紅土鎳礦冶煉300系列不銹鋼

1、紅土鎳礦冶煉300系列不銹鋼紅土鎳礦冶煉300系列不銹鋼 2011年04月14日烏克蘭帕布什鎳鐵廠用紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵取得了引人注目的經(jīng)濟效益。這種生產(chǎn)工藝適合于在運輸條件好的地區(qū)建設(shè)鎳鐵生產(chǎn)廠。文章還論述了利用粗制鎳鐵直接生產(chǎn)鎳基不銹鋼的工藝。 烏克蘭的帕布什鎳鐵廠建設(shè)于前蘇聯(lián)時代，于1972年投產(chǎn)。工廠位于烏克蘭著名的冶金和航空航天之城的第聶伯爾市的西南部。工廠不臨海，但是可以通過第聶伯爾河將進口的紅土鎳礦運到工廠料場。這項工程由前蘇聯(lián)的國立鎳工業(yè)設(shè)計院承擔總體設(shè)計，所采用的工藝流程匯集了第聶伯爾國家冶金學院等大學和研究院的科研成果，投產(chǎn)時被行業(yè)內(nèi)的專家們稱為“最佳化的鎳鐵生產(chǎn)工藝流程”。這

2、個工廠投產(chǎn)以后的十幾年間利用本國的氧化鎳礦為主要原料生產(chǎn)含鎳1420的鎳鐵。烏克蘭本國的氧化鎳礦石含鎳量在10左右，礦石含較高的氧化鎂和氧化硅。為了提高工廠的鎳鐵產(chǎn)量，提高工廠的經(jīng)濟效益，近年來從南太平洋的新克林頓島購入含鎳比較高的氧化鎳礦石，進口的氧化鎳礦石含鎳量波動在1520。 這個工廠設(shè)計年產(chǎn)純鎳20萬t。2004年生產(chǎn)了85萬t鎳鐵，折合純鎳17萬t。在世界上鎳價大約為12萬美元t時，工廠鎳的銷售額達到204億美元a。烏克蘭的冶金專家測算了生產(chǎn)成本后稱：企業(yè)2004年利潤率達到200以上，可以稱之為烏克蘭效益最好的企業(yè)。2005年因為設(shè)備檢修，工廠鎳鐵產(chǎn)量降低到68萬t。 這家工廠在1

3、972年投產(chǎn)后進行了多次的技術(shù)改造，保持了鎳鐵冶煉工藝的最佳配置。為了擴大工廠的生產(chǎn)能力，正在籌劃進行擴大生產(chǎn)能力的技術(shù)改造，規(guī)劃在原有設(shè)施的基礎(chǔ)上再建設(shè)一套相似的鎳鐵冶煉生產(chǎn)線，使年產(chǎn)鎳鐵的能力提高一倍。帕布什鎳廠建設(shè)之初立足于使用含氧化硅和氧化鎂高的紅土鎳礦，獨立開發(fā)了多項專有技術(shù)，創(chuàng)造性的應(yīng)用了粗制鎳鐵的三步精煉工藝。 1粗制鎳鐵的生產(chǎn)工藝 這個工序的生產(chǎn)工藝流程基本上延襲了傳統(tǒng)的工藝流程。 進入工廠原料場的氧化鎳礦石含有30以上的水分（結(jié)晶水），需要在還原焙燒階段將水分去除。這個過程是在一個回轉(zhuǎn)窯中進行的。礦石在料場破碎、中和混勻以后，向其中加入炭素還原劑和熔劑，充分混合均勻以后加入到

4、回轉(zhuǎn)窯中。在回轉(zhuǎn)窯中，礦石被焙燒脫水，重量減少30左右，鎳被加入的炭素還原劑還原，形成了溫度為600700鎳渣。這些鎳渣在隔熱的狀態(tài)下被送入到礦熱爐的供料料倉（內(nèi)襯耐火保溫層），根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，鎳渣通過一個密封的管狀布料裝置均勻地分配到礦熱爐內(nèi)。 礦熱爐在這種工藝流程中是投資最大的設(shè)備，為了環(huán)保和工業(yè)衛(wèi)生的需要，爐子被密封起來。在礦熱爐中通過電弧冶煉，分離出粗制的鎳鐵和電爐渣，同時產(chǎn)生含CO75的還原性氣體，這種氣體經(jīng)過凈化以后返回到回轉(zhuǎn)窯中作為燃料進行燃燒，提供回轉(zhuǎn)窯所需要的熱能，塵灰返到礦熱爐繼續(xù)參與冶煉。電爐爐渣是一種很好的建筑材料，但是目前僅用于道路的建設(shè)。從礦熱爐中得到的鎳鐵含硫

