摘要：文章通過對傳統(tǒng)的RKEF工藝技術進行考察、學習、研究和總結(jié)，經(jīng)技術攻關形成了四川省冶金設計研究院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝，通過優(yōu)化設計，提高焙砂入爐溫度，降低冶煉電耗，充分利用能源，減少能耗并減少環(huán)境污染，項目投產(chǎn)實踐證明，新型RKEF工藝是成功的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：新型RKEF工藝；高溫干燥；回轉(zhuǎn)窯高架；直接入爐；節(jié)能降源

中圖分類號：TF815 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）30-0073-03

1 概述

鎳作為一種貴金屬，具有抗腐蝕、耐氧化、機械強度高、延展性好等特點，是不銹鋼生產(chǎn)中重要的添加劑，尤其是300系不銹鋼不可缺少的重要原料。近年來不銹鋼領域的高速發(fā)展，帶動了鎳鐵生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，很多國家尤其是中國都積極加大對紅土鎳礦的開發(fā)利用。但中國的鎳資源總體不足，除金川以外，多為小型貧礦，品位比較低，目前國內(nèi)所需紅土鎳礦大部分來自東南亞國家，特別是印度尼西亞的紅土鎳礦。因此國家在2011年第9號《產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整指導目錄（2011年本）》中明確將“高效利用紅土鎳礦煉精制鎳合金的回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐（RKEF）工藝技術”列為鼓勵類工藝。國家發(fā)改委2011年4月還正式將鎳合金和紅土鎳礦等戰(zhàn)略資源性產(chǎn)品、原材料納入《鼓勵進口技術和產(chǎn)品目錄》（2011年版）中。

2 紅土鎳礦火法生產(chǎn)鎳鐵合金技術

由于硅鎂質(zhì)型紅土鎳礦中鎂含量高，浸出過程酸耗大，因此這種礦不適合用濕法冶煉，目前較多采用火法工藝處理。常用的紅土鎳礦火法處理工藝有：（1）燒結(jié)-鼓風爐硫化熔煉法（工藝內(nèi)容略）；（2）燒結(jié)-高爐還原熔煉法（工藝內(nèi)容略）；（3）燒結(jié)-電爐還原熔煉法（工藝內(nèi)容略）；（4）回轉(zhuǎn)窯干燥預還原—電爐還原熔煉法（RKEF工藝）。

RKEF工藝是處理紅土鎳礦的經(jīng)典工藝，具有工藝適應性強、鎳回收率高等特點。

傳統(tǒng)的RKEF工藝在處理紅土鎳礦過程中，將含水30%～40%的紅土鎳礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯在800℃干燥脫水和預還原處理后，再送入電爐，在約1550℃～1600℃的高溫下還原熔煉產(chǎn)出鎳鐵。傳統(tǒng)RKEF工藝中，干燥窯、回轉(zhuǎn)窯布置分散，高溫焙砂入爐流程如下：回轉(zhuǎn)窯→保溫料罐→行車（提升至電爐上方，需精確定位）→高位料倉→電爐，高溫焙砂需用專用設備經(jīng)過兩次倒運，這一過程將產(chǎn)生大量粉塵并伴有一定降溫；同時，干燥窯布置較遠，煙氣管道太長，溫降大、積灰嚴重，不利于電爐高溫煙氣（700℃）的充分回收利用。

該工藝適宜于處理鎳含量>1.6%礦石，且要求當?shù)匾谐渑娴碾娏蛉剂瞎?/p>

3 我院設計的原則

通過對傳統(tǒng)的RKEF工藝技術進行考察、學習、研究和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)各廠家在RKEF工藝的配置上差異較大、各有特點（如電爐爐型、上料方式、煙氣熱能利用等），存在著工程投資大、熱能利用不完善、焙砂轉(zhuǎn)運設備多、工序復雜、煙氣輸送易堵管道等問題，鑒于此，我院與業(yè)主方進行技術攻關，形成了我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝，通過優(yōu)化設計，提高焙砂入爐溫度，降低冶煉電耗，充分利用能源，減少能耗并減少環(huán)境污染。我們設計的原則：（1）廠址盡量選擇在交通便利的沿海地區(qū)，靠近碼頭以節(jié)約原料運輸成本；（2）優(yōu)化工廠布局，簡化工藝流程，減少工廠占地，達到節(jié)省投資的目的；（3）在現(xiàn)有RKEF工藝基礎上，優(yōu)化設計，以原料直接熱裝提高入爐溫度，達到降低冶煉電耗的目的；（4）充分利用能源，實現(xiàn)能源的回收利用，達到節(jié)能降耗的目的；（5）采用成熟可靠的環(huán)保技術，達到環(huán)保要求。

