)使用的鎳鐵電爐容量為 1000KVA,三相，石墨電極，直徑250mm(自焙電極直徑350mm)，爐膛直徑2000mm.變壓器特點(diǎn)是低電壓（最低電壓44V）、大電流（二次側(cè)最大電流7000A）、大電壓范圍、多級(jí)（44-135V；27級(jí)）有載切換。

　　半鋼電爐冶煉。

　　利用出爐液態(tài)鎳鐵渣（含F(xiàn)eO 60%）作為原料在高溫（1350 0C）熔融狀態(tài)下加入半鋼電爐冶煉半鋼。高FeO物料在冶金爐內(nèi)高溫條件下進(jìn)行還原反應(yīng)，一直是困擾冶金界的技術(shù)難題。在高溫還原FeO物料時(shí)，F(xiàn)eO可以在數(shù)日內(nèi)對(duì)冶金爐襯造成災(zāi)難性浸蝕被迫停產(chǎn)。經(jīng)互會(huì)為了避開這個(gè)技術(shù)難題不敢作FeO熔融還原，而是采取鎳鐵渣冷裝入電爐,造成大量熱損失和減少經(jīng)濟(jì)效益。

　　當(dāng)時(shí)試生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人蔡博教授，知名煉鐵資深專家，此前曾長(zhǎng)期擔(dān)任鞍鋼煉鐵廠廠長(zhǎng)、他采取的技措是請(qǐng)他的老部下鞍鋼高爐冷卻水高級(jí)技師詹建功設(shè)計(jì)并安裝了水冷爐壁、水冷渣口并采用掛渣皮技術(shù)，一舉解決了這項(xiàng)技術(shù)難題，爐襯工作4-6個(gè)月后仍可使用[2],這是超高FeO渣熔融還原工藝，這是半個(gè)世紀(jì)，53年前完成的！。到了2018年的今天Hismelt熔融還原法（新工廠SRV爐）不是還在攻關(guān)嗎[6]，關(guān)鍵是不僅要有水冷爐壁還要開發(fā)掛渣皮技術(shù)。這里講的掛渣皮技術(shù)，不是文獻(xiàn)[6]講的通過水冷壁內(nèi)表面的溫降自然形成的渣皮保護(hù)，而是要采取專門措施特意制造渣皮技術(shù)。當(dāng)然他們還沒有悟到這一層門道。順便再說一句，SRV爐配前置爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，渣鐵分離不好（爐渣含F(xiàn)eO偏高，鐵損大）。

　　熔融還原法采取先融化后還原或者邊融化邊還原的不合理的冶金原理，注定造成煉鐵本身所不需要的爐襯快速浸蝕和超高溫工藝操作,尤其碳排放較高。

　　2.2 橫山援阿鎳鐵和煉鋼樣板廠試生產(chǎn)

　　在吉林鎳鐵和煉鋼中試線試生產(chǎn)成功的基礎(chǔ)上，用其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)群作為設(shè)計(jì)依據(jù)，在浙江省建德縣橫山建設(shè)了橫山援阿鋼鐵廠樣板廠，建立了1:1的工廠生產(chǎn)規(guī)模，以便先在國(guó)內(nèi)試生產(chǎn)，然后再給阿國(guó)建設(shè)一模一樣的廠，作到工程和工藝技術(shù)穩(wěn)妥可靠萬無一失，因?yàn)槲覈?guó)此前沒有處理紅土礦經(jīng)驗(yàn)。

　　試生產(chǎn)時(shí)間：1965-1967年4月，洽在文化大革命時(shí)期，作者參加了試生產(chǎn)全過程。

　　生產(chǎn)規(guī)模：年處理10萬噸紅土礦和年產(chǎn)鋼3萬噸。

　　樣板廠試生產(chǎn)期間消耗阿紅土礦2,05萬噸，得到978,4噸鎳鐵（含鎳15%）和2600噸含鉻生鐵（當(dāng)時(shí)的杭州會(huì)議決定將半鋼改為鐵水，以便工藝靈活，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼）。

　　主要設(shè)備

　　選擇還原用回轉(zhuǎn)爐：直徑2.5m X 長(zhǎng)60m  一臺(tái); 斜度4%，轉(zhuǎn)速 0.5-1.35 轉(zhuǎn)/分，沿爐體設(shè)置進(jìn)行二次燃燒的送風(fēng)系統(tǒng)。裝備了出爐還原礦經(jīng)密封料罐熱裝加入鎳鐵電爐系統(tǒng)。

