浸没式矿热炉镍铁冶炼工艺

浸没式矿热炉镍铁冶炼工艺是当前火法冶炼红土镍矿生产镍铁合金的主流技术路线之一，尤其在中国及东南亚地区广泛应用。

该工艺通常作为 RKEF（回转窑–矿热炉）流程的核心环节，具有技术成熟、产品品位稳定等优点。

以下从原理、流程、设备、原料要求等方面系统为您介绍SAF冶炼镍铁工艺。

一、矿热炉的基本原理

镍铁炉是一种利用电能通过石墨电极产生高温电弧和电阻热，在还原性气氛下将红土镍矿中的镍、铁氧化物还原为金属态，并与硅、碳等形成镍铁合金（FeNi）的冶金设备。

主要还原反应（简化）：

• NiO+C→Ni+CO

• FeO+C→Fe+CO

还原剂：通常为焦炭或兰炭。

温度：电炉内温度可达 1450–1600°C，足以使金属熔化并沉降到底部形成合金相，上层为炉渣。

注：所谓“浸没式”是指电极深入料层之下工作，电弧被炉料覆盖，减少热损失、提高热效率，并保护炉衬——这是SAF的标准操作模式，并非独立工艺。

二、 镍铁冶炼工艺（以 RKEF 为例）

RKEF = Rotary Kiln – Electric Furnace

1. 原料准备

红土镍矿（通常为褐铁矿型，Ni 1.5–2.5%，Fe 30–50%，MgO、SiO₂ 含量高）

配入还原剂（焦炭/兰炭）、熔剂（石灰石、白云石等调节渣系）

2. 干燥与预还原（回转窑）

矿石在回转窑中经 800–1000°C 焙烧，脱除结晶水，部分 Fe/Ni 氧化物被初步还原。

产出“焙砂”（hot calcine），直接热送至矿热炉，节能显著。

3. 熔炼还原（矿热炉）

热焙砂 + 还原剂 + 熔剂加入镍铁炉。

在强还原气氛下完成深度还原，生成：

下层：镍铁合金（含 Ni 10–30%，其余主要为 Fe，少量 C、Si、S、P）

上层：炉渣（主要成分为 CaO–SiO₂–MgO–Al₂O₃ 系）

4. 出铁与精炼

定期出铁，镍铁液可铸锭或送精炼炉（如 AOD）脱硫、调整成分。

炉渣水淬或用于建材。

三、关键设备：矿热炉（SAF）

结构：圆形或矩形炉体，3 根自焙电极（Søderberg）或组合电极。

功率：大型镍铁矿热炉功率可达 30–72 MVA。

操作特点：

• 电极“浸没”于炉料中（故称 Submerged Arc）

• 连续加料、间歇出铁

• 自动化控制电极位置、功率、料面高度

四、原料要求

浸没式矿热炉镍铁冶炼工艺（尤其是 RKEF 流程），其核心在于通过电能高效还原镍铁氧化物。尽管面临高能耗、高碳排的挑战，但在拥有低成本电力资源（如水电、自备电厂）的地区仍具强大竞争力。其特点为不依赖耐火内衬，采用铜水套冷却，提升炉体寿命与操作稳定性。相比传统方法，浸没式设计能更充分地利用电能，提升镍铁产出率，是当前绿色低碳冶炼技术的重要发展方向。

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