提高鐵合金工藝技術(shù)水平推動鐵合金工業(yè)科學(xué)發(fā)展

□陳洪飛 彭 鋒

提高鐵合金工藝技術(shù)水平推動鐵合金工業(yè)科學(xué)發(fā)展

□陳洪飛 彭 鋒

近年來，我國鐵合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是生產(chǎn)鐵合金的工藝技術(shù)和裝備仍需不斷升級進(jìn)步，以便降低資源、能源消耗，保護(hù)環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)“三廢”綜合利用。當(dāng)前，需要重點研究電廠粉煤灰生產(chǎn)硅鋁鐵技術(shù)、鉻鐵冶煉新技術(shù)、鎳鐵生產(chǎn)技術(shù)和鎳鐵水直接冶煉不銹鋼技術(shù)。

鐵合金；硅鋁鐵；鉻鐵；鎳鐵

鐵合金是鋼鐵和機(jī)械工業(yè)必不可少的輔助原料，沒有優(yōu)質(zhì)的鐵合金就沒有優(yōu)質(zhì)的鋼材。因此，要保障鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展就必須重視鐵合金工業(yè)的科學(xué)發(fā)展。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國鐵合金行業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)能超出市場的需求。但是，許多新建設(shè)的項目仍然采用國外20世紀(jì)七八十年代的生產(chǎn)工藝，缺乏創(chuàng)新，工藝技術(shù)和裝備水平仍然比較落后。

為遏制鐵合金行業(yè)的低水平重復(fù)建設(shè)和盲目發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，按照調(diào)整結(jié)構(gòu)、有效競爭、降低消耗、保護(hù)環(huán)境和安全生產(chǎn)的原則，國家發(fā)改委自2004年底起出臺了鐵合金準(zhǔn)入制度，后來又多次進(jìn)行了修改。2008年，世界金融危機(jī)對我國鐵合金進(jìn)出口產(chǎn)生嚴(yán)重影響，2009年起，我國鐵合金工業(yè)技術(shù)落后、資源浪費(fèi)、能耗偏高、污染嚴(yán)重、效益低下的局面發(fā)生了重要逆轉(zhuǎn)，由鐵合金凈出口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M(jìn)口國（見表1、圖1），進(jìn)口品種主要為高碳鉻鐵和鎳鐵。2013年，我國共進(jìn)口高碳鉻鐵183.6萬噸、鎳鐵19.5萬噸。這一變化要求鐵合金工業(yè)必須加快技術(shù)進(jìn)步步伐，降低能源、資源消耗，保護(hù)環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)“三廢”綜合利用。只有這樣才能逐步達(dá)到世界先進(jìn)水平，提高鐵合金行業(yè)的國際競爭力。

表1 2005—2013年我國鐵合金生產(chǎn)及進(jìn)出口量單位/萬噸

圖1 2005—2013年我國鐵合金生產(chǎn)及進(jìn)出口量

冶金工業(yè)規(guī)劃研究院（以下簡稱規(guī)劃院）于1972年4月由國務(wù)院批準(zhǔn)成立，是專門從事冶金工業(yè)發(fā)展規(guī)劃及戰(zhàn)略研究的國家首批甲級工程咨詢機(jī)構(gòu)。建院以來，規(guī)劃院完成了數(shù)千個政府產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策及專題研究、行業(yè)和企業(yè)規(guī)劃、工程技術(shù)咨詢等項目，這其中包括大量鐵合金行業(yè)、企業(yè)規(guī)劃咨詢和專題研究工作。近十幾年來，規(guī)劃院通過率先引進(jìn)烏克蘭RKEF鎳鐵生產(chǎn)工藝和GOR轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼等技術(shù)，極大地推動了我國火法冶煉鎳鐵和鎳鐵深加工直接冶煉不銹鋼等方面的技術(shù)進(jìn)步，并且指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)利用這些先進(jìn)技術(shù)建設(shè)了一批鎳鐵和不銹鋼優(yōu)秀項目，幫助其獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，鐵合金行業(yè)加快淘汰落后產(chǎn)能步伐，引進(jìn)消化國外先進(jìn)工藝技術(shù)設(shè)備，強(qiáng)化自主研發(fā)，提高行業(yè)整體發(fā)展水平。開發(fā)應(yīng)用新技術(shù)、進(jìn)一步節(jié)能減排、降低成本、治理污染、提高效益，成為鐵合金行業(yè)科學(xué)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。為此，規(guī)劃院進(jìn)一步加大了在鐵合金行業(yè)的工作力度，專門成立了鐵合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，與烏克蘭國立冶金大學(xué)、鈦冶金設(shè)計研究院、國家冶金科學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)合作，針對我國鐵合金工業(yè)現(xiàn)狀，結(jié)合對烏克蘭鐵合金技術(shù)的考察情況，初步確立了以下幾項鐵合金工藝技術(shù)研究課題。

