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316不锈钢管 纵观中国镍铁生产工艺变迁
发布时间:2015.03.31 新闻来源:规格尺寸_型号_价格_佛山宽裕不锈钢管厂家 浏览次数:

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  316不锈钢管 纵观中国镍铁生产工艺变迁

  现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。含镍硫化矿主要采用火法处理,通过精矿焙烧反射炉(电炉或鼓风炉)冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得到金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿,其品位低,适于湿法处理;主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理即为镍铁法。

  火法冶炼镍铁是在高温条件下,将C作为还原剂,对氧化矿中的NIO,以及其他氧化物(Fe2O3)进行还原而得,反应生成的NI,以及Fe互溶形成镍铁。火法冶炼在中国主要有:传统高炉生产方法,以及目前最新的RKEF(回转窑+矿热炉)生产工艺。

  一、传统工艺

  1、小高炉工艺

  鼓风炉工艺是最早出现的红土镍矿冶炼镍铁的技术,1875年,在新喀里多尼亚小高炉就已应用,后法国也有采用,但该法因消耗大量优质焦炭、污染严重而为人诟病。最终该工艺在市场竞争和环保压力下停止,1985年日本矿业公司佐贺关冶炼厂的最后一座镍铁高炉熄火,标志着鼓风炉冶炼镍铁技术在欧美、日本等发达国家寿终正寝。

  前几年我国快速发展的不锈钢生产拉动了镍铁需求,在高镍价、低价焦炭、低环保门槛的条件下,部分投资者利用钢铁产业政策淘汰的炼铁高炉冶炼镍铁,获得暴利。但随着焦炭价位回归合理、镍价下跌和环保政策落实,目前高炉镍铁厂大部分已停产。高炉冶炼镍铁技术必将被淘汰的主要原因是:

  (1) 原料适应性差、高炉无法大型化红

  适用“高铁低镁(低镍)”红土镍矿,当红土矿含镍1.5%、含铁35%时可得到含镍约 4%的低镍生铁。如果用低铁高镁(高镍)矿,高炉渣量大、粘度大炉况顺行难以保证。 由于炉料强度低,只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁。

  (2) 产品质量难以符合炼钢要求

  高炉含镍生铁品位低,一般在2~8%,大多在5%以下,冶炼不锈钢时需要配合加入较多的镍板,这提高了单位原料镍的成本。 该工艺焦炭、熔剂的用量大,P、S大部分进入产品,镍铁品位低、ω (S)、ω(P)含量高,增加了不锈冶炼的负担。

  (3) 生产工艺不稳定

  镍铁的成分波动大,不易控制,难以大批量稳定供货。

  (4) 焦比高

  生产含镍2%的镍铁,每吨镍铁的焦炭消耗大于1.0t;生产含镍5%的镍铁,每吨镍铁的焦炭消耗量约2.0t。

  (5) 污染严重

  除去传统高炉污染,氟化物的污染更严重。为保持高炉顺行,必须加入萤石以提高炉渣流动性,萤石加入量占炉料总量的8~15%,国内镍铁小高炉没有脱氟设备,全部放散,对人和环境伤害巨大。

  2、冷料入炉“烧结机-矿热炉”镍铁工艺

  由于用户要求高含镍量的镍铁,国内建设了一些用烧结机生产红土镍矿烧结矿,冷却后入矿热炉冶炼镍铁的工厂,其中很多是改造旧的铁合金电炉来生产镍铁。

  该工艺原料适应性比小高炉好,可以用任何铁镍品位的矿石生产任何含镍量的镍铁,技术上是在回转窑阶段控制铁的还原率来实现的(镍全部还原成金属、铁部分还原成金属和低价氧化物),这是该种工艺的最大特点,也是其具有生命力的原因。但由于矿热炉耗电巨大致使其生产成本较高,电耗是RKEF工艺的2倍多,原因在于:“烧结机-矿热炉”工艺无法为矿热炉提供预还原的高温料。

  并且一般“烧结机(有的还采用土法烧结工艺和烧结锅工艺准备矿热炉用原料)-矿热炉”工艺的产镍铁厂都没有完善的环保设备,特别是矿热炉为敞开式或者半密闭的小烟罩式,不能回收煤气,不但污染环境,还造成煤气浪费。烧结机也全部没有安装余热回收利用设施,这类工厂不具备现代化、大规模的镍铁生产条件。 有的工厂利用电弧炉处理烧结矿,生产镍铁,效益更差,基本上已停产。

