直流埋弧炉（DC-SAF）镍铁冶炼全流程

直流埋弧炉（DC-SAF）镍铁生产过程涵盖了从原料准备到最终金属出炉的完整工序。DC-SAF 以直流电弧为主要热源，具备能耗低、稳定性高、适应性强等优点，可稳定实现高效率、高金属回收率的大规模连续冶炼。

本章节将从原料准备、加料系统、电弧加热、炉内冶金反应、排渣、出铁、烟气治理、冷却系统、自动化控制及能效指标等方面，对 DC-SAF 的全流程冶炼工艺进行系统化解析。

1. 原料准备（Raw Material Preparation）

DC-SAF 对原料适应性极强，尤其适合现代红土镍矿项目，可处理：

• 高湿矿石（20–30% 含水量）

• 高镁、高硅矿石

• 细粉矿（无需造球即可直接冶炼）

• 低品位红土镍矿（1.0–1.6% Ni）

合理的原料预处理是炉况稳定、节能降耗和提升冶金效率的基础。

（1）干燥（Drying）

通过回转干燥机、回转窑或热风干燥设备，将矿石含水量降低至 10–15%，可显著改善：

• 炉料透气性

• 炉内传热效率

• 能耗水平

• 避免塌料、结壳等炉况波动问题

（2）破碎与筛分（Crushing & Screening）

矿石粒度通常控制在 0–50 mm，细粉比例不超过 30–40%。稳定的粒度分布有助于：

• 热传递更均匀

• 还原反应更加充分

• 料层保持良好孔隙度

• 保证电弧有效穿透

（3）配料（Blending）

配料直接决定冶炼性能，典型配比包括：

• 红土镍矿

• 还原剂（焦炭、煤）

• 熔剂（石灰石、白云石、石英等）

目标包括：

• 控制渣中 MgO/SiO₂ 比

• 获得适宜的渣流动性

• 达到最佳金属回收率

2. 加料系统（Charging System）

DC-SAF 采用密封式自动加料系统，主要包括：

• 顶部密封加料管道

• 无钟加料或旋转布料器

• 密闭料斗

• 自动控制加料 PLC 系统

加料策略的核心目标：

• 保证炉料均匀覆盖电弧

• 维持稳定的埋弧深度

• 控制料面高度

• 防止偏料与炉况波动

连续、精准的加料是稳定冶炼过程的关键。

3. 直流电弧加热与炉内冶金反应（DC Arc Heating & Metallurgical Reactions）

（1）电弧建立与熔池形成

直流电输入后：

• 电极尖端产生稳定的直流电弧

• 电弧深度穿透炉料层

• 局部高温促使矿石熔化

• 金属和炉渣逐步形成稳定熔池

与交流电弧相比，直流电弧具有：

• 稳定性更高、摆动更小

• 热量集中，穿透力强

• 炉内温度场更均匀

（2）还原反应（Reduction Reactions）

主要还原反应包括：

• NiO + C → Ni + CO↑

• FeO + C → Fe + CO↑

随着温度升高，Fe₂O₃、Fe₃O₄ 逐步被还原至 FeO，最终还原为金属铁。优势包括：

• 金属液滴更易聚结和沉降

• 渣中氧化物含量降低

• 镍、铁回收率提升

（3）金属–炉渣分离（Metal–Slag Separation）

DC-SAF 自然具备优良的金属与炉渣分离性能：

• 稳定弧减少湍流

• 金属密度大，沉降迅速

• 渣面平稳，有助于金属颗粒聚结

• 渣中镍损失降低 20–50%（优于 AC-SAF）

合适的炉渣组成保证：

• 粘度低、流动性好

• 金属夹带率低

• 排渣顺畅

（4）熔池循环（Bath Circulation）

直流电弧的集中加热促进：

• 强烈的自然对流

• 熔池温度更均匀

• 反应更加完全

• 炉况更稳定

4. 排渣（Slag Tapping）

炉渣达到目标高度和化学成分后，经侧部排渣口定期排出。

排出的炉渣可用于：

• 制备矿棉

• 粉磨成水渣微粉

• 建材骨料

良好渣性能确保：

• 排渣顺畅

• 渣中金属损失最小

• 渣量可控

5. 出铁（Metal Tapping）

通过金属出铁口定期排出熔融镍铁。

（1）出铁操作（Tapping）

熔融金属经：

• 出铁沟

• 铁水包

• 可选的炉外精炼（Ladle Refining）

完成输送与处理。

（2）成分调整（Composition Adjustment）

根据客户需求（10–20% Ni 典型等级）可加入：

• 再生钢铁

• 低镍金属

• 熔剂材料

实现成分微调。

（3）铸造与粒化（Casting / Granulation）

产品形态可为：

• 镍铁锭（Ingots）

• 水淬粒化镍铁（Granulated Ferronickel）

粒化镍铁因冷却快、粒度均匀、运输更方便，应用更普遍。

6. 烟气处理与环保系统（Gas Handling & Environmental Control）

DC-SAF 配备全密封炉盖及高效烟气净化系统：

• 旋风分离器

• 布袋除尘系统（Baghouse）

• 余热回收系统（WHR）

主要优势：

• 粉尘排放比 AC-SAF 低 20–40%

• 降低 CO 与颗粒物排放

• 余热可用于矿石干燥

• 环保指标优异

7. 冷却系统（Cooling System）

多区水冷结构确保炉体长期稳定运行，包括：

• 电极冷却

• 炉盖冷却

• 铜阳极冷却

• 炉壳分段水冷

有效延长炉龄，并确保 24/7 连续运作能力。

8. 自动化与数字化控制（Automation & Digital Control）

现代 DC-SAF 集成先进控制系统：

• PLC + DCS 综合控制

• 自动电极调节系统

• 精准功率输入控制

• 基于 AI 的加料优化

• 在线渣成分检测

• 熔池温度与液位监测

数字化效果：

• 炉况更稳定

• 更高金属回收率

• 更低电极消耗

• 操作波动减少

9. 能效与性能指标（Energy & Efficiency Metrics）

DC-SAF 在能耗与效率上表现突出：

这些优势使 DC-SAF 成为新建镍铁项目的首选技术路线。

总结（Summary）

DC-SAF 镍铁冶炼全流程以稳定直流电弧、优化炉料准备、智能加料、高效还原反应、优质金属–渣分离、先进环保系统以及自动化控制为核心。其卓越的矿石适应性、金属回收率和能效表现，使其成为当今及未来镍铁行业的领先技术方案，尤其适合处理低品位、多变粒度的红土镍矿资源。