一、利用電廠粉煤灰生產(chǎn)硅鋁鐵技術(shù)

1.粉煤灰是生產(chǎn)硅鋁鐵的資源

我國內(nèi)蒙、山西等地區(qū)有堆積如山的電廠粉煤灰，對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，其主要化學(xué)成份是二氧化硅和三氧化二鋁，是生產(chǎn)煉鋼脫氧劑硅鋁鐵的資源。國內(nèi)的科研院所和電力企業(yè)在這方面做了大量的開發(fā)和研究工作，但是目前還沒有開發(fā)出成熟的技術(shù)，也沒有建成較大規(guī)模的硅鋁鐵生產(chǎn)廠。

實際上，針對利用高鋁粉煤灰的問題，早在1991年初，在北京召開的全國粉煤灰綜合利用會議上，國家計委負(fù)責(zé)人曾提出：粉煤灰利用要向冶金、有色等方面開拓，如從粉煤灰中提取氧化鋁，利用粉煤灰煉制煉鋼脫氧劑等。

2004年9月，國家發(fā)改委在《關(guān)于組織實施資源綜合利用關(guān)鍵技術(shù)國家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項的通知》中明確提出，利用粉煤灰生產(chǎn)高附加值鋁硅系列合金，從粉煤灰提取氧化鋁。而利用粉煤灰煉制煉鋼脫氧劑（硅鋁鐵合金），至今遲遲難產(chǎn)，未能走出試驗室，至于利用粉煤灰煉制鋁硅合金也以失敗告終。

粉煤灰含有大量的二氧化硅和三氧化二鋁，還含有三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化鈣、氧化鎂及堿金屬氧化物。利用粉煤灰煉制鋁硅鐵合金，已有先例。前蘇聯(lián)利用頁巖渣和頁巖焦灰渣，煉取含鋁33.36%、硅42%～46%、鐵14%～18%、鈣1.2%～3%、鈦1.2%～2%的合金，電耗13 000kWh/t，鋁回收率為75%，硅回收率為70%。利用電廠排放的粉煤灰生產(chǎn)類似上述合金亦當(dāng)毫無問題。此外，粉煤灰還可用作煉鋼脫氧劑、煉鎂還原劑。

內(nèi)蒙蒙西、河南焦作、山西朔州等地區(qū)，相繼發(fā)現(xiàn)二氧化硫含量高達(dá)40%以上的粉煤灰，其A/S與高嶺土相當(dāng)，有的甚至高于高嶺土?？蔁挼煤X50%以上的鋁硅合金。目前，我國已經(jīng)積存堆放數(shù)十億噸的粉煤灰，占用土地近百萬畝，造成環(huán)境污染。因此，尋求新途徑，綜合開發(fā)利用粉煤灰，是當(dāng)務(wù)之急。

目前，國家推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)，鼓勵固體廢棄物綜合利用，對產(chǎn)品中利用粉煤灰達(dá)30%以上者，免征增值稅，同時免征5年的所得稅。且以粉煤灰做原料只有運(yùn)輸成本，這都十分有利于推動粉煤灰資源化進(jìn)程。

在粉煤灰三氧化二鋁含量低而三氧化二鐵含量高時，可采用與鋁土礦搭配生產(chǎn)高鋁低鐵（5%～10%）的鋁硅鐵合金，做為熱法煉鎂的還原劑。

2.借鑒硅鋁合金的生產(chǎn)工藝技術(shù)