5、、硅、碳、磷等雜質(zhì)高，還不適用于冶煉高級不銹鋼。這些粗制的鎳鐵還需要進行精煉以后才能做為成品出廠。 將1t的原料礦加入回轉(zhuǎn)窯，大約可以得到650700kg的鎳渣，這些鎳渣加入到礦熱爐中，大約可以得到120150kg的粗制鎳鐵。粗制鎳鐵中的鎳含量一般為14，最高時可以達到18。 2帕布什鎳廠目前采用的粗制鎳鐵精煉工藝 為了去除粗制鎳鐵中的雜質(zhì)，采用了三步精煉工藝。 首先，從礦熱爐放出粗制鎳鐵水到鐵水包中，在這里向鐵水包內(nèi)加入蘇打灰，加入的比例是每噸鎳鐵水14kg，鎳鐵水中的硫可以降到0015008。也可以向鐵水包中噴入鈍化的鎂顆粒，這需要用特殊的蒸發(fā)器將顆粒鎂噴入鐵包內(nèi)15m左右的深處。這種工藝

6、可以將鎳鐵水中的硫含量降到0015以下（近年來中國20多家鋼鐵公司從烏克蘭引進這種工藝，應(yīng)用于高爐鐵水脫硫）。 將脫硫處理后的鎳鐵水上面的渣子倒掉以后，兌入到一座用酸性耐火材料做爐襯的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中。在酸性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中，通過吹氧，硅被氧化，此時熔池的溫度快速提高。為了控制合適的熔池溫度，需要向爐內(nèi)加入生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的金屬廢棄物或者購入的含鎳的廢料。 經(jīng)過脫硅處理后的鎳鐵水再被裝入到一座相同噸位的堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中，通過頂吹氧氣，去除鎳鐵水中的碳、磷及其它雜質(zhì)。為了造堿性的爐渣和降溫，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入石灰石。在有充足的含鎳廢料時，可以用石灰代替石灰石。 從堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中出來的鎳鐵水中的雜質(zhì)含量

7、已經(jīng)符合商品鎳鐵標準的要求，含鎳量提高到20左右，可以作為商品鎳鐵出售。上面這些操作是通過計算機控制系統(tǒng)來完成的。 3帕布什鎳廠的主要工藝裝備和主要原料材料的消耗指標 這個工廠有兩條平行的工藝生產(chǎn)路線。每一條生產(chǎn)線上都裝備有二臺回轉(zhuǎn)窯、一臺變壓器功率為48MVA的礦熱爐（礦石還原爐）、一座容量為40t的酸性頂吹轉(zhuǎn)爐、一座容量為40t的堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐。二條生產(chǎn)線2004年產(chǎn)鎳鐵85萬t（折合鎳金屬為17萬t）。 主要的消耗指標是： 電能的消耗占鎳鐵總成本的3033。每噸商品鎳鐵的電力消耗與礦石的鎳含量相關(guān)，在礦石鎳含量為15時，電能消耗約為600kWht干礦石。在礦石的鎳含量為25時，每噸鎳鐵