　　鎳鐵電爐

　　電爐采用鎂磚爐襯，水冷爐壁 旋轉(zhuǎn)爐底，自焙電極/石墨電極供電，冶煉產(chǎn)生的煤氣經(jīng)濕式凈化系統(tǒng)除塵后送入煤氣柜。

　　 　　表2 鎳鐵電爐主要技術(shù)參數(shù)       半鋼（生鐵）電爐主要技術(shù)參數(shù)
 

序號(hào)  名      稱           數(shù)    據(jù)                      數(shù)    據(jù)

1.   電爐容量              8.0 MVA                       8.0    MVA

2.   二次側(cè)電壓            90-180 V                       90-180 V

3.   二次側(cè)最大電流         41600A                        41600 A

4.   電極直徑              870mm                          870 mm

5.   電極電流密度          7,0A/cm²                       7,0 A/cm²

6.   電極中心分布圓直徑    2250 mm                       2250mm

7.   電極最大行程          1500 mm                       1500 mm

8.   電極最大提升速度      500 mm/min                    500 mm/min

9.   熔池直徑              5880 mm                       5480mm

10.  單位熔池面積功率      295 KVA/m²                                         340 KVA/m²

11.  爐膛高度              2300 mm                       2300mm

12.   爐底旋轉(zhuǎn)速度          0.5-2.0 小時(shí)/轉(zhuǎn)               -----

　　1967年初阿爾巴尼亞政府代表團(tuán)訪問橫山援阿鎳鐵和煉鋼樣板廠時(shí),代表們手持毛主席語錄小紅書以感激欣賞歡欣鼓舞的心情振臂高呼：毛主席萬歲，毛主席萬歲！他們回國(guó)后向全球宣布，中國(guó)將為阿國(guó)援建鎳鐵生產(chǎn)和鋼鐵廠。

　　3對(duì)中國(guó)一些私企處理紅土鎳礦工藝技術(shù)的結(jié)論性評(píng)議近十年掀起一股研發(fā)日本大江山法處理紅土鎳礦工藝技術(shù)熱潮。可能研發(fā)人員大多是搞選礦和非直接還原專業(yè)的，所以對(duì)回轉(zhuǎn)爐還原紅土鎳礦的工藝技術(shù)缺乏生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)以及測(cè)試研發(fā)造詣。

　　3.1 回轉(zhuǎn)爐還原紅土鎳礦-磁選冶煉廠已投產(chǎn)4年多以來未見關(guān)于物料平衡、熱平衡、硫平衡、碳平衡的資料報(bào)導(dǎo)。

　　3.2 缺乏對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的回轉(zhuǎn)爐測(cè)試技術(shù)。例如是否作過沿爐身全長(zhǎng)紅土鎳礦在爐內(nèi)還原行為全過程的測(cè)驗(yàn)。

　　3.3 回轉(zhuǎn)爐料層內(nèi)和自由空間的溫度、氣體行為測(cè)驗(yàn)。

　　3.4 致命短板之一是紅土鎳礦混和料壓塊入爐粉化嚴(yán)重。

　　所用印尼紅土鎳礦含鐵雖然不高（18%）[7]，但是壓塊在回轉(zhuǎn)爐的還原過程中仍然遵循鐵礦還原規(guī)律，那就是壓塊在還原過程中不可避免要發(fā)生赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦的相變，引起熱強(qiáng)度的猛烈下降。因?yàn)槌噼F礦是剛玉型菱形斜方晶格，是各向異性的六方晶系晶體。磁鐵礦是立方晶格，各向同性的等軸晶體。由于這兩種礦物的性質(zhì)差別，當(dāng)赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，致使壓塊膨脹粉化。內(nèi)應(yīng)力的大小決定壓塊抗壓強(qiáng)度下降和粉化程度。

　　作者采用冷固結(jié)法/低溫壓塊法所做球團(tuán)，可以不發(fā)生球團(tuán)強(qiáng)度下降。對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)的熱轉(zhuǎn)鼓測(cè)定表明，粉化率（< 5 mm）僅為3,2%。

　　用冷固結(jié)球團(tuán)作為原料加入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行直接還原所作的中試線試生產(chǎn)（生產(chǎn)規(guī)模為3500t 還原鐵/年），效果良好，球團(tuán)粉化率很低（見下表3）。

 　　表3 冷固結(jié)球團(tuán)直接還原中試線試生產(chǎn)粉化率結(jié)果
 

　　作者研制的抗粉化球團(tuán)/壓塊。
……

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