有色金属产品库
乌克兰帕布什镍铁厂始建于前苏联时期，1972年投产。厂区位于乌克兰著名冶金、航天城市第聂伯河西南部。厂区不临海，但进口的红土镍矿可通过第聂伯河运输至厂区料场。该项目由前苏联国家镍业规划院规划，所选用的工艺流程汇集了第聂伯国立冶金学院等高校和科研院所的科研成果，投产时被业内专家称为“优化的镍铁生产工艺流程”。该厂投产十余年来，以国产氧化镍矿为主要原料，生产出镍含量为14%～20%的镍铁。乌克兰国产氧化镍矿含镍量约为1.0%，矿石中含有较高的氧化镁和氧化硅。为了增加镍铁产量，提高工厂的经济效益，近年来从南太平洋新克林顿岛购进镍含量较高的氧化镍矿，进口的氧化镍矿镍含量在1.5%～2.0%之间波动。工厂计划年产纯镍2万吨，2004年产镍铁8.5万吨，折合纯镍1.7万吨。在世界镍价约为1.2万美元/吨时，该厂镍供应量达2.04亿美元/年。乌克兰冶金专家经测算生产成本后说：该厂2004年的利润率达200%以上，堪称乌克兰最赚钱的厂家。2005年，由于设备检修，该厂镍铁产量降至6.8万吨。该厂1972年投产后，经过多次技术改造，保持了镍铁冶炼工艺的最佳配置。
为扩大工厂生产能力，正在筹划扩大生产能力的技术改造，计划在原有设备基础上建设一条类似的镍铁冶炼生产线，使镍铁年生产能力提高一倍。帕布什镍厂建设之初，以利用高氧化硅、高氧化镁的红土镍矿为基础，自主开发了多项专有技术，创造性地应用了粗镍铁三步精炼工艺。1、粗镍铁生产工艺该工艺生产过程基本遵循传统工艺。进入工厂原料场的氧化镍矿含有30%以上的水分（结晶水），需要在还原焙烧阶段除去水分。该工艺在回转窑中进行，矿石在料场经破碎、中和、混合后，加入碳还原剂、熔剂，充分混合后加入回转窑。在回转窑中，矿石经焙烧、脱水，重量减少约30%。镍被碳质还原剂还原，形成温度为600-700℃的镍渣。这些镍渣在保温状态下送至矿热炉(内衬耐火保温层)的进料仓。根据生产工艺的要求，镍渣通过密封的管状布料装置均匀地分布在矿热炉内。矿热炉是此工艺中投资最大的设备，为了环境保护和工业卫生的需要，炉子是密封的。在矿热炉中，通过电弧冶炼将粗镍铁与电炉渣分离，生成含75%CO的还原性气体，此气体经净化后返回回转窑燃烧，作为燃料，供给回转窑所需的热能。粉尘返回矿热炉继续参与冶炼。
电炉渣是很好的建筑材料，但目前仅用于筑路。矿热炉得到的镍铁含有较高的硫、硅、碳、磷等杂质，不适宜冶炼高级不锈钢。这些粗镍铁需经过精炼后才能作为成品出厂。向回转窑中加入1t生矿，可得到650-700kg左右的镍渣，将其加入矿热炉中可得到120-150kg左右的粗镍铁。粗镍铁中镍含量一般为14%，最高可达18%。2、帕布希镍厂目前采用的粗镍铁精炼工艺为了除去粗镍铁中的杂质，采用三步精炼工艺。首先将粗镍铁水从矿热炉排入铁水包，在铁水包中加入纯碱，参与比例为每吨镍铁水14公斤，可将镍铁水中的硫降低到0.015-0.08%。也可以向铁水包内喷洒钝化镁粒，这需要专门的蒸发器将颗粒状镁喷入铁水包内1.5m左右的深度。此工艺可将镍铁水中的硫含量降低到0.015%以下(近年来，我国已有20多家钢铁公司从乌克兰引进此工艺，并应用于高炉铁水脱硫)。脱硫后的镍铁水上的炉渣倒出后，加入到内衬酸性耐火材料的氧气顶吹转炉中。在酸性氧气顶吹转炉中，通过吹氧将硅氧化，熔池温度迅速升高，为了控制合适的熔池温度，需要向炉内加入生产过程中产生的金属废料或购买的含镍废料。