電熱法制取鋁硅合金，烏克蘭50年來在電爐結(jié)構(gòu)、電氣參數(shù)和操作工藝方面進(jìn)行深入科研，掌握了一套成熟技術(shù)，其通過大量試驗，認(rèn)為16 500kVA和22 500kVA礦熱爐比較理想、爐底熱量穩(wěn)定，能夠抑制爐底上漲，生產(chǎn)狀態(tài)良好，其工藝技術(shù)上的成功成為當(dāng)今世界首創(chuàng)。烏克蘭扎布羅熱鋁廠從1964年10月啟動礦熱爐生產(chǎn)鋁硅合金，4座16 500kVA三相交流礦熱爐，年產(chǎn)鋁硅合金能力8萬噸，使用的原料主要是高嶺土、藍(lán)晶石和氧化鋁，生產(chǎn)的粗鋁硅合金中硅的含量為55%～60%，粗鋁硅合金用純鋁稀釋后，制成鑄造鋁硅合金，并在各工業(yè)部門應(yīng)用。但蘇聯(lián)解體后，該工廠已經(jīng)停產(chǎn)。

烏克蘭國家冶金科學(xué)院阿夫恰茹克博士與河南永登鋁業(yè)集團(tuán)鋁合金公司合作，建成我國第一條礦熱爐直接冶煉鋁硅合金的生產(chǎn)線。2007年9月，實施工業(yè)化試生產(chǎn)，并在當(dāng)年實現(xiàn)了穩(wěn)定的大工業(yè)化生產(chǎn)。

目前，這條生產(chǎn)線已經(jīng)停產(chǎn)，停產(chǎn)的主要原因如下：一是電費(fèi)的提高導(dǎo)致生產(chǎn)的鋁硅合金成本提高；二是用來生產(chǎn)鋁硅合金的高嶺土要求有很低的鐵含量，資源有限；三是由于直接用礦熱爐法生產(chǎn)的鋁硅合金中硅的含量遠(yuǎn)高于鑄造用的鋁硅合金的要求，所以必須采用鋁液稀釋鋁硅合金液體，才能達(dá)到鑄造用鋁硅合金的要求；四是雖然這種工藝生產(chǎn)的鋁硅合金可以達(dá)到鑄造行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，但是多年來鑄造行業(yè)全部是用工業(yè)硅與電解鋁勾兌鋁硅合金，在鑄造行業(yè)中存在對這種產(chǎn)品不信任的情況。

3.項目設(shè)想

生產(chǎn)硅鋁鐵合金與生產(chǎn)硅鋁合金相比，生產(chǎn)工藝技術(shù)相似，由于原料要求以及產(chǎn)品的要求相對寬松，因此理論上沒有技術(shù)問題，應(yīng)該積極推進(jìn)生產(chǎn)試驗。同時，積極研究利用低鐵高嶺土和鋁硅合金除鐵技術(shù)，電熱一步法生產(chǎn)鋁硅合金。

烏克蘭50年的技術(shù)可以為規(guī)劃院的開發(fā)研究提供借鑒，規(guī)劃院在積極與烏克蘭國家冶金科學(xué)院合作的同時，也歡迎有志企業(yè)共同合作，突破這些技術(shù)的束縛，重點開發(fā)我國自有技術(shù)。據(jù)悉，新疆哈密的公司與蘭州理工大學(xué)合作，自主開發(fā)該技術(shù)取得進(jìn)展，并正在籌備建設(shè)生產(chǎn)廠。

二、鉻鐵冶煉新技術(shù)的研究和應(yīng)用

1.我國鉻鐵行業(yè)現(xiàn)狀

鉻鐵是生產(chǎn)不銹鋼和其他特殊鋼必不可少的輔助原料，約80%的鉻鐵用于不銹鋼生產(chǎn)，因此，鉻鐵工業(yè)直接受不銹鋼工業(yè)的影響。

目前，我國的鉻鐵冶煉技術(shù)普遍比較落后，基本是利用敞口式電爐（有的有半密閉罩，只是為了收集煙氣），每噸鉻鐵冶煉電力消耗大都在3 500kWh以上（鐵合金準(zhǔn)入條件要求：高碳鉻鐵不高于3 200kWh/t），有的小電爐甚至高達(dá)4 000kWh/t以上。嚴(yán)重的電力浪費(fèi)和資源短缺，造成了我國鉻鐵生產(chǎn)企業(yè)成本高、效益差。

我國有近百家的鉻鐵生產(chǎn)企業(yè)，但是其裝備水平都不很高。在鉻鐵生產(chǎn)十分落后的局面下，近年來一批大型鉻鐵生產(chǎn)項目開始籌劃。但是由于沒有自己獨(dú)特的先進(jìn)工藝和技術(shù)，新建設(shè)的大型項目基本上都在引進(jìn)國外20世紀(jì)的技術(shù)，且投資巨大。受到巨額投資限制和技術(shù)引進(jìn)中諸多困難的影響，多個項目進(jìn)展不理想，已經(jīng)投產(chǎn)的大型生產(chǎn)廠效益也不好。