4 采用的技術方案

根據(jù)我院的設計原則，結(jié)合業(yè)主方的實際情況，我們在本工程設計中遵循建廠原則并采用了我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝技術方案，項目包括2臺Φ3.6m×40m的干燥回轉(zhuǎn)窯、2臺Φ4.5m×110m回轉(zhuǎn)窯及2臺30MVA電爐以及相應配套的總圖規(guī)劃、原料系統(tǒng)（含轉(zhuǎn)運站、配料站、原料庫、皮帶機等）、供配電系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、通風除塵系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、機修、檢化驗、環(huán)保設施、消防安全設施等構成。

4.1 廠址選擇及總圖布置

由于進口紅土鎳礦鎳品位低、水分大，遠距離運輸費用成本高，項目廠址選在交通便利的沿海地區(qū)。

4.2 紅土鎳礦貯存

紅土鎳礦由碼頭卸料后通過棧橋運入廠區(qū)原料堆場堆存，其余燃料及輔助材料通過汽車進廠入干燥原料棚或相關庫房貯存。由于采用進口紅土鎳礦，因此需要較大的原料堆場。

4.3 冶煉工藝

4.3.1 RKEF工藝流程：

干燥：紅土礦一般含有30%～40%的水分，采用回轉(zhuǎn)干燥窯，主要脫出礦石中的部分自由水。

焙燒—預還原：采用回轉(zhuǎn)窯選擇性還原部分鎳和鐵。礦石被焙燒脫水和預還原后在保溫狀態(tài)入爐。

電爐熔煉：還原金屬鎳和部分鐵，將渣和鎳鐵分開，生產(chǎn)鎳鐵合金。

4.3.2 工藝簡述：

電爐熔煉采用全密閉圓形電爐熔煉焙砂。

電爐需要的焙砂由焙燒回轉(zhuǎn)窯直接熱裝入焙砂保溫倉，焙砂保溫倉布置在電爐上方，再通過加料管加入電爐。加料倉設有蓋板，防止熱損失和煙塵泄露。電爐采用交流電爐熔煉，操作采用高電壓、低電流模式。焙砂在電爐內(nèi)熔化后分成渣和金屬兩相，焙砂中殘留的碳將鎳和部分鐵還原成金屬，形成含鎳10%以上的鎳鐵合金。還原過程產(chǎn)生大量的電爐高溫煙氣，經(jīng)煙道輸送供回轉(zhuǎn)式干燥窯干燥紅土礦用，以節(jié)約部分煤粉。每座電爐設兩個出鐵口，熔融金屬通過出鐵口定期出鐵，鎳鐵水由鐵包車運到鑄錠機澆鑄。爐渣采用水淬渣處理。

4.4 優(yōu)化工藝設計

（1）回轉(zhuǎn)窯采用高架形式，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，減少了工廠占地面積；（2）焙砂通過爐頂保溫料倉直接熱裝入爐冶煉，提高原料入爐溫度，減少了熱能損失。endprint

4.5 煙氣回收利用方案

綜合回收利用電爐高溫煙氣，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，就近布置在電爐旁，帶來以下優(yōu)勢：（1）電爐高溫煙氣完全可以滿足干燥窯干燥紅土礦熱量的需求，年節(jié)約標煤約2.3萬噸；（2）縮短了煙氣輸送距離，降低建設費用且解決了煙道積灰的問題；（3）電爐煙氣中粗顆粒直接進入干燥窯，在干燥紅土鎳礦過程中，部分沉降，降低煙塵含量，有效節(jié)約環(huán)保投資。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

本工程所有生產(chǎn)過程各種儀表檢測參數(shù)、電氣設備的運行狀態(tài)及工藝過程控制功能主要由PLC、DCS自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)包括干燥及煙氣收塵、煙塵制粒及配料系統(tǒng)、還原焙燒及煙氣收塵、電爐冶煉、煤粉制備、高壓開關站等。

