AT513441B1 - Verfahren zur Verbesserung des Reduktionsgrades beim Schmelzen von Ferrolegierung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Reduktionsgrades von Metallkomponenten in einem Chromitkonzentrat, wenn Ferrolegierungen geschmolzen werden, die für die Herstellung von Edelstahl geeignet sind. Das Chromitkonzentrat wird gemeinsam mit Nickel-hältigem Rohmaterial zugeführt, so dass mittels der Menge an Nickel-hältigem Rohmaterial ein gewünschter Reduktionsgrad für die Metallkomponenten der Ferrolegierung erreicht wird.
Description
Beschreibung [0001] Verfahren zur Verbesserung des Reduktionsgrades beim Schmelzen von Ferrolegierung.
[0002] Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung des Reduktionsgrades von Metallkomponenten in einem zu behandelnden Material beim Schmelzen von Ferrolegierung, wie für die Herstellung von Edelstahl geeignetem Ferrochrom. Gemäß dem Verfahren wird Nickel-hältiges Material der Ferrolegierung zugeführt.
[0003] Aus der WO Patentpublikation 2010/092234 ist ein Verfahren bekannt, worin Nickelerz und/oder Nickelkonzentrat oder ein Zwischenprodukt, welches aus Lösungen von Nickelerz und/oder Nickelkonzentrat gefällt wird, im Herstellungsverfahren von Ferrochrom agglomeriert wird, so dass dieses zuerst aus Nickel-hältigem Material gemeinsam mit Eisen-hältigem Chromit-konzentrat und Bindemittelpellets hergestellt wird, und das Trocknen und Kalzinieren von Nickel-hältigem Material vorteilhafterweise innerhalb einer einstufigen Wärmebehandlung von Pellets, Sintern, ausgeführt wird. Bei der Wärmebehandlung von Pellets wird der Gegenstand verfestigt, so dass die wärmebehandelten Gegenstände gewünschtenfalls im Wesentlichen vollständig zwischen getrennten Verfahrensstufen befördert werden können. Erforderlichenfalls können die Pellets vor dem Sintern vorerwärmt werden. Wärmebehandelte Gegenstände können gewünschtenfalls im Wesentlichen vollständig zwischen getrennten Verfahrensstufen befördert werden. Wärmebehandelte Gegenstände können gewünschtenfalls verkleinert werden, wenn der Gegenstand zwischen getrennten Verfahrensstufen oder -einheiten befördert wird. Gesinterte und somit verfestigte Pellets werden als Material in einem Schmelzverfahren verwendet, das unter reduzierenden Bedingungen ausgeführt wird, in welchem Fall als Schmelzprodukt Nickel-hältige Ferrolegierung, Ferrochromnickel, erhalten wird.
[0004] Die vorstehend erwähnte WO Patentveröffentlichung 2010/092234 bezieht sich somit überwiegend auf die Herstellung von Nickel-hältigen Pellets durch Sintern. Dagegen sind die Schmelzbedingungen der gesinterten Pellets nicht genau beschrieben. Bei der Beschreibung der Energieeffizienz wird jedoch erwähnt, dass Nickel, welches in den Pellets enthalten ist, die Chromreduktion in den Pellets katalysiert und somit den spezifischen Verbrauch, bevorzugt Kohlenstoff, des Reduktionsmittels in der Ferrolegierungsherstellung verringert.
[0005] Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, dass Nickel, welches in Pellets enthalten ist, nicht nur die Reduktion von Chrom in Chromitpellets katalysiert, sondern dass Nickel, welches im Einsatzmaterial eines Ofens enthalten ist, der zum Schmelzen von Chromit verwendet wird, im Schmelzverfahren die Reduktion aller wesentlichen Metallkomponenten, Eisen, Chrom und Nickel, die im Einsatzmaterial des Schmelzofens enthalten sind, verbessert. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese überraschende Feststellung anzuwenden und ein effektiveres Verfahren als zuvor zur Erhöhung des Reduktionsgrades im Schmelzverfahren von Chromitmaterial zu erreichen, in welchem Verfahren die Reduktion von Metallkomponenten im Chromit während des Schmelzens durch Zulegieren von Nickel-hältigem Material in das Material, welches geschmolzen werden soll, verbessert wird, und gleichzeitig eine Vorlegierung, Ferrochromnickel, welche für die Herstellung von Edelstahl geeignet ist, zu erhalten. Die wesentlichen Merkmale sind in den angeschlossenen Ansprüchen angeführt.