目前，我國引進(jìn)的鉻鐵生產(chǎn)技術(shù)主要有兩種：一種是河北黃驊采用日本昭和電工技術(shù)建設(shè)年產(chǎn)40萬噸的鉻鐵項目，雖然項目已經(jīng)立項很久，但是進(jìn)展不理想；另一種是以山西太鋼萬邦爐料有限公司30萬噸鉻鐵項目為代表的引進(jìn)OUTOTEC公司的鉻礦粉造球、焙燒、礦熱爐爐頂料倉預(yù)熱工藝。

受到原料供應(yīng)、巨額投資、沒有自主工藝技術(shù)的限制，有些已經(jīng)批準(zhǔn)的項目不能按計劃工期投產(chǎn)。因此，我國鉻鐵生產(chǎn)落后的局面短時間內(nèi)難以根本改變。

我國鉻鐵生產(chǎn)，所需的鉻礦以進(jìn)口為主，物料成本高。2013年，進(jìn)口鉻礦1 209.2萬噸，占我國鉻礦消費(fèi)總量的95%以上，而我國自產(chǎn)鉻礦占比不及5%。目前，從哈薩克進(jìn)口鉻礦及國內(nèi)鉻礦利用日益困難，因此，在沿海建設(shè)大型的現(xiàn)代化鉻鐵廠，有利于我國對國外鉻礦的利用。近年來，沿海在建的一批鉻鐵項目將具有物流優(yōu)勢。目前，我國現(xiàn)有的鉻鐵廠為了利用電力價格優(yōu)勢，多數(shù)分布在內(nèi)蒙、山西、湖南、四川等電力資源豐富之地。

在鉻鐵冶煉的工藝進(jìn)步方面可以借鑒鎳鐵發(fā)展的經(jīng)驗。在過去的幾年內(nèi)，先進(jìn)的、低成本的RKEF鎳鐵冶煉工藝迅速取代了高能耗、高污染的小高爐工藝；在激烈的市場競爭中，冷料入爐的小型鎳鐵礦熱電爐工藝也將很快被RKEF工藝取代。

2.世界鉻鐵技術(shù)的進(jìn)展

不銹鋼冶煉工藝的進(jìn)步，使得含碳量6%～9%、含鉻量50%～55%的低價爐料級鉻鐵迅速成為市場的主流產(chǎn)品。

隨著優(yōu)質(zhì)鉻礦的塊礦越來越少，資源日趨緊張，鉻礦價格也越來越高，目前，鉻鐵冶煉技術(shù)開發(fā)的主要任務(wù)之一就是致力于粉礦利用技術(shù)開發(fā)。預(yù)還原球團(tuán)、燒結(jié)球團(tuán)和壓球等粉礦預(yù)處理工藝技術(shù)投入生產(chǎn)。

目前，世界上開發(fā)了多種新的冶煉工藝技術(shù)和鉻粉礦的處理技術(shù)。但是，經(jīng)分析研究，真正有可能為我們所借鑒的工藝只有兩種：一種是奧托昆普公司開發(fā)的燒結(jié)球團(tuán)預(yù)熱工藝；另外一種是日本昭和電工公司發(fā)明的SRC法。兩種工藝都立足于利用粉礦細(xì)磨后加入粘結(jié)劑，制成球團(tuán)，再進(jìn)入礦熱爐冶煉。

芬蘭奧托昆普公司采用過回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)球團(tuán)、豎爐燒結(jié)球團(tuán)、鋼帶式燒結(jié)機(jī)燒結(jié)球團(tuán)，但是球團(tuán)中不含炭，所以在燒結(jié)過程中不存在預(yù)還原反應(yīng)。燒結(jié)球團(tuán)和焦炭、硅石配料送電爐爐頂預(yù)熱后，直接進(jìn)入封閉電爐冶煉鉻鐵。由于沒有爐料的預(yù)還原進(jìn)程，爐料進(jìn)入爐頂料倉的溫度比較低，礦熱爐爐頂?shù)念A(yù)熱裝置建設(shè)導(dǎo)致廠房高度很高，這種工藝雖然成熟，但是在投資、能耗和成本方面會比SRC法高，生產(chǎn)效率也會低些。實際上，不加炭的氧化性鉻粉礦球團(tuán)的生產(chǎn)在我國早已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，球團(tuán)冷卻后加入到6 300KVA的小爐子，生產(chǎn)爐料級的鉻鐵，效果很好。外熱式豎爐燒結(jié)球團(tuán)工藝也曾經(jīng)在遼陽廠的鉻鐵生產(chǎn)中使用多年。繼續(xù)這種工藝的研發(fā)，實現(xiàn)大型密閉爐的生產(chǎn)，生產(chǎn)指標(biāo)就將接近于芬蘭奧托昆普公司的技術(shù)。