4.7 環(huán)保治理

煙塵治理：全廠大氣污染主要來自電爐冶煉煙塵和原料轉(zhuǎn)運、配料、烘干產(chǎn)生的粉塵。電爐及干燥窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；原料配料除塵系統(tǒng)采用布袋除塵。除塵效率99.0%，除塵器出口煙氣含塵濃度可小于50mg/Nm3，達到環(huán)保要求。除塵系統(tǒng)收下的粉塵通過氣體輸送泵輸送到煙塵制粒廠房的粉塵倉里，經(jīng)制粒造球后作冶煉原料回用。

脫硫：采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵，煙氣所含SO2主要為燃料煤和還原煤帶入。選用技術成熟、應用普遍的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，達到國家環(huán)保要求的排放標準。

爐渣處理：爐渣經(jīng)過水淬處理后可以作為建筑材料的原料，實現(xiàn)爐渣無害化利用。

水處理：設備間接冷卻用水在使用過程中僅溫度升高，水質(zhì)未受到污染，建凈循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。沖渣及鑄錠用水含少量SS、泥沙，建濁循環(huán)系統(tǒng)，廢水經(jīng)沉淀處理后回用，無外排水。

5 投產(chǎn)后的效益和技術指標

5.1 具有效益

投產(chǎn)后可以達到以下效益：（1）以原料直接熱裝方式提高入爐溫度，能夠降低冶煉電耗，節(jié)省能源；（2）將干燥及焙燒—預還原產(chǎn)生的煙塵進行進一步除塵，并將除塵后產(chǎn)生的顆粒重新輸送配料，能夠減少資源浪費，充分實現(xiàn)資源的回收利用，達到減少能耗的目的，同時，將要排入大氣的剩余煙塵進行脫硫處理，能夠減少環(huán)境污染；（3）采用高架形式回轉(zhuǎn)窯，將干燥窯置于回轉(zhuǎn)窯下方，能夠減少工廠的占地面積，從而降低工程投資。

5.2 技術指標

投產(chǎn)后技術指標：（1）建設規(guī)模：年產(chǎn)10萬t鎳鐵合金冶煉生產(chǎn)線；（2）建設投資：3.5億元RMB（不含地基處理）；（3）占地面積：500畝，其中原料場占地260畝；（4）紅土鎳礦指標：主要由印度尼西亞進口，礦石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生產(chǎn)指標：鎳鐵含Ni：10%；30000kVA電爐產(chǎn)量：170t/d·臺；平均冶煉電耗：490～520kWh/t焙砂。

6 結(jié)語

通過我院的設計實踐，我們認為采用我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝（我院專利），高溫煙氣干燥原料、回轉(zhuǎn)窯高架，高溫料直接入爐、密閉圓形電爐冶煉是切實可行的新型RKEF工藝技術路線，達到了節(jié)能降耗、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本的目的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

在生產(chǎn)實踐中，我們認為在以下五個方面還需要進一步研究和探討：（1）加強在爐型、電爐參數(shù)等方面研究，實現(xiàn)工藝節(jié)能；（2）在爐襯結(jié)構設計及耐火材料選擇上加強研究，延長爐窯使用壽命；（3）開展火法工藝過程中產(chǎn)生的低溫煙氣余熱利用研究；（4）加強廢渣、煙塵處理的研究，提高資源綜合利用水平；（5）將紅土鎳礦冶煉工藝與不銹鋼生產(chǎn)工藝有機結(jié)合起來，利用電爐生產(chǎn)的鎳鐵水直接熱裝生產(chǎn)不銹鋼。

作者簡介：費西（1962-），男，陜西西安人，供職于四川省冶金設計研究院，研究方向：鋼鐵冶金。endprint

4.5 煙氣回收利用方案

綜合回收利用電爐高溫煙氣，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，就近布置在電爐旁，帶來以下優(yōu)勢：（1）電爐高溫煙氣完全可以滿足干燥窯干燥紅土礦熱量的需求，年節(jié)約標煤約2.3萬噸；（2）縮短了煙氣輸送距離，降低建設費用且解決了煙道積灰的問題；（3）電爐煙氣中粗顆粒直接進入干燥窯，在干燥紅土鎳礦過程中，部分沉降，降低煙塵含量，有效節(jié)約環(huán)保投資。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

本工程所有生產(chǎn)過程各種儀表檢測參數(shù)、電氣設備的運行狀態(tài)及工藝過程控制功能主要由PLC、DCS自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)包括干燥及煙氣收塵、煙塵制粒及配料系統(tǒng)、還原焙燒及煙氣收塵、電爐冶煉、煤粉制備、高壓開關站等。

