铁是生产结构钢、不锈钢和耐热铸钢的重要原料，可改善钢的抗拉强度、冲击韧性、屈服点和变形能力，广泛应用于机械、医疗、国防、轻工业等领域。
    目前，镍的提取有水法冶金和火法冶金，本文主要介绍中钢集团吉林铁合金股份有限公司(以下简称“中钢吉铁”)火法冶炼氧化矿制取镍铁的生产实践，探索电炉参数、炉渣成分、原料条件与生产的关系。
    中钢吉铁从2006年4月开始生产镍铁至2007年10月，进行了十八个月的生产实践，从镍矿的烘干烧结到炉衬材质、二次电压、渣型、还原剂粒度的选择及成分的调整，理顺了生产秩序，能够批量组织生产满足用户要求的镍铁合金产品。
 
1镍矿
 
    目前世界上镍的储量80％为氧化矿，由于矿石风化后铁的氧化，矿石呈红色，通称为红土矿，从工业处理工艺上可将矿石分为5种类型。
 
1．1矿性的选择

    镍矿类型分为5种：A、B1、B2、C1、C2。B2、C2是经过半工业试验的矿石类型，A、B1、C1是经过工业生产与工业试验的矿石，C1型矿可埋弧和裸弧冶炼，能够适应多种炉型。
    镍矿应选择Ni≥1．5％、Fe≤20％、MgO≤30％为宜，可生产出M≥12％的产品，且MgO≤30％可降低单位电耗。
 
1．2镍矿的处理
 
    镍矿的烘干。镍矿要在850～1000℃之间将水分烘干至含结晶水3％以下。方法一是在回转窑内将水分烘干；方法二是堆积法，将镍矿与一定比例的助燃剂均匀混和后，将其在引火物上堆积成一定几何形状的锥体，点燃引火物，吹风助燃将煤矿烘干或烧结。
    镍矿的烧结。用回转窑烘干后的粉镍矿，团球造粒，在回转窑中停留40～60 min，炉料中60％～90％铁的氧化物变为氧化亚铁，少量(0～10％)还原成金属；0～40％，的镍被还原成金属镍。
    矿石中的吸附水和结晶水约为30％～35％，其中含结晶水15％～20％。中钢吉铁曾在5 MVA电炉上使用未被烘干处理的镍矿生产粗镍合金，但由于镍矿中含有大量水分，不仅耗电多，而且结晶水分解导致炉料经常翻渣，炉温偏低，渣铁的流动性很 差，出铁困难，影响经济技术指标，阻碍正常的生产秩序，因此，镍矿需进行烘干或烧结处理。
 
2原料条件
 
2．1  镍矿
 
    1)生产镍含量8％～11％的产品，镍铁比应大于0．12；生产镍含量12％～16％，镍铁比应大于0．15％，而MgO≤30％。
    2)镍矿P<0．005％，S<0．05％。
    3)烘干镍矿结晶水至不大于3％，吸附水不大于3％。
    4)烘干或烧结镍矿含碳量不大于2％。
    5)烧结矿5～80 mm粒度比例应大于80％。
      6)烧结强度，转载指数应大于70％。
 
2．2  焦炭
 
    1)固定碳应大于84％，P≤0．03％，S≤0．06％，无杂质。
    2)粒度：20～40mm。
    3)转载指数应大于8．0％。
 
2．3石  灰
 
    1)CaO>90％，P≤0．005％，S≤0．06％，生烧、过烧总量不超过5％。
      2)粒度30～80 mm，小于5 mm的粉末不大于总重的10％。
 
2．4石灰石
 
    CaO>50％，P≤0．005%，S≤0．06％。
 
3冶炼原理
 
    中钢吉铁使用的镍矿属于红土矿即氧化矿，镍在矿中以NiO的形式存在，在冶炼的过程中，采用选择性还原工艺，合理使用还原剂，按还原顺序NiO、FeO、Cr2O3、SiO2进行还原反应，反应式为：
 
    NiO+C=Ni+CO↑           (1)
 
    FeO+C=Fe+CO↑           (2)
 
    △GΘ=68 800－70．68T
 
    Cr2O3+3C=2Cr+3CO         (3)
 
    △GΘ=123 970－81．22T
 
    SiO2+2C=Si+2CO           (4)
 