SRC法，在磨礦時加入了焦粉，在圓盤造球機(jī)上造球，球團(tuán)在鏈篦機(jī)（或豎窯中）干燥和預(yù)熱，再送至回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)還原，還原率可以達(dá)到60%。高溫預(yù)還原球團(tuán)與焦炭、硅石和白云石配料，送入封閉電爐冶煉成鉻鐵。這種工藝類似于我國正在生產(chǎn)的鎳鐵RKEF工藝，主要區(qū)別在于：礦粉需要細(xì)磨后制成球，再經(jīng)過干燥后入回轉(zhuǎn)窯，其重點要保證球的熱強(qiáng)度；回轉(zhuǎn)窯的工作溫度將達(dá)到1 200～1400℃，注意防止窯的粘結(jié)；在出窯的過程中防止被還原出來的鉻金屬被二次氧化。

采用這種工藝的日本周南電工的18MVA電爐，生產(chǎn)含鉻56.7%的高碳鉻鐵時電力消耗為1 920～2 100kWh/t，大約是我國目前電爐電力消耗的1/2。采用這種類似工藝的前蘇聯(lián)西伯利亞電鋼廠的16.5MVA電爐冶煉高鉻含量（含鉻69.28%）的鉻鐵也取得了成功，平均電力消耗指標(biāo)為3 049 kWh/t（折合成為含鉻為60%的基準(zhǔn)噸時），晝夜最低電耗指標(biāo)為2 300 kWh/t。南非采用這種工藝的電爐雖然還存在諸多問題，但生產(chǎn)也基本正常。

在節(jié)電、利用低價鉻粉礦、提高鉻的收得率3個方面，這種30多年前就已經(jīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)值得借鑒。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和外部條件的變化，我們不應(yīng)該完全套用這些技術(shù)，而是應(yīng)該結(jié)合我國國情，與國外研究院所共同合作開發(fā)出比SRC更先進(jìn)的“鉻鐵預(yù)還原—高溫入密閉式礦熱爐”的冶煉技術(shù)。正如國內(nèi)鎳鐵生產(chǎn)采用的RKEF工藝中有許多我國獨(dú)立開發(fā)的技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)一樣。

冷壓球團(tuán)技術(shù)、轉(zhuǎn)底爐預(yù)還原技術(shù)、熔融還原技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原和頂?shù)讖?fù)合吹氧轉(zhuǎn)爐熔融還原技術(shù)、烏克蘭國立冶金大學(xué)采用GOR轉(zhuǎn)爐直接生產(chǎn)鉻鐵水的技術(shù)（采用土耳其粉礦）都有其發(fā)展前景和優(yōu)勢。

3.開發(fā)鉻鐵現(xiàn)代化冶煉工藝技術(shù)

瞄準(zhǔn)最先進(jìn)的粉礦制球（壓球和滾動造球兩種工藝）—回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原—配料后熱裝入礦熱爐—大型現(xiàn)代化全封閉的礦熱爐冶煉工藝，進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。打破日本昭和電工技術(shù)壟斷，開發(fā)新技術(shù)，取得成就。在技術(shù)開發(fā)過程中，與國外的研究院所合作，汲取其幾十年來在鉻鐵冶煉領(lǐng)域的經(jīng)驗，可先建設(shè)一套小型的“礦粉和焦粉的細(xì)磨—干燥和造球—球的烘干—回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)和預(yù)還原—熱裝入電爐冶煉”的工業(yè)試驗生產(chǎn)線，并聘請曾經(jīng)操作過類似生產(chǎn)線的技術(shù)專家和操作人員共同進(jìn)行試生產(chǎn)。在技術(shù)上取得突破后，建設(shè)大型的、現(xiàn)代化的鉻鐵生產(chǎn)工廠。