8、的電能消耗降到400kWh。 國外購入的含鎳1520的氧化鎳礦石，其消耗量大致是12tt鎳鐵。還原劑（無煙煤的煤粉）大約占礦石數(shù)量的8；各種燃料的重量是50kgt鎳鐵；氧氣80m3t鎳鐵；石灰5kgt焙燒前的礦石。 4粗制鎳鐵的二步法精煉工藝 帕布什鎳鐵廠正在進行的擴建工程將采用多項先進技術(shù)。下面介紹重點研究的二項技術(shù)（二步精煉工藝、直接冶煉鎳基不銹鋼）。 因為硫可以在轉(zhuǎn)爐中脫除，因此可以將鐵水包脫硫和酸性轉(zhuǎn)爐脫硅合并在一個轉(zhuǎn)爐中進行。第一個轉(zhuǎn)爐是酸性轉(zhuǎn)爐，將其改造為頂?shù)讖?fù)合吹煉的堿性轉(zhuǎn)爐，通過底吹氬氣（氮氣），在這個轉(zhuǎn)爐中可以實現(xiàn)在還原性氣氛下脫硅和脫硫。 從第一個轉(zhuǎn)爐出來的鎳鐵水再進入第二

9、個轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫磷，在冶煉過程中要向爐內(nèi)加入石灰石，保證合適的冶煉溫度。在這個轉(zhuǎn)爐中冶煉合格的鎳鐵水送到鑄造車間鑄成塊，其含鎳金屬的量為20。 5用粗制鎳鐵直接冶煉不銹鋼的工藝 在上面的二步法精煉工藝中，只要將第二個轉(zhuǎn)爐改造為GOR轉(zhuǎn)爐，就可以直接生產(chǎn)出合格的300系列的不銹鋼?，F(xiàn)在以10tGOR轉(zhuǎn)爐采用這種工藝流程直接生產(chǎn)不銹鋼的生產(chǎn)過程為例說明這個流程。 烏克蘭冶金學院等大學和科研機構(gòu)在前蘇聯(lián)時期開發(fā)出GOR轉(zhuǎn)爐。用這種轉(zhuǎn)爐做為粗制鎳鐵精煉的第二座精煉轉(zhuǎn)爐，可以直接生產(chǎn)X18H9(相當于中國的0Cr18Ni9)為代表的鎳基不銹鋼系列的各種鋼種。這種轉(zhuǎn)爐是一種頂?shù)讖?fù)合吹煉的轉(zhuǎn)爐；頂吹氧槍通過向爐內(nèi)

10、供氧，達到脫磷的目的；底吹噴嘴數(shù)量為3個，套管式的底吹噴嘴向爐內(nèi)輸送氧氣、氮氣、氬氣、天然氣及其這些氣體的混合氣體，達到脫磷（吹氧階段）、深度脫硫、脫碳的目的。這個爐子的原料除了從第一座脫硅、脫硫的精煉轉(zhuǎn)爐來的熱態(tài)鎳鐵水以外，還要加入直接來自礦熱爐的粗制鎳鐵、石灰、大量的鉻鐵（以保證成分合格為限量），從而得到合格的不銹鋼水。這些鋼水被澆鑄成鋼錠，供給無縫管軋機或帶鋼的初軋機。 2005年6月和2006年3月，參加帕布什鎳廠工程建設(shè)并為帕布什廠的建設(shè)提供專利技術(shù)的烏克蘭專家來華進行技術(shù)交流。這期間，對使用低含鎳量的氧化鎳礦石直接生產(chǎn)鎳基不銹鋼的課題進行了深入的討論。第二座精煉轉(zhuǎn)爐在頂吹氧脫磷任務(wù)

11、完成以后，可以直接轉(zhuǎn)入GOR轉(zhuǎn)爐的基本冶煉工藝，這時的主要任務(wù)就是進行鉻的合金化。計算表明，為了冶煉合格的300系列不銹鋼，一般要加入300kgt的高碳鉻鐵。這些鉻鐵的熔化和提高溫度所需要的熱量來自加入第二座精煉轉(zhuǎn)爐（GOR轉(zhuǎn)爐）中的粗制鎳鐵中的硅氧化產(chǎn)生的熱量。在向GOR轉(zhuǎn)爐加入鉻鐵以前，先向GOR轉(zhuǎn)爐中加入這些粗制的鎳鐵。 會談得出的結(jié)論是，這種方案將是不銹鋼生產(chǎn)工藝中最有競爭力的一種創(chuàng)新工藝技術(shù)，用這種工藝生產(chǎn)不銹鋼可以不用建設(shè)電爐熔化廢鋼以生產(chǎn)初煉鋼水，節(jié)省了很多的投資。這種工藝大大的節(jié)省了熔化鎳鐵和生產(chǎn)初煉鋼水的電能，還使得鎳鐵精煉過程中被當做雜質(zhì)而必須被氧化掉的金屬鐵直接進入不銹鋼