脱硅后的镍铁水随后装入同吨位的碱性氧气顶吹转炉中，用顶吹氧气除去镍铁水中的碳、磷等杂质。为了制碱性渣和降温，在转炉中加入石灰石。当含镍废料足够多时，可用石灰代替石灰石。此时碱性氧气顶吹转炉出来的镍铁水中杂质含量已符合产品镍铁标准的要求，镍含量提高到20%左右，可以作为产品镍铁出售。以上操作均通过计算机控制系统完成。3、帕布什镍厂主要工艺设备及主要原料消耗目标本厂有两条并行的工艺生产路线。每条生产线配有两座回转窑、一座变压器功率为48MVA的矿热炉（矿石回收炉）、一座容量为40t的酸性顶吹转炉和一座容量为40t的碱性氧气顶吹转炉。两条生产线2004年共生产镍铁8.5万吨（折合镍金属1.7万吨）。首要成本指标是：电耗占镍铁总成本的30%～33%。生产每吨镍铁的电耗与矿石的镍含量有关，当矿石镍含量为1.5%时，电耗约为/t干矿，当矿石镍含量为2.5%时，生产每吨镍铁的电耗降至。从国外购进的含镍1.5%～2.0%氧化镍矿消耗量约为12t/t镍铁。还原剂（无烟煤粉）约占矿石量的8%；各种燃料用量为50kg/t镍铁；氧气80m3/t镍铁；石灰5kg/t矿石（焙烧前）。
4、粗镍铁两步精炼工艺帕布希镍铁厂正在实施的扩建项目将采用多项先进技术，下面介绍正在研究的两项技术（两步精炼工艺、直接冶炼镍基不锈钢）。由于转炉内可脱硫，因此可将铁水包脱硫和酸性转炉脱硅合并在一个转炉内进行。第一座转炉为酸性转炉，改造为顶底复合吹炼的碱性转炉，底吹氩气（氮气）后，在还原气氛下在此转炉内脱硅、脱硫。第一座转炉出来的镍铁水再在第二座转炉内脱磷。冶炼过程中，应向炉内加入石灰石，保证适宜的冶炼温度。此转炉冶炼出的合格镍铁水送往铸造厂浇铸成块，含镍金属量为20%。 5、用粗镍铁直接冶炼不锈钢的工艺上述两步精炼工艺中，只要将第二级转炉改造为GOR转炉，就能直接生产出合格的300系不锈钢。现以采用此工艺直接生产不锈钢的转炉为例讲解此工艺。前苏联乌克兰冶金学院等高校和科研机构开发了GOR转炉，以此转炉作为粗镍铁精炼的第二级精炼转炉，可直接生产出以X18H9（相当于我国）为代表的各类镍基不锈钢系列。此转炉为顶底复合吹炼转炉；顶吹氧气向炉内供给，达到脱磷的目的；底吹喷嘴数量为3个，由套筒式底吹喷嘴将氧气、氮气、氩气、天然气以及这些气体的混合气体输送到炉内，达到脱磷（吹氧阶段）、深度脱硫、脱碳的目的。
此炉原料除第一座脱硅脱硫精炼转炉出来的热镍铁水外，还需要从矿热炉直接加入粗镍铁、石灰、大量铬铁（保证成分定量），然后得到合格的不锈钢水。这些钢水浇铸成钢锭，供给无缝管轧机或带钢初轧机。2005年6月和2006年3月，参与帕布希镍厂建设并为帕布希厂建设提供专利技术的乌克兰专家来华进行技术交流，期间就利用低镍含量氧化镍矿直接生产镍基不锈钢的课题进行了深入探讨。