[0006] Gemäß der Erfindung wird das schmelzende Nickel-hältige Material in das Rohmaterial als Chromit, welches in der Ferrolegierungsherstellung geschmolzen werden soll, zuvor zulegiert, in welchem Fall das Nickel-hältige Material die Reduktion von Metallkomponenten, die im Einsatzmaterial enthalten sind, verbessert, gleichzeitig wird Nickel-hältiges Material selbst als eine metallische Komponente in der Ferrolegierung reduziert. Gemäß der Erfindung kann mittels der in die Ferrolegierung zuzusetzenden Nickelmenge vorteilhafterweise der Reduktionsgrad von Metallkomponenten in der Ferrolegierung eingestellt werden und gleichzeitig kann eine Ferrolegierung, welche den gewünschten Nickelgehalt enthält, erhalten werden, wie verschiedene Nickelgehalte aufweisende Ferrochromnickellegierungen. Ferrochromnickellegierungen, welche die gewünschten Nickelgehalte enthalten, können beispielsweise für die Herstel /6
AT 513 441 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt lung von verschiedenen Edelstahlen, wie austenitischen oder Duplex-Edelstählen verwendet werden.
[0007] In dem Verfahren gemäß der Erfindung kann als Nickel-hältiges Rohmaterial wenigstens teilweise Nickeloxid, wenigstens teilweise Nickelerz und/oder Nickelkonzentrat oder wenigstens teilweise ein Nickel-hältiges Zwischenprodukt, welches durch Auslaugen und/oder durch Fällen von Nickelerzen und/oder Nickelkonzentraten erhalten wird, verwendet werden. Das Nickelhältige Rohmaterial wird in das Schmelzverfahren gemeinsam mit dem Ferrochromrohmaterial zugeführt. Bevor es in einen Schmelzofen zugeführt wird, wird das Nickel-hältige Rohmaterial entweder so vorbehandelt, dass gesinterte Pellets aus dem Nickel-hältigen Material gemeinsam mit dem Ferrochromrohmaterial ausgebildet werden, oder so, dass das Nickel- hältige Rohmaterial getrennt zu Chromitpellets vorbehandelt wird. Es ist möglich, die Vorbehandlung des Nickel-hältigen Rohmaterials so auszuführen, dass ein Teil des Nickel-hältigen Rohmaterials, welches in den Schmelzofen zugeführt wird, gemeinsam mit Chromitpellets vorbehandelt wird und ein Teil des Nickel-hältigen Rohmaterials getrennt von Chromitpellets vorbehandelt wird. Dank der verschiedenen Vorbehandlungen kann das Nickel-hältige Rohmaterial, welches in den Schmelzofen zugeführt werden und die Reduktion von verschiedenen Metallkomponenten fördern soll, beispielsweise ein teilweise Nickel-hältiges Hydroxidzwischenprodukt, ein teilweise sulfidisches oder lateritisches Nickelkonzentrat sein.
[0008] Das Nickel-hältige Rohmaterial, welches im Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden soll, ist vorteilhafterweise ein Nickel-hältiges Hydroxidzwischenprodukt aus Bergwerken oder anderen hydrometallurgischen Verfahren, welches Zwischenprodukt aus Lösungen von lateritischen und/oder sulfidischen Nickelerzen und/oder Nickel-hältigen Konzentraten von sulfidischen Erzen ausgefällt wird. Diese Art des Nickel- hältigen Hydroxidzwischenprodukts ist beispielsweise ein Nickel-hältiges Zwischenprodukt aus der Druckauslaugung, der Atmosphärenauslaugung oder dem „Heap-Leaching von lateritischen oder sulfidischen Nickelerzen oder Nickelkonzentraten, sowie ein Nickel-hältiges gefälltes Produkt von Lösungsmittelextraktionslösungen, Stripperlösungen oder Raffinationslösungen, die aus Lösungsmittelextraktionsverfahren oder lonenaustauschverfahren von Nickel-hältigen Materialien erhalten werden. Im Verfahren der Erfindung können als Rohmaterial auch Carbonat- oder Sulfatnickelmaterialen verwendet werden. Weiters sind ein sulfidisches Nickelkonzentrat selbst und ein hydrometallurgisch gefälltes Nickelsulfid-Zwischenverbindungsprodukt als Nickel-hältiges Rohmaterial des Verfahrens geeignet.