    △GΘ=170 100—89．82T
 
    Ni、Fe、Cr被还原后，形成共融体，同时伴有合金的渗碳和硅化物的产生，形成粗镍合金。
 
4 矿热炉生产镍铁的不足
 
    中钢吉铁冶炼粗镍合金首先在1 MVA电炉上进行生产试验，工艺理顺后，在5 MVA、12．5 MVA矿热电炉上进行生产，采用渣铁在一个出铁口同出的方式。但在大容量电炉生产的过程中，却频繁出现出炉后断流、负荷不足、产能大幅度下降、合金含硅高、夹杂多、炉衬寿命短等问题。经过技术分析，有几个方面原因。
 
4．1  供电制度不合理
 
    镍铁冶炼的还原反应是在镍矿熔体的界面上进行的，为控制FeO的还原，采用选择还原工艺进行生产，还原剂使用量很少。以镍矿为主的炉料，在炉内大部分呈非熔融状态，在电荷非熔融态或液态时物质运动慢，因此炉料的比电阻大。电炉渣铁排出后，炉内的导电介 质大幅度减少，低电压大电流的供电制度不适应该种冶炼生产，电极 端部的弧光短，电流在熔融很少的炉料内传输严重受阻，产生断流或给不足负荷的现象。据相关资料介绍，镍铁生产的供电原则是高电压低电流，与传统的矿热炉的供电制度相反。因此，为解决断流现象，相应的提高电炉二次电压，减少负荷不足的现象，但由于其变压器二次侧未进行提压改造，因而没有从根本上解决问题。
 
4．2碳质炉衬寿命过短
 
    5 MVA、12．5 MVA电炉生产镍铁，3个炉衬平均寿命为45天左右。在炉衬使用过程中，三层碳砖均被侵蚀，甚至侵蚀到炉底耐火砖处，都是因炉底碳砖被消耗殆尽而造成的。
    中钢吉铁一直采用矿热炉碳质炉衬生产镍铁，炉衬寿命短的原因有以下两点：
    1)由于镍铁合金的密度(8．0 g／cm3)大于其他合金，熔点低于1400℃，合金的过热度相对较大且渗透性好，很 易渗入碳砖缝隙中，拱起炉底碳砖。又由于镍铁溶碳能力强，破坏了碳砖的组织结构，导致碳砖碎裂浮于强氧化气氛的炉渣中而被氧化。
    2)合金渗碳。镍铁以M、Fe、Cr共溶体为主，占合金90％左右，Ni、Fe、Cr与C可生成稳定的碳化物，尤其是Ni，C，在2000℃以上仍然是稳定的。合金生成后聚集于炉底，合金中的Ni、Fe、Cr与炉底碳质材料中的碳元素生成碳化物，侵蚀炉底。拆炉时发现，虽然炉底侵蚀严重，但炉墙碳砖除出铁口处，大部分未被侵蚀，说明炉渣对炉衬的侵蚀不大。碳质炉衬的蚀损主要以炉底被合金渗碳侵蚀，即化学侵蚀为主。
 
4．3合金含硅高
 
    生产镍铁初期，炉况控制不稳，还原剂使用过量，渣中的SiO2被大量还原，导致合金含硅高达18％左右。随着生产技术的进一步掌握，逐步减少还原剂的用量，合金含硅在4％～13％范围波动。由于合金含硅偏高，在一定程度上影响了产品质量。分析硅高的原因如下：
    1)过剩的还原剂将渣中的FeO、SiO2还原成Fe、Si，形成Ni、Fe的硅化物，导致合金中硅含量超标。
    2)渣中SiO2的浓度大，活度系数大，易被还原。
    3)加大还原剂用量，提高炉料的导电性，抬升电极 ，减少镍铁合金对炉底的侵蚀，延缓炉衬寿命。合金含硅随着料批配炭量的增加而升高。
 
4．4  自焙电极 烧结不良
 
    矿热炉生产镍铁合金存在的一个普遍问题是，自焙电极 烧结缓慢，电极 烧结速度远低于电极 消耗速度，导致电极 的工作端太短，出铁后，电极 即使在下限位置也达不到满负荷供电。各厂家为了使电极 达到正常的消耗速度，开发了不同种类的电极 糊，以提高电极 的烧结速度，但并没有从根本上解决电极 欠烧的问题，同时还增加了生产成本。
    有的厂家在变压器功率不变的前提下，改变供电制度，相应提高了二次电压，电流强度降低了20％～40％，电流密度降低了l～2 A／cm2，这也是导致电极 欠烧的根本原因。