12、中，成為不銹鋼中必須含有的金屬鐵。在有不銹鋼廢鋼資源時，還可以直接向精煉轉(zhuǎn)爐中加入不銹鋼廢鋼，降低熔化這些冷料所消耗的能量。 烏克蘭專家強調(diào)：用12t濕的氧化鎳礦石，生產(chǎn)1t的粗制鎳鐵水，其中含有140180kg的金屬鎳，利用上述的工藝，只需要加入高碳鉻鐵，則可以直接生產(chǎn)出2t左右300系列的不銹鋼，其成本比普通的冶煉工藝低很多。這種工藝在不直接生產(chǎn)不銹鋼時，也可以生產(chǎn)含鎳20的鎳鐵直接銷售。 6這種工藝適合于鐵合金廠或小型轉(zhuǎn)爐廠生產(chǎn)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型 低鎳含量的氧化鎳礦石可以從東南亞國家購入，例如可以從新克里多尼亞的巴赫德公司的礦山或印度尼西亞硅鎂鎳礦購買、這兩個礦山的鎳礦含鎳量為2025。 中國西

13、南不銹鋼有限公司的60tGOR轉(zhuǎn)爐已經(jīng)采用氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的工藝技術(shù)，于2006年3月份投入正常生產(chǎn)。結(jié)合這兩種技術(shù)，可以設(shè)計一種低成本的不銹鋼冶煉工藝。 這種技術(shù)適用于中國的兩類冶金企業(yè)在產(chǎn)品轉(zhuǎn)型時作為一種可供選擇的方案： 1現(xiàn)在一批生產(chǎn)硅鐵等鐵合金企業(yè)，由于價格和市場需求下降以及成本升高等原因，在虧損線的邊緣上掙扎，這些企業(yè)一般有630025000kVA的礦熱爐，可以投入少量的資金，在礦熱爐工序（這是投資最大的一個工序）的前面建設(shè)一個回轉(zhuǎn)窯，在其后面建設(shè)一個鎳鐵的精煉車間（2座轉(zhuǎn)爐），生產(chǎn)鎳鐵。如果資金條件好，可以一次性的建設(shè)成生產(chǎn)不銹鋼連鑄坯的聯(lián)合生產(chǎn)線。資金條件不好時，可以分為兩期建設(shè)

14、。 如果我們設(shè)計能力設(shè)定在帕布什公司的一半，即年產(chǎn)425萬t鎳鐵，則流程可以設(shè)計為：2套回轉(zhuǎn)窯、2臺25MVA的礦熱還原爐（也可以采用4×125MVA的礦熱還原爐、或者其它功率的礦熱爐組合）、一臺40t的一次精煉爐、一臺40t的二次精煉爐、鑄鐵機。資金允許時，可以將一次精煉轉(zhuǎn)爐設(shè)計為復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐，二次精煉的轉(zhuǎn)爐設(shè)計為GOR不銹鋼精煉轉(zhuǎn)爐，后面再配套一臺不銹鋼連鑄機或者鑄錠系統(tǒng)，年產(chǎn)鎳含量在9左右的不銹鋼10萬t。如果在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程加入不銹鋼廢鋼以平衡溫度，產(chǎn)量可以提高。 2轉(zhuǎn)爐流程的冶金工廠：生產(chǎn)普通鋼的小型轉(zhuǎn)爐由于能耗高、環(huán)境污染嚴重、勞動效率低下、消耗高等原因，必將被淘汰。這些工廠有原料場，有2040t的轉(zhuǎn)爐，也有連鑄機，可以充分利用現(xiàn)有的資產(chǎn)生產(chǎn)鎳鐵，進而生產(chǎn)不銹鋼。1550t的轉(zhuǎn)爐對于普通鋼生產(chǎn)是小爐子，但是如果做為生產(chǎn)鎳鐵