矿热炉镍铁冶炼工艺

镍铁炉是用于冶炼镍铁合金的专用矿热炉。其主要作用是将镍矿石、碳质还原剂（如焦炭）和石灰石等原料按一定比例加入电炉炉内，通过电极加热，使原料在高温下发生化学反应，从而熔炼镍，铁合金。

镍铁冶炼概述

在铁合金生产中，镍铁属于较难熔的金属之一，SAF冶炼镍铁是当前红土镍矿火法冶炼的主流工艺。

埋弧电炉冶炼镍铁工艺，是一种利用电能作为热源，在高温还原性气氛下，将红土镍矿中的镍和铁氧化物还原成金属，并富集在镍铁合金中的火法冶金过程。

该工艺主要适用于处理含水较低的腐泥土型（Saprolite）红土镍矿，因其硅镁含量高、铁含量相对较低，适合生产含镍10%-40%的镍铁合金，是生产不锈钢（200系、300系）的关键原料。

镍铁炉的熔炼温度通常在1600-1700℃之间，是一种高温镍铁SAF熔炼炉设备。

矿热炉镍铁冶炼工艺

SAF作为核心熔炼设备，与上游的原料预处理工序结合，形成完整的工艺流程。目前最主流、最成熟的组合是RKEF（回转窑-矿热炉）工艺。

阶段一：原料准备与预处理

红土镍矿：主要使用腐泥土型矿，要求镍品位相对较高（通常>1.8%），MgO和SiO₂含量高，Fe含量较低。矿石需经过干燥，控制水分。

还原剂：常用冶金焦、兰炭或无烟煤。要求固定碳高、灰分低、反应性好，粒度需与矿石匹配。

熔剂：主要为石灰石或白云石，用于调整最终炉渣的碱度（CaO/SiO₂比），降低熔点和粘度，利于金属颗粒聚集和渣铁分离。

预处理操作：原料按精确比例配料、混合，确保成分均匀稳定。

阶段二：回转窑预还原

这是RKEF工艺的标志性环节，直接关系到电炉的能耗和效率。

过程：混合好的炉料从窑尾加入长长的回转窑，同时从窑头喷入煤粉或通入燃气作为燃料。炉料在窑内随窑体旋转并向前运动。

作用：

    1. 干燥与脱水：去除矿石的物理水和结晶水。

    2. 预热：将物料加热至750-900°C。

    3. 预还原：矿石中的镍、铁氧化物与还原剂中的碳发生部分还原反应，生成金属镍、铁或低价氧化物。预还原度（特别是镍的预还原）是衡量此工序好坏的核心指标。

产出：从窑头排出的高温、部分预还原的热料，通过热料输送系统直接加入矿热炉。此举能显著节省电炉的物理热和还原反应热。

阶段三：矿热炉熔炼

设备：

大型密闭或半密闭圆形矿热电炉，通常为三根电极（三角形排列）。预处理的热料直接加入电炉中。

炉内自上而下可分区为：

    1. 炉料层：新加入的热料在此预热。

    2. 反应层/焦炭层：温度最高（1500-1600°C），主要还原反应在此完成：NiO + C → Ni + CO， FeO + C → Fe + CO。部分SiO₂、MgO等与CaO形成低熔点炉渣。

    3. 熔池层：还原生成的镍铁液滴因密度大而下沉聚集，形成镍铁熔池；氧化物（SiO₂、MgO、CaO等）形成熔融炉渣层，浮于上部。

操作特点：

采用“埋弧”操作，电极深插入料层，电弧在炉料包围中稳定燃烧，热能利用率高，还原气氛强，金属回收率高（镍回收率通常>90%）。【1】

阶段四：出铁、精炼与浇铸

镍铁水和炉渣因密度不同在炉内分离，从不同的出铁口放出。下部的镍铁水先行流出，流入铁水包。然后打开渣口，上部的熔融炉渣排出并进行水淬处理。

精炼：从矿热炉出来的镍铁水通常含有较高的硅、磷、碳等杂质。需运送至转炉或AOD炉进行精炼， 进一步脱除Si、P、C等杂质，调整成分至不锈钢厂要求。

浇铸：精炼后的合格镍铁水浇铸到模中，冷却成镍铁锭（含镍10%-40%），作为商品出售。

RKEF工艺

目前全球最主流、最成熟的 镍铁炉冶炼工艺还是 “回转窑-矿热炉（RKEF）” 工艺组合。它被几乎所有新建大型项目所采用。

RK（回转窑）阶段：负责干燥、预热和预还原。矿石与部分还原剂在回转窑中加热，镍铁氧化物被部分还原成金属态，极大减轻了矿热炉的还原负荷。

EF（矿热炉）阶段：负责最终的高温熔炼、还原和渣铁分离。

RKEF优势：能耗显著降低（电耗可降低20%-30%），生产效率高，镍回收率高，运行稳定，适合大规模生产。【2】

镍铁矿热炉RKEF工艺流程是一个高度集成化的系统工程，其核心思想是“预还原节能”和“电炉熔炼富集”。通过回转窑将原料预处理为高温预还原状态，极大优化了SAF等熔炼炉的能耗效率，最终经济、大规模地生产出不锈钢工业所需的关键原料——镍铁合金。

来源：

【1】冶金工程领域的核心期刊，如《冶金工程》（JOM）、《加拿大冶金季刊》等

【2】美国矿业、冶金和石油工程师学会出版的《有色金属提取冶金》手册