目前，規(guī)劃院正在跟蹤烏克蘭國立冶金大學(xué)利用現(xiàn)有冶煉不銹鋼的小型GOR轉(zhuǎn)爐開展熔融還原技術(shù)開發(fā)項目的進(jìn)展，并正積極物色感興趣的企業(yè)投入少量的費(fèi)用，與之共同開發(fā)這種新技術(shù)。

三、進(jìn)一步推廣完善鎳鐵生產(chǎn)技術(shù)

1.繼續(xù)推廣紅土鎳礦冶煉鎳鐵RKEF技術(shù)

利用國外氧化鎳礦資源，借鑒國際上成熟先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保的火法冶煉鎳鐵技術(shù)，開發(fā)適合我國國情的紅土鎳礦高效利用技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)代化鎳鐵廠，是受國家政策支持、市場潛力大的好項目，也是我國鎳工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。基于此，規(guī)劃院早在2005年就專門進(jìn)行了這方面的研究，認(rèn)為國家政策支持低品位紅土鎳礦高效利用技術(shù)的開發(fā)，為我國鎳鐵業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了機(jī)遇。國內(nèi)小高爐鎳鐵工藝和“燒結(jié)機(jī)-礦熱爐”鎳鐵工藝都存在高能耗、高污染、質(zhì)量差的問題，正在被逐漸淘汰。RKEF工藝廣泛用于鎳鐵冶煉，技術(shù)成熟、節(jié)能環(huán)保，是國際上鎳鐵生產(chǎn)的最主要方法。規(guī)劃院與國外生產(chǎn)及科研機(jī)構(gòu)合作，研究中國特定的原料條件和能源結(jié)構(gòu)，突破配料模型、回轉(zhuǎn)窯以煤粉為燃料的焙燒和還原、底吹氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出適合我國國情的RKEF工藝，目前已在許多企業(yè)建成投產(chǎn)，并取得成功，對我國鎳鐵行業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。實踐證明，盡管鎳價處于歷史上的低位，但是由于采用先進(jìn)的鎳鐵冶煉工藝，充分利用設(shè)備和建筑材料低價時期的優(yōu)勢，已經(jīng)投產(chǎn)的幾座現(xiàn)代化的鎳鐵廠，仍有很好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國鎳鐵廠的主要任務(wù)就是在基本完成小高爐鎳鐵的淘汰任務(wù)以后，盡快淘汰冷裝料的、25MVA以下的鎳鐵礦熱爐。

規(guī)劃院是全國最早推廣RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵的單位，熟悉鎳鐵生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，掌握了從規(guī)劃、設(shè)計到施工、生產(chǎn)的全部技術(shù)，推廣應(yīng)用取得了重要進(jìn)展，并將繼續(xù)推進(jìn)以先進(jìn)的RKEF工藝取代高能耗、高污染的小型鎳鐵生產(chǎn)廠工作。

2.鎳鐵生產(chǎn)中除塵灰的再利用

由于紅土鎳礦中粉料比較多，所以在回轉(zhuǎn)窯和其前面的干燥窯工序產(chǎn)生了大量的除塵灰。由于采用的工藝不同，除塵灰的量波動在原料總量的5%～15%，一座30MVA的礦熱爐日用礦量為1 200t左右，除塵灰的量大約為100t，這樣大量的除塵灰造成生產(chǎn)過程中嚴(yán)重的原料浪費(fèi)和工作條件惡化。

為此，規(guī)劃院首先從設(shè)計的角度，采取措施，保證盡可能地減少除塵灰。采取設(shè)計方面的措施后，2014年2月10日投產(chǎn)的裝備有一座30MVA礦熱爐的某鎳鐵廠，日產(chǎn)含鎳12%鎳鐵150t時，每天的除塵灰總量下降到不超過50t（包括回轉(zhuǎn)窯和烘干窯）。烏克蘭帕布什鎳鐵廠，回轉(zhuǎn)窯除塵采用特殊設(shè)計，除塵灰自動回窯，僅有少量的電除塵器產(chǎn)生的除塵灰需要造球處理，兩座42MVA電爐，日產(chǎn)410t鎳鐵時每天需要進(jìn)行造球處理的電除塵的除塵灰量大約為80t。其次，要有效地利用這些除塵灰。除塵灰是寶貴的原料，該材料的浪費(fèi)不但污染環(huán)境，也會浪費(fèi)資源，造成生產(chǎn)成本的提高。