  二、RKEF镍铁生产工艺

  RKEF工艺技术(“回转窑-矿热炉”法)始于20世纪50年代,由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功,由于产品质量好、生产效率高、而且节能环保,RKEF工艺很快取代了鼓风炉工艺。随着冶金科学技术的发展,RKEF工艺也吸纳了包括自动化、清洁生产在内的众多最新技术成果,在设计制造、安装调试和生产操作上日臻成熟,已成为世界上生产镍铁的主流工艺技术,占据统治地位。目前全球采用RKEF工艺生产镍铁的公司有十几家,生产厂遍及欧美、日本、东南亚等地,其中最大年产能达7~8万t金属镍,在长期的经营中,尽管世界镍行业风云变幻、镍价大起大落,但这些镍铁厂大都保持着良好的业绩。

  表1 2005年美国金属学会调查的世界红土镍矿冶炼厂及年产量

  这13家镍冶炼厂的年产量总计约36.5 万t,约占世界原生镍总产量的30%,占红土矿火法冶炼镍铁产量的8l%(2007年世界总产镍量142万t,氧化镍矿的贡献为42%,以镍铁形式生产金属镍量约45万t)。可见,在世界范围,以廉价的红土镍矿为原料,采用RKEF火法冶炼镍铁的工艺技术具有很强的适用性和经济性。

  我国在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铁的回转窑-矿热炉(RKEF)工艺技术”列为鼓励类产业。RKEF工艺近两年逐步在中国推广发展,其完整的工艺流程是:原矿干燥及大块破碎——配煤及熔剂进回转窑彻底干燥及预还原——矿热炉还原熔炼——镍铁铁水铸锭及熔渣水淬——产出镍铁锭(或水淬成镍铁粒)和水淬渣。其粗制镍铁再经过二步法脱去S、P及其他杂质得到精制镍铁或直接生产300系不锈钢产品。

  1、我国镍铁生产将以RKEF工艺为主,烧结机+矿热炉为辅

  该工艺相比传统工艺有以下优势:

  1)原料适应性强。可适用镁质硅酸盐矿和含铁不高于30%的褐铁矿型氧化镍矿,以及中间型矿。最适合使用湿法工艺难以处理的高镁低铁氧化镍矿石。

  2)镍铁品位高,有害元素少。同样的矿石,RKEF工艺生产的镍铁品位高于高炉法和“烧结矿-矿热炉”工艺。该工艺的脱硫和转炉精炼工序能够将镍铁的有害元素降低到ISO6501标准所要求的范围内,为炼钢用户所欢迎。

  3)节能环保,循环利用。原料水分较多,料场和筛分破碎运输的过程中不产生粉尘,回转窑烟气余热可回收蒸汽用于发电,经过烟气脱硫满足环保要求后排入大气,回转窑和矿热炉烟尘返回料场;矿热炉煤气经除尘后送回转窑作燃料,炉渣水淬后成为建筑工业原材料。转炉烟气余热回收蒸汽,煤气回收利用,炉渣磁选回炉,尾渣可铺路或制作水泥。从含水炉料进入回转窑直到矿热炉出铁出渣的整个过程产中,炉料处于全封闭,环保节能。

  4)镍渣热料入矿热炉。回转窑产的镍渣在900℃以上的高温下入炉,相对于“烧结矿-矿热炉”的冷料入炉,节省了大量的物理热和化学热,显著降低了电能和还原剂的消耗,提高了生产效率。

  鉴于RKEF工艺在镍铁生产生产成本上以及技术上的优势,未来我国镍铁生产的方向将以RKEF工艺为主,“烧结机+矿热炉”和高炉冶炼为辅。2012年,我国17个省市已经投产矿热炉298座、高炉71座。据相关数据统计,矿热炉总产能50.68万吨,高炉总产能14.58万吨,2012年我国镍铁产能合计为65.26万吨镍金属量,据安泰科数据统计,2012年中国镍铁折合镍金属产量为31万吨,也就是说2012年我国产能利用率不到50%。据51bxg数据统计,由于成本原因,传统型小高炉基本未开工。不过不管从市场竞争角度还是国家推进环保以及落后产能淘汰的角度来看,小高炉生产镍铁工艺,终将退出历史舞台。

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