[0009] Gemäß der Erfindung wird die Menge an Nickel-hältigem Material, welches in einen Schmelzofen zugeführt werden soll, im Bereich von 5-25 Gew-%, vorzugsweise 10-20 Gew-% der Gesamtmenge des vorbehandelten Materials, welches in den Schmelzofen zugeführt werden soll, eingestellt. Wenn die Menge des Nickel-hältigen Materials, welches in den Schmelzofen zugeführt werden soll, eingestellt wird, wird das Erreichen der energiesparenden vorteilhaften Reduktionsbedingungen und/oder die Herstellung einer Vorlegierung, Ferrochromnickel, welche für die Herstellung von vorteilhaftem Edelstahl geeignet ist, in jedem Fall berücksichtigt. Bei Verwendung einer geringen Zugabe an Nickel-hältigem Rohmaterial bleibt der Reduktionsgrad niedrig, in welchem Fall eine Ferrolegierung mit einem niedrigen Nickelgehalt, Ferrochromnickel, gebildet wird. Diese Art der Ferrolegierung mit einem niedrigen Nickelgehalt ist eine vorteilhafte Vorlegierung, insbesondere für die Herstellung von Duplex- Edelstahlqualitäten. Bei Verwendung einer größeren Zugabe von Nickel-hältigem Rohmaterial erhöht sich der Reduktionsgrad und auch der Nickelgehalt im Schmelzprodukt ist größer. Diese Art von Ferrochromnickel mit einem größeren Nickelgehalt ist für die Verwendung zur Herstellung von austenitischen Edelstahlqualitäten mit einem hohen Nickelgehalt vorteilhaft.
[0010] Bei der Vorbehandlung von Nickel-hältigem Rohmaterial, welches in einen Schmelzofen gemäß dem Verfahren der Erfindung zugeführt werden soll, werden vorteilhafterweise die Zusammensetzung und die Mikrostruktur des Nickelrohmaterials berücksichtigt. Wenn das Nickelhältige Rohmaterial beispielsweise ein Nickel-hältiges Zwischenprodukt aus Bergwerken oder anderen hydrometallurgischen Verfahren ist, gefällt aus Lösungen von Nickel-hältigen Lösungen, welches Zwischenprodukt als eine Vorbehandlung unter anderem die Kalzinierung bei
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AT 513 441 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt höherer Temperatur erfordert, wird die Vorbehandlung des Nickel-hältigen Rohmaterials gemeinsam mit der Herstellung von Chromitpellets und dem Sintern der Pellets ausgeführt. Wenn stattdessen das Nickel-hältige Rohmaterial des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Material ist, wie beispielsweise Nickeloxid, Nickelerz und/oder Nickelkonzentrat, welches zusätzlich zu einem möglichen Trocknen keine andere wesentliche Vorbehandlung bei einer höheren Temperatur erfordert, dann ist es möglich, das Nickel-hältige Rohmaterial in einen Schmelzofen mit der Beschickung von Chromitpellets zuzuführen. Die Mikrostruktur und die Zusammensetzung des Nickel-hältigen Rohmaterials können auch so sein, dass es vorteilhaft ist, das Rohmaterial getrennt von der Pelletbildung des Chromits vorzubehandeln und das Nickel- hältige Rohmaterial beim Sintern der Chromitpellets zuzuführen, bevor es in einen Schmelzofen zugeführt wird.
[0011] In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise ein Schmelzofen verwendet, welcher mit einer Vorwärmeinrichtung ausgestattet ist, so dass das in den Schmelzofen gehende Einsatzmaterial durch die Vorwärmeinrichtung in den Schmelzofen gelangt. Gemäß der Erfindung wird das vorbehandelte Nickel-hältige Rohmaterial ebenfalls in die Vorwärmeinrichtung geführt, worin das Nickel- hältige Material spätestens mit anderem Material, welches in den Schmelzofen zugeführt werden soll, in Kontakt kommt. In dem Schmelzofen wird das Nickel-hältige Material gemeinsam mit Chromitpellets zu Ferrochromnickel mit der gewünschten Zusammensetzung geschmolzen, welches Ferrochromnickel entsprechend seiner Zusammensetzung vorteilhafterweise z.B. in der Herstellung von austenitischen oder Duplex-Edelstählen verwendet werden kann.