目前，國內(nèi)主要采用的處理方法是：采用燒結(jié)機(jī)處理、園盤式造球機(jī)造球、直接返回料場與原礦混合。造球技術(shù)的不成熟和返回料場時的揚(yáng)塵，已經(jīng)成為鎳鐵生產(chǎn)廠的一大負(fù)擔(dān)。

采用“造球-烘干”工藝，將除塵灰造成球再供到回轉(zhuǎn)窯中，是一條正確的工藝路線。烏克蘭的造球成本計算過程是：每噸礦粉（除塵灰）加入粘結(jié)劑40kg，每噸粘結(jié)劑的價格為80美元，每噸除塵灰造成球的粘結(jié)劑的成本為3.2美元，再加上電力和人工費(fèi)用，每噸成本大約為4美元，折合人民幣25元，這個成本是鎳鐵廠完全可以接受的。這種圓筒式的造球機(jī)的設(shè)備費(fèi)用為一臺5萬美元（造球的能力為100t/d），但是前面要為其配套料倉和混合料的裝置，后面要配套球的篩分和干燥裝置，估計投資在100萬元人民幣左右。

四、鎳鐵水再加工成為不銹鋼

目前，國內(nèi)的鎳鐵水普遍低硫、低磷，可以簡化精煉操作，并直接冶煉成為不銹鋼。我國國內(nèi)的鎳鐵廠每年的生產(chǎn)規(guī)模多在8～20萬噸，只有少數(shù)的幾個鎳鐵廠向年產(chǎn)鎳鐵50萬噸的規(guī)模發(fā)展。為大型鎳鐵廠配套建設(shè)不銹鋼冶煉廠，在只冶煉300系列不銹鋼時，生產(chǎn)規(guī)模將被局限在年產(chǎn)50萬噸左右。同時，生產(chǎn)200系列不銹鋼時，也難以建設(shè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不銹鋼生產(chǎn)廠，熱軋車間多數(shù)也只能發(fā)展中寬帶鋼。

1.小型鎳鐵廠發(fā)展不銹鋼冶煉

一個兩臺30MVA礦熱爐冶煉設(shè)備組成的小型鎳鐵生產(chǎn)廠，年產(chǎn)含鎳12%左右的鎳鐵10萬噸。目前，國內(nèi)鎳鐵銷售中，鐵不計價。每年將有88 000t鐵無償?shù)厮徒o不銹鋼生產(chǎn)廠，目前，我國L10生鐵含稅噸價為2 450元，全年損失鐵的價值為2.156億元。目前，鎳鐵廠實際利潤很低，損失的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過年利潤。

延伸鎳鐵廠的產(chǎn)業(yè)鏈，可以建設(shè)由1座酸性GOR轉(zhuǎn)爐、2座堿性GOR轉(zhuǎn)爐組成的小型耐蝕鋼廠。其產(chǎn)品方向為：一是與不銹鋼鑄件需求企業(yè)合作，為其提供不銹鋼鑄件，包括閥門件和其他不銹鋼鑄件；二是為國內(nèi)大型不銹鋼件的鍛造企業(yè)和周期式軋管機(jī)的鋼管廠提供大型的鋼錠，為國內(nèi)的中板廠提供不銹鋼的扁錠；三是建設(shè)連鑄機(jī)，生產(chǎn)鋼坯；四是生產(chǎn)精制的?；囪F，供應(yīng)VOD爐使用，當(dāng)然也允許有部分粗制的鎳鐵水直接澆鑄成為鐵錠，以現(xiàn)在的渠道供給不銹鋼冶煉廠。

這種工廠配套建設(shè)GOR轉(zhuǎn)爐的參數(shù)大致是：轉(zhuǎn)爐容積15～20t；酸性轉(zhuǎn)爐1座；堿性轉(zhuǎn)爐2座；粗制鐵水的精煉量每爐10～20t（要求有比較大的調(diào)整量）；注入粗鎳鐵溫度為1 280～1 350℃；酸性轉(zhuǎn)爐金屬溫度不超過1 550℃；堿性轉(zhuǎn)爐金屬溫度不超過1 700℃（可以生產(chǎn)精煉鎳鐵，也可以直接生產(chǎn)不銹鋼）；爐容比為0.85m3/t；酸性轉(zhuǎn)爐的吹爐時間不超過40min（由于熱效率好，可以加入大量的毛鐵等冷料），堿性轉(zhuǎn)爐不超過0。