4.7 環(huán)保治理

煙塵治理：全廠大氣污染主要來自電爐冶煉煙塵和原料轉(zhuǎn)運、配料、烘干產(chǎn)生的粉塵。電爐及干燥窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；原料配料除塵系統(tǒng)采用布袋除塵。除塵效率99.0%，除塵器出口煙氣含塵濃度可小于50mg/Nm3，達到環(huán)保要求。除塵系統(tǒng)收下的粉塵通過氣體輸送泵輸送到煙塵制粒廠房的粉塵倉里，經(jīng)制粒造球后作冶煉原料回用。

脫硫：采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵，煙氣所含SO2主要為燃料煤和還原煤帶入。選用技術成熟、應用普遍的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，達到國家環(huán)保要求的排放標準。

爐渣處理：爐渣經(jīng)過水淬處理后可以作為建筑材料的原料，實現(xiàn)爐渣無害化利用。

水處理：設備間接冷卻用水在使用過程中僅溫度升高，水質(zhì)未受到污染，建凈循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。沖渣及鑄錠用水含少量SS、泥沙，建濁循環(huán)系統(tǒng)，廢水經(jīng)沉淀處理后回用，無外排水。

5 投產(chǎn)后的效益和技術指標

5.1 具有效益

投產(chǎn)后可以達到以下效益：（1）以原料直接熱裝方式提高入爐溫度，能夠降低冶煉電耗，節(jié)省能源；（2）將干燥及焙燒—預還原產(chǎn)生的煙塵進行進一步除塵，并將除塵后產(chǎn)生的顆粒重新輸送配料，能夠減少資源浪費，充分實現(xiàn)資源的回收利用，達到減少能耗的目的，同時，將要排入大氣的剩余煙塵進行脫硫處理，能夠減少環(huán)境污染；（3）采用高架形式回轉(zhuǎn)窯，將干燥窯置于回轉(zhuǎn)窯下方，能夠減少工廠的占地面積，從而降低工程投資。

5.2 技術指標

投產(chǎn)后技術指標：（1）建設規(guī)模：年產(chǎn)10萬t鎳鐵合金冶煉生產(chǎn)線；（2）建設投資：3.5億元RMB（不含地基處理）；（3）占地面積：500畝，其中原料場占地260畝；（4）紅土鎳礦指標：主要由印度尼西亞進口，礦石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生產(chǎn)指標：鎳鐵含Ni：10%；30000kVA電爐產(chǎn)量：170t/d·臺；平均冶煉電耗：490～520kWh/t焙砂。

6 結(jié)語

通過我院的設計實踐，我們認為采用我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝（我院專利），高溫煙氣干燥原料、回轉(zhuǎn)窯高架，高溫料直接入爐、密閉圓形電爐冶煉是切實可行的新型RKEF工藝技術路線，達到了節(jié)能降耗、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本的目的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

在生產(chǎn)實踐中，我們認為在以下五個方面還需要進一步研究和探討：（1）加強在爐型、電爐參數(shù)等方面研究，實現(xiàn)工藝節(jié)能；（2）在爐襯結(jié)構設計及耐火材料選擇上加強研究，延長爐窯使用壽命；（3）開展火法工藝過程中產(chǎn)生的低溫煙氣余熱利用研究；（4）加強廢渣、煙塵處理的研究，提高資源綜合利用水平；（5）將紅土鎳礦冶煉工藝與不銹鋼生產(chǎn)工藝有機結(jié)合起來，利用電爐生產(chǎn)的鎳鐵水直接熱裝生產(chǎn)不銹鋼。

作者簡介：費西（1962-），男，陜西西安人，供職于四川省冶金設計研究院，研究方向：鋼鐵冶金。endprint

4.5 煙氣回收利用方案

綜合回收利用電爐高溫煙氣，將干燥窯布置于回轉(zhuǎn)窯下方，就近布置在電爐旁，帶來以下優(yōu)勢：（1）電爐高溫煙氣完全可以滿足干燥窯干燥紅土礦熱量的需求，年節(jié)約標煤約2.3萬噸；（2）縮短了煙氣輸送距離，降低建設費用且解決了煙道積灰的問題；（3）電爐煙氣中粗顆粒直接進入干燥窯，在干燥紅土鎳礦過程中，部分沉降，降低煙塵含量，有效節(jié)約環(huán)保投資。