[0012] Wenn gemäß der Erfindung das Schmelzen des Nickel-hältigen Rohmaterials vorteilhafterweise in einem geschlossenen Schmelz-Reduktionsofen durchgeführt wird, können Kohlenmonoxidgase, die bei der Reduktion und beim Schmelzen gebildet werden, einerseits beispielsweise bei der Sinterung von Chromitpellets und in möglicherweise einer anderen Vorbehandlung und einer Vorerwärmung verwendet werden, andererseits beispielsweise in verschiedenen Schritten des Produktionsweges von Edelstahl, der aus dem Schmelzprodukt, Ferrochromnickel, hergestellt wird.
[0013] Das Verfahren gemäß der Erfindung wird detaillierter mittels der angeschlossenen Beispiele beschrieben.
BEISPIEL [0014] Aus einem Chromitkonzentrat, enthaltend Eisen und Chrom, und einem Nickel-hältigen Zwischenprodukt wurde eine Mischung ausgebildet, in welche Mischung als Bindemittel 1,2 Gew-% Bentonit und 3 Gew-% Schlacken-bildendes Material, Flussmittel, entweder Kalk oder Wollastonit, zugesetzt wurden. In Tabelle 1 sind die Gehalte an Chrom, Eisen, Nickel, Kohlenstoff und Schwefel als Gew-% in Mischungen, zu welchen 10 Gew-% (Test 1) und 20 Gew-% (Test 2) Nickelhydroxid zugesetzt wurden, gezeigt. Ferner ist in der Tabelle 1 also ein Referenzmaterial (REF) eine Mischung enthalten, in welche Mischung kein Nickelhydroxid zugesetzt wurde.
| Cr Gew-% | Fe Gew-% | Ni Gew-% | C Gew-% | S Gew-% | |
| REF | 28,3 | 18,3 | 0,3 | 0,12 | 0,06 |
| Test 1 | 26, 5 | 16,8 | 5,3 | 0,10 | 0,03 |
| Test 2 | 24,4 | 15,1 | 10,1 | 0,10 | 0,03 |
Tabelle 1 [0015] Die Mischungen, welche ein Bindemittel enthalten und jedes Material von Tabelle 1 darstellen, wurden pelletisiert und gesintert. Ein Teil der gesinterten Pellets wurde repräsentativ in einen Schmelzofen mit einem Schlackenbildner und einem Reduktionsmittel zugeführt.
[0016] Die Materialien gemäß Tabelle 1 wurden geschmolzen und in Tabelle 2 sind die Gehalte an Chrom, Eisen, Nickel, Kohlenstoff und Silizium in den in Frage kommenden Schmelzprodukten und ferner die Ausbeute der Metallkomponenten, Chrom, Eisen und Nickel, im Schmelzpro
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AT 513 441 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt dukt dargestellt. Der Kohlenstoffgehalt setzt sich in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung und dem Gleichgewicht der Metalllegierung zusammen. Die Einsatzmaterialcharge enthält so viel Kohlenstoff, dass der Kohlenstoff auch für die Reduktion von Silizium im Schmelzprodukt etwa ausreichend ist. Die zugeführte Legierung enthält Siliziumoxid im Rohmaterial und im Produktionschargenpunkt.
| Gehalt (Gew-%) | Ausbeuten | |||||||
| Cr% | Fe % | Ni % | C % | Si % | Cr% | Fe % | Ni % | |
| REF | 53, 5 | 33,4 | 0,36 | 8,1 | 2,4 | 88,9 | 90,3 | - |
| Test 1 | 49,8 | 30,1 | 7,1 | 6,7 | 2,8 | 86, 6 | 88,7 | 86, 0 |
| Test 2 | 46,2 | 26, 9 | 13,3 | 6,1 | 4,2 | 91,5 | 90,1 | 88, 6 |
Tabelle 2 [0017] Für einen Teil der gesinterten Pellets wurden im Labormaßstab thermogravimetrische Messungen durchgeführt, um den Reduktionsgrad der Metallkomponenten, Chrom, Eisen und Nickel, von Pellets unter den Bedingungen zu überwachen, welche den Schmelzprozess bei verschiedenen Temperaturzonen mit der Maximaltemperatur von 1550 °C darstellen. In Tabelle 3 sind die Ergebnisse der thermogravimetrischen Messungen für den Reduktionsgrad von Chrom (Crmet/Crqes), Eisen (Femet/Feqes) und Nickel (Nimet/Niqes) bei den Temperaturen von 1400 °C und 1550 °C gezeigt.