由于鎳鐵水純凈，加之冶煉過程中的原料基本上都是第一次使用，不存在金屬的“老化”問題（多次熔煉后的金屬晶粒粗大），鑄坯和鑄件的質(zhì)量會很好。

2.項目設(shè)想

為了長遠(yuǎn)發(fā)展，企業(yè)可以考慮建設(shè)自己的鑄件生產(chǎn)線，如有必要可以與烏克蘭工廠合作，建設(shè)新的生產(chǎn)廠，生產(chǎn)耐高溫、耐高壓的特殊鋼專用閥門，以低成本進(jìn)入市場，附加值高，效益好。但是由于不銹鋼的鑄件市場有限，只能根據(jù)地域條件考慮是否適合建設(shè)鑄造廠。

在不宜建設(shè)鑄造廠的地方，可以考慮建設(shè)同時生產(chǎn)不銹鋼鋼坯、鋼錠、精制鎳鐵的后部工序的工廠，這原因是幾種產(chǎn)品的冶煉工藝相似，所用的冶煉設(shè)備也基本相同。

考察的國外鎳鐵廠原來生產(chǎn)粗制鎳鐵，由于原料價格上漲和粗制鎳鐵市場競爭激烈，近年來轉(zhuǎn)產(chǎn)用于VOD冶煉的精制鎳鐵，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。以精制鎳鐵?；b置替代粗制鎳鐵的鑄鐵機(jī)，投資不大，工藝比較簡單，收益比較好。

直接用鎳鐵水和鉻鐵水冶煉不銹鋼的課題，可以作為鉻鐵和鎳鐵工廠發(fā)展的方向進(jìn)行研究。規(guī)劃院正在開展新一代不銹鋼冶煉廠方案和工藝的設(shè)計，爭取早日應(yīng)用于行業(yè)實踐，再一次推動不銹鋼行業(yè)的技術(shù)和效益突破。

此外，2014年2月，工業(yè)和信息化部公告了第五批符合鐵合金及電解金屬錳行業(yè)準(zhǔn)入條件的48家企業(yè)名單，同時布置了第六批鐵合金準(zhǔn)入公告申報工作，并對鐵合金行業(yè)準(zhǔn)入條件進(jìn)行了修訂（預(yù)計今年下半年發(fā)布），要在環(huán)境保護(hù)、能源評估、清潔生產(chǎn)、能源中心建設(shè)，以及企業(yè)生產(chǎn)布局（入?yún)^(qū)入園、退城進(jìn)園）和總量控制等方面進(jìn)一步提高要求，這對引導(dǎo)鐵合金企業(yè)規(guī)范健康發(fā)展，遏制低水平盲目投資意義重大。規(guī)劃院作為修訂準(zhǔn)入條件和鐵合金準(zhǔn)入公告管理的重要單位，也將積極配合企業(yè)和政府部門做好相關(guān)準(zhǔn)入管理各項工作。

五、結(jié)束語

總之，我國鐵合金工業(yè)發(fā)展面臨著效益下滑、節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)的壓力，為此規(guī)劃院通過設(shè)立鐵合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，整合在合金礦資源、鐵合金行業(yè)現(xiàn)狀和市場研究、生產(chǎn)工藝和裝備、新技術(shù)推廣和工程項目服務(wù)以及國際交流和合作等方面的業(yè)務(wù)資源和優(yōu)勢，通過上述課題的研發(fā)，進(jìn)一步擴(kuò)大與國內(nèi)外政府部門、鐵合金科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)、權(quán)威專家的合作，強(qiáng)化工程技術(shù)咨詢服務(wù)，推廣新技術(shù)、新工藝，節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、降低成本、提高效益，共同為我國鐵合金工業(yè)的科學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

[1]陳洪飛，彭鋒.鐵合金產(chǎn)業(yè)升級呼喚技術(shù)進(jìn)步[N].中國冶金報，2013-10-29.

[2]劉曉民，姜曉東，鹿寧，等.開發(fā)中國特色紅土鎳礦冶煉工藝建設(shè)現(xiàn)代化鎳鐵廠[J].鐵合金，2009（2）.

（作者單位：1.作者為冶金工業(yè)規(guī)劃研究院副院長，北京100711；2.冶金工業(yè)規(guī)劃研究院，北京100711）

F273.1

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1002-1779（2014）04-0004-05