4.6 自動化控制系統(tǒng)

本工程所有生產(chǎn)過程各種儀表檢測參數(shù)、電氣設備的運行狀態(tài)及工藝過程控制功能主要由PLC、DCS自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

控制系統(tǒng)包括干燥及煙氣收塵、煙塵制粒及配料系統(tǒng)、還原焙燒及煙氣收塵、電爐冶煉、煤粉制備、高壓開關站等。

4.7 環(huán)保治理

煙塵治理：全廠大氣污染主要來自電爐冶煉煙塵和原料轉(zhuǎn)運、配料、烘干產(chǎn)生的粉塵。電爐及干燥窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；回轉(zhuǎn)窯煙氣除塵系統(tǒng)采用靜電除塵；原料配料除塵系統(tǒng)采用布袋除塵。除塵效率99.0%，除塵器出口煙氣含塵濃度可小于50mg/Nm3，達到環(huán)保要求。除塵系統(tǒng)收下的粉塵通過氣體輸送泵輸送到煙塵制粒廠房的粉塵倉里，經(jīng)制粒造球后作冶煉原料回用。

脫硫：采用RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵，煙氣所含SO2主要為燃料煤和還原煤帶入。選用技術成熟、應用普遍的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，達到國家環(huán)保要求的排放標準。

爐渣處理：爐渣經(jīng)過水淬處理后可以作為建筑材料的原料，實現(xiàn)爐渣無害化利用。

水處理：設備間接冷卻用水在使用過程中僅溫度升高，水質(zhì)未受到污染，建凈循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)使用。沖渣及鑄錠用水含少量SS、泥沙，建濁循環(huán)系統(tǒng)，廢水經(jīng)沉淀處理后回用，無外排水。

5 投產(chǎn)后的效益和技術指標

5.1 具有效益

投產(chǎn)后可以達到以下效益：（1）以原料直接熱裝方式提高入爐溫度，能夠降低冶煉電耗，節(jié)省能源；（2）將干燥及焙燒—預還原產(chǎn)生的煙塵進行進一步除塵，并將除塵后產(chǎn)生的顆粒重新輸送配料，能夠減少資源浪費，充分實現(xiàn)資源的回收利用，達到減少能耗的目的，同時，將要排入大氣的剩余煙塵進行脫硫處理，能夠減少環(huán)境污染；（3）采用高架形式回轉(zhuǎn)窯，將干燥窯置于回轉(zhuǎn)窯下方，能夠減少工廠的占地面積，從而降低工程投資。

5.2 技術指標

投產(chǎn)后技術指標：（1）建設規(guī)模：年產(chǎn)10萬t鎳鐵合金冶煉生產(chǎn)線；（2）建設投資：3.5億元RMB（不含地基處理）；（3）占地面積：500畝，其中原料場占地260畝；（4）紅土鎳礦指標：主要由印度尼西亞進口，礦石含水30%～40%，Ni1.8%～2.0%，∑Fe16%，SiO2 35.70%，MgO 22.90%；（5）主要生產(chǎn)指標：鎳鐵含Ni：10%；30000kVA電爐產(chǎn)量：170t/d·臺；平均冶煉電耗：490～520kWh/t焙砂。

6 結(jié)語

通過我院的設計實踐，我們認為采用我院特有的高架短流程節(jié)能新型RKEF工藝（我院專利），高溫煙氣干燥原料、回轉(zhuǎn)窯高架，高溫料直接入爐、密閉圓形電爐冶煉是切實可行的新型RKEF工藝技術路線，達到了節(jié)能降耗、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本的目的，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

在生產(chǎn)實踐中，我們認為在以下五個方面還需要進一步研究和探討：（1）加強在爐型、電爐參數(shù)等方面研究，實現(xiàn)工藝節(jié)能；（2）在爐襯結(jié)構設計及耐火材料選擇上加強研究，延長爐窯使用壽命；（3）開展火法工藝過程中產(chǎn)生的低溫煙氣余熱利用研究；（4）加強廢渣、煙塵處理的研究，提高資源綜合利用水平；（5）將紅土鎳礦冶煉工藝與不銹鋼生產(chǎn)工藝有機結(jié)合起來，利用電爐生產(chǎn)的鎳鐵水直接熱裝生產(chǎn)不銹鋼。

作者簡介：費西（1962-），男，陜西西安人，供職于四川省冶金設計研究院，研究方向：鋼鐵冶金。endprint