| (Crmet/Crges) % | (Femet /Feges) % | (Nimet/Niges) % | |
| REF (1400 °C) | 1,1 | 16, 8 | - |
| REF (1550 °C) | 6,1 | 47,2 | - |
| Test 1 (1400 °C) | 2,6 | 37,4 | 67,3 |
| Test 1 (1550 °C) | 15,4 | 70, 6 | 78,9 |
| Test 2 (1400 °C) | 5,2 | 56,7 | 79,1 |
| Test 2 (1550 °C) | 57,4 | 94,3 | 99,1 |
Tabelle 3 [0018] Die Zugabe des Nickel-hältigen Rohmaterials in Pellets erhöht den Reduktionsgrad von Chrom und Eisen bei der Temperatur von 1550 °C wesentlich, gleichzeitig bei Chrom um mehr als 15% und bei Eisen um mehr als 70%, wenn sich der Reduktionsgrad von Nickel auf nahezu 100% mit dem Nickelgehalt von Test 2 erhöht. Der Anstieg des Reduktionsgrades für alle Metallkomponenten, Chrom, Eisen und Nickel, in gesinterten Pellets mittels der Zugabe eines Nickel-hältigen Rohmaterials verringert gleichzeitig den Bedarf an Koks, welcher als Reduktionsmittel verwendet wird, beim Erreichen der Reduktionsbedingungen des Schmelzverfahrens.
Claims (16)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Verbesserung des Reduktionsgrades von Metallkomponenten, wie Chrom, Eisen und Nickel, in einem Chromitkonzentrat beim Schmelzen von zur Herstellung von Edelstahl geeigneten Ferrolegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Chromitkonzentrat gemeinsam mit einem Nickel-hältigen Rohmaterial in einen Schmelzofen zugeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nickel-hältige Rohmaterial mit 5-25 Gew %, vorteilhafterweise 10-20 Gew % der Gesamtmenge des in den Schmelzofen zuzuführenden Materials zugeführt wird.
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmelzens wenigstens 2,6 Gew-% des im Chromitkonzentrat enthaltenen Chroms reduziert werden.
- 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schmelzens wenigstens 37,4 Gew-% des im Chromitkonzentrat enthaltenen Eisens reduziert werden.
- 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Nickel-hältigen Rohmaterials in den Schmelzofen in Form von Pellets aus dem Nickel-hältigen Rohmaterial und dem Chromitkonzentrat zugeführt wird.
- 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Nickel-hältigen Rohmaterials getrennt von den Chromitkonzentratpellets vor dem Zuführen in den Schmelzofen vorbehandelt wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Nickel-hältiges Rohmaterial wenigstens teilweise Nickeloxid in den Schmelzofen zugeführt wird.
- 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen als Nickel-hältiges Rohmaterial wenigstens teilweise Nickelerz und/oder Nickelkonzentrat zugeführt wird/werden.
- 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen als das Nickel-hältige Rohmaterial wenigstens teilweise ein Nickelhältiges Zwischenprodukt zugeführt wird, welches durch Auslaugen und/oder durch Fällen von Nickelerzen und/oder Nickelkonzentraten erhalten wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen wenigstens teilweise Nickel-hältiges Zwischenprodukt zugeführt wird, welches durch Druckauslaugung von lateritischen oder sulfidischen Nickelerzen oder Nickelkonzentraten erhalten wird.
- 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen wenigstens teilweise Nickel-hältiges Zwischenprodukt zugeführt wird, welches durch atmosphärisches Auslaugen von lateritischen oder sulfidischen Nickelerzen oder Nickelkonzentraten erhalten wird.
- 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen wenigstens teilweise Nickel-hältiges Zwischenprodukt zugeführt wird, welches durch „HeapLeaching von lateritischen oder sulfidischen Nickelerzen und/oder Nickelkonzentraten erhalten wird.
- 13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen wenigstens teilweise Nickel-hältiges gefälltes Produkt von Nickel enthaltenden Lösungsmittelextraktionslösungen zugeführt wird.5/6AT 513 441 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt
- 14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen wenigstens teilweise Nickel-hältiges gefälltes Produkt von Nickel-hältigen Stripperlösungen zugeführt wird.
- 15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen wenigstens teilweise Nickel-hältiges gefälltes Produkt von Nickel-hältigen Raffinationslösungen zugeführt wird.
- 16. Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schmelzofen als Nickel-hältiges Material teilweise Nickelkonzentrat, teilweise ein Nickel-hältiges Zwischenprodukt, welches durch Auslaugen und/oder durch Fällen von Nickelerzen und/oder Nickelkonzentraten erhalten wird, zugeführt wird.
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