第二座精炼转炉在顶吹氧气脱磷任务完成后，可直接转入GOR转炉基本冶炼工序，此时的首要任务是铬的合金化。计算表明，要冶炼合格的300系列不锈钢，一般需要300kg/t的高碳铬铁。这些铬铁熔化和升温所需的热量来自于二次精炼转炉（GOR转炉）中粗镍铁中硅氧化产生的热量。在向GOR转炉加入铬铁之前，先将粗镍铁加入GOR转炉。生产不锈钢不需要建电炉熔化废钢生产初级钢水，节省了大量的投资。这一工艺大大节省了熔化镍铁和生产初级钢水的电能，也使镍铁精炼过程中必须作为杂质氧化的金属铁直接进入不锈钢中，成为不锈钢中必须含有的金属铁。当有不锈钢废钢资源时，也可以将不锈钢废钢直接加入精炼转炉中，减少熔化这些冷物料所消耗的能量。
乌克兰专家强调：12吨湿法氧化镍矿可产出1吨粗镍铁水，其中含金属镍140～180千克。采用上述工艺，仅需添加高碳铬铁，就可直接生产出2吨左右的300系不锈钢，其成本比普通冶炼工艺低得多。此工艺在不直接生产不锈钢时，还可生产出含镍20%的镍铁，供直接供应。6、此工艺适用于铁合金厂或小型转炉厂所生产产品的转型。低镍氧化矿可从东南亚国家购买，如喀里多尼亚巴希德公司的矿山或印尼的硅镁镍矿，这两座矿山的镍含量为2.0%～2.5%。我国西南不锈钢有限公司转炉已采用由氧化镍矿生产镍铁的工艺技术，并于2006年3月投入正常生产。将这两项技术结合起来，可以设计出一套低成本的不锈钢冶炼工艺流程。该技术适用于我国两类冶金厂家，作为其产品改造时的可选方案：1、目前一批硅铁等铁合金生产厂家，由于报价下滑、市场需求下降，成本上升，挣扎在亏损线边缘。这些厂家一般有6300~座矿热炉，可投入少量资金在矿热炉工序前建设回转窑(此为投资最大的工序)，在其后建设镍铁精炼车间(2座转炉)，生产镍铁。若资金条件好，可一次性建设一条生产不锈钢连铸坯的联合生产线。
资金条件不好时，可分两期建设。若我们的规划产能定为帕布希公司的一半，即年产4.25万吨镍铁，则工艺可规划为：回转窑2套、25MVA埋弧回收炉2台（也可采用4×12.5MVA埋弧回收炉或其他功率埋弧炉组合）、40t一次精炼炉1台、40t二次精炼炉1台、铸铁机1台。资金允许时，一次精炼转炉可规划为复合吹炼转炉，二次精炼转炉可规划为GOR不锈钢精炼转炉，后接不锈钢连铸机或铸锭系统，年产镍含量9%左右的不锈钢10万吨。若转炉生产过程中加入不锈钢废料，平衡温度，可提高产值。 2、采用转炉工艺的冶金厂：生产普通钢的小型转炉由于能耗大、环境污染严重、劳动效率低、消耗大，将被淘汰。这些厂有料场、20～40t转炉、连铸机，可充分利用现有资产，先生产镍铁，再生产不锈钢。15～50t转炉是生产普通钢的小型炉型，但若将其用作生产镍铁和不锈钢的转炉，则成为一种合适的炉型。由于GOR转炉的炉容比小，将钢厂转炉改造为精炼转炉后，每炉产量将大大提高。在我国钢铁行业调整的大形势下，这是值得小型转炉厂学习的工艺。7结语乌克兰帕布什镍铁厂采用的“最佳镍铁”冶炼工艺，在2004年创造了利润率高达200%的骄人业绩，这种安全性值得我们认真学习。这为我国以矿热炉为主要生产设备的铁合金厂转产镍铁提供了有利思路；也为我国面临选择的小型转炉炼钢生产企业提供了转产方案。