直流埋弧炉（DC-SAF）镍铁冶炼

直流埋弧炉（DC-SAF）镍铁冶炼

随着全球对不锈钢和新能源材料需求的不断增长，镍作为关键金属的战略地位日益凸显。镍铁（Ferronickel）因其稳定的成分、较高的金属回收率以及与不锈钢冶炼工艺的高适配性，已成为不锈钢行业最重要的镍源之一。面对资源结构变化、矿石品位下降以及能源成本上升等挑战，如何以更高效、更经济、更环保的方式进行镍铁冶炼，成为行业关注的核心课题。

传统的回转窑–电炉（RKEF）工艺虽然成熟，但在处理低品位矿、细粒矿或高水分矿石时存在一定限制，同时在能耗、电极消耗、炉况稳定性及环保指标上也面临压力。为了提升冶金效率并适应更广谱的矿石原料，直流埋弧炉（DC Submerged Arc Furnace，简称 DC-SAF）技术在近几十年迅速兴起，成为镍铁冶炼的新选择。

DC-SAF 依托其独特的单电极直流电弧结构，可实现能源高度集中、冶炼过程稳定、矿石适应性强等优势，使其在全球多个镍铁项目中被广泛采用。尤其在处理低品位红土镍矿、细粉矿以及大规模连续化生产方面，DC-SAF 展现出显著的经济性和技术优势。

镍铁冶炼工艺概述

镍铁（Ferronickel）冶炼的核心目标，是从红土镍矿（Laterite Nickel Ore）中高效提取镍和铁，获得适用于不锈钢制造、特殊钢以及部分高温合金的关键原料。由于红土镍矿具有高含水量、矿物结构分散不均、化学成分变化大、镍品位低且不同矿带差异显著等特点，其冶金难度明显高于硫化镍矿。红土矿在熔炼过程中对温度、还原气氛、料层结构以及炉内能量分布均十分敏感，因此选择合适的工艺路线对于能耗、金属回收率以及生产稳定性都至关重要。

红土镍矿的典型特征包括：

1. 含水量高（20–35%）

2. 矿物结构复杂（硅镁镍铁粘土结构）

3. 品位波动大（0.9–2.0% Ni 常见）

4. 还原困难、热稳定性差

   
   

   
   

   
   

这些特性决定了镍铁冶炼必须具备：

1. 高能量强度

2. 强适应性

3. 高效的还原反应控制能力

4. 稳定的炉况管理技术

因此，选择正确的工艺路线直接影响冶炼成本、环保指标和金属回收率。

1. 全球主流的两大镍铁冶炼工艺路径

目前全球镍铁生产主要依赖两大技术路径：一类是以 RKEF（回转窑–电炉）为代表的传统的干燥–预还原–熔炼流程；另一类是以 AC-SAF（交流埋弧炉）和 DC-SAF（直流埋弧炉）为核心的电炉直接熔炼路线。在近十年的行业演进中，随着矿石资源逐渐向低品位、细粒化、高水分方向发展——特别是东南亚红土镍资源的快速开发——传统 RKEF 的局限性越来越突出，而 DC-SAF 凭借其炉况稳定、能量利用率高、对矿石适应性强的优势，被视为未来镍铁冶炼技术的重要方向。

（1）RKEF（回转窑–电炉）工艺：

传统 RKEF 工艺是当今全球镍铁产能最广泛采用的流程，其核心由矿石干燥、回转窑预还原、电炉熔炼和金属精炼四大步骤构成。在该流程中，回转窑承担着极为重要的预还原功能，通过煤粉或其他固体还原剂，将矿石中的 NiO 和 FeO 部分还原为金属态，从而降低后续电炉的能耗。RKEF 的成熟度高、产量大、适合大规模建设，是其能够在过去几十年占据主导地位的主要原因。然而，它的结构复杂、流程长、对矿石粒度要求较高，尤其是细粉矿和高湿矿难以直接使用，必须经过造粒或长时间干燥处理，导致系统能耗高且成本大幅上升。随着矿石波动性增加，回转窑温控难度加大，窑皮不稳定、料球崩解等问题频繁出现，使得系统连续性和能效表现受到影响。此外，RKEF 的总体电耗、煤耗比 DC-SAF 更高，且电极消耗量偏大，炉况波动也更容易出现，已逐渐成为制约行业升级的重要因素。

在此背景下，AC-SAF（交流埋弧炉）作为一种更短流程的电炉技术受到关注。与 RKEF 相比，AC-SAF 能直接完成矿石的还原熔炼，不再需要回转窑，从而显著缩短流程并减少设备数量。交流电弧提供高温，使得矿石能够快速熔融和分离为铁水与炉渣，同时也能灵活适应不同配比的矿石。然而，AC-SAF 天然存在三相电弧不稳定的问题，电弧摆动大，炉内温度分布不均匀，从而增加了电极断裂风险和炉况波动。交流电弧对电网的冲击较大，特别是在大功率运行下容易造成电压闪变（flicker），对电网基础设施提出更高要求。加之电极系统复杂、维护成本高，在大型镍铁熔炼项目中使用 AC-SAF 的局限性逐渐显露。

（2）AC-SAF（交流埋弧炉）直接熔炼工艺

直流埋弧炉（DC-SAF）由此成为现代镍铁冶炼的重要发展方向。DC-SAF 采用单电极上极结构，并在炉底嵌入导电阳极，通过形成稳定的直流电弧来实现集中而持续的热输入。与交流电弧相比，直流电弧更稳定、更容易控制，并且热能集中度更高，使炉内温度场更加均匀，有利于矿石的熔融和金属还原。DC-SAF 由于只有一个电极，电极摆动幅度小，消耗量显著低于 AC-SAF；同时，由于其连续稳定的电弧特性，可有效降低电网闪变，特别适合大容量电炉的工业应用。

DC-SAF 在处理不同性质的红土镍矿方面具有天然优势。首先，它能直接处理高湿矿、细粉矿，无需造粒或烧结，可以显著提升原料适配范围，降低前处理成本。其次，直流电弧能够穿透料层并直达炉料核心，使炉料加热和还原更加均匀，降低出现冷料、死区或反应滞缓的风险。与 RKEF 和 AC-SAF 相比，DC-SAF 的炉况更平稳，能量利用率更高，粉尘产生量更低，环保表现更加突出。此外，随着电力电子、电极制造、耐火材料和炉底阳极技术的发展，DC-SAF 的可靠性得到极大提升，维护需求减少，设备寿命延长，使其成为适合长期运行的大型镍铁项目的重要装备。

工艺选择趋势

从行业整体来看，镍铁冶炼技术的选择趋势正在发生明显变化。在矿石品位下降、资源细粉化以及全球范围内能源价格上升、环保压力增大的背景下，传统 RKEF 的长流程和高能耗问题越来越难以满足未来需求。越来越多的新建高镍铁项目开始采用 DC-SAF，将其作为主熔炼设备；一些已有的 RKEF 工厂也在探索“回转窑＋DC-SAF”组合模式，以提升能源利用效率和原料灵活性。同时，DC-SAF 对自动化、数字化和智能化控制较为友好，使得其在未来智能冶炼工厂的发展趋势中更具潜力。

综合来看，RKEF、AC-SAF 和 DC-SAF 将在未来一段时间内继续共存，但 DC-SAF 正逐步成为应对低品位、多变红土矿时代的关键冶炼技术。其高稳定性、强适应性和高能效特点，使其成为镍铁行业在技术升级、节能降耗和环保达标方面的重要突破口。