CN101092656A - 使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法 - Google Patents

使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，包括以下步骤：(1)将含镍、铬的低品位褐铁矿进行预处理，得到不同粒度的矿粉和块矿，预处理后的矿粉和块矿配加燃料、熔剂制成烧结矿；(2)将各种除尘灰、烧结返矿及矿粉，混合粘结剂和还原剂，经高压压制成冷压球团或含碳球团；(3)将含碳球团干燥后，入转底炉得到预还原球团；(4)将烧结矿配加部分矿块、冷压球团、含碳球团、预还原球团和燃料、熔剂和辅助材料，入高炉冶炼，得到含镍、铬的合金铁或铁水；(5)将冷压球团、含碳球团、预还原球团、含镍、铬合金铁和铁水，经电炉或者转炉得到可以直接入炉炼钢的洁净的液态不锈钢基料；(6)将液态的低磷不锈钢基料经连铸机铸造成为可以直接入炉炼钢的固态不锈钢基料。本发明提供的低磷不锈钢基料工艺，生产成本低廉，环境污染小，原材料资源丰富，合金元素回收率高，有害元素少。

Description

使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法
技术领域
本发明涉及一种使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，属于高炉、电炉、转炉冶炼工艺。
背景技术：
目前，在不锈钢冶炼过程中，其原料组成主要为：高炉铁水+清洁不锈钢返回钢+高碳铬铁+高纯度镍铁，或者是清洁不锈钢返回钢+普通废钢+高碳铬铁+高纯度镍铁，主要在电炉或转炉中冶炼。随着不锈钢的广泛应用，产量逐年大幅度增长，造成了镍金属的短缺，因此镍的价格飞涨，而用常规方法生产高碳铬铁和高纯度镍铁，工艺成本高、生产过程复杂、产量低、污染严重，需要耗费大量的能源，而且价格高昂，并且在后续冶炼过程中，需要再将其稀释到不锈钢中，从而造成了更大的能源和人力的浪费。现在已有企业改用非纯镍原料(主要是含镍、铬生铁或镍铁)冶炼不锈钢，但这些含镍、铬生铁主要是采用国家明令禁止的300m3以下的小高炉生产的，环境污染严重，而且含镍、铬生铁中磷、硫等杂质含量高，通常采用稀释法配加清洁的不锈钢返回钢降低成品中的磷、硫含量，但同时也降低了镍、铬等合金元素的含量，给后续的不锈钢生产操作带来困难。而含镍、铬的低品位褐铁矿资源丰富，价格低廉，但该矿中铁含量低，镍含量低，铬含量高，成份复杂，脉石多，造成高炉冶炼中渣量大，渣铁粘度大，采用现有的常规工艺难以冶炼。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含镍、铬的低品位褐铁矿经高炉、电炉、转炉来冶炼低磷不锈钢基料的方法，以降低生产成本，减小环境污染，提高生产效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，包括以下步骤：
(1)将含镍、铬的低品位褐铁矿进行预处理，即经过筛分、破碎、干燥后，得到不同粒度的矿粉和块矿，预处理后的矿粉和矿块配加3-8％的燃料、0.3-5％的熔剂制成烧结矿；
(2)将各种除尘灰、烧结返矿及矿粉，混合粘结剂和还原剂，经高压压制成冷压球团或含碳球团；
(3)将含碳球团干燥后，入转底炉在1250℃-1350℃温度条件下，经过15-30分钟还原，得到金属化率85％-90％的预还原球团；
(4)将烧结矿配加部分矿块、冷压球团、含碳球团、预还原球团和燃料、熔剂、和辅助材料，入高炉冶炼，铁水温度为1450-1550℃，炉渣碱度为1.1-1.35，得到含镍、铬的合金铁或铁水；
(5)将冷压球团、含碳球团、预还原球团、含镍、铬合金铁和铁水，经电炉或者转炉在1600-1630℃的温度下，冶炼60-120分钟，完成直接还原和脱碳、脱磷的任务，得到可以直接入炉炼钢的洁净的液态不锈钢基料；
(6)将液态的低磷不锈钢基料经连铸机铸造成为可以直接入炉炼钢的固态不锈钢基料。
步骤(1)中所述的燃料包括煤粉、焦粉；熔剂包括石灰石。
步骤(2)中的粘结剂为水玻璃，重量百分含量为0.5-2.0％，还原剂为焦粉、煤粉，重量百分含量为8-20％。
步骤(4)中所述的燃料指焦炭和煤粉，焦炭的重量百分含量为25-35％，煤粉的重量百分含量为0.5-2％；熔剂指石灰石，重量百分含量为0.5-8％；辅助材料指锰矿，重量百分含量为0.5-5％。
所述的含镍、铬褐铁矿各成份的重量百分含量为：T Fe 15-45％，Ni 0.3-3.0％，Cr1.5-3.0％，CaO 0.35-1.0％，SiO2 5.3-30％，MgO 2.4-10.5％，Al2O3 10.5-30％，物理H2O 12.8-25％。
所述的烧结矿各成份的重量百分含量为：T Fe 18-40％，Ni 0.8-3.0％，Cr 0.8-3.0％，CaO 20-30％，SiO2 20-30％，MgO 3-16％。
步骤(4)所述的高炉冶炼过程中，含铁炉料的各组分的重量百分含量为：矿块0-15％，烧结矿60-90％，冷压球团0-10％，预还原球团0-50％，锰矿0-5％。
步骤(4)制得的含镍、铬的合金铁或铁水的各组分的重量百分含量为：C饱和，Si 1.0-1.8％，Mn 0.4-0.8％，P 0.06-0.1％，S 0.06-0.08％，Ni2-12％，Cr 1-10％，余量为Fe。
所述的不锈钢基料的各成份的重量百分含量为：C 0-2.0％，Si 0-0.1％，Mn 0-0.2％，P 0-0.030％，S 0-0.040％，Cr 1-10％，Ni  2-12％，余量为Fe。
本发明的方法使用的原料——含镍、铬的低品位褐铁矿，其原料来源丰富，价格低廉，不仅可以变废为宝，最大限度的综合利用，节约资源，改善环境，而且还可以实现长期规模化生产。使用300M3以上高炉进行含镍、铬褐铁矿的冶炼，减少了环境污染，提高了生产效率。另外，为了克服现有工艺中高炉冶炼中渣铁粘度大的难题，在高炉配料时配加了锰矿来降低炉渣的粘度，改善渣铁的流动性，避免了大量使用萤石稀渣，极大的减少了CaF2对高炉的侵蚀，避免了高炉穿炉等恶性事故的发生；在高炉冶炼中，将各种除尘灰、烧结返矿和原矿粉等原料按照不同配方，混合添加剂，催化剂，经高压压制成冷压球团或含碳球团，再将含碳球团干燥后入转底炉制成为预还原球团，将冷压球团、含碳球团或预还原球团入高炉冶炼，和现有的方法中全部使用烧结矿相比，提高了综合回收率，高炉利用系数提高了0.2-0.5，焦比下降10-25％，污染物排放减少20-50％，经济效益明显；为了克服冷压球团和含碳球团的冷、热强度差、还原效率低、还原温度高的难题，采用本发明的方法，在制造过程中合理配加粘结剂、催化剂，提高冷压球团和含碳球团的冷、热强度，在1250-1350℃的还原温度下10-30分钟内达到85-90％的还原率，提高了还原效率，节约了能源，降低了消耗。为了克服电炉或转炉冶炼过程中氧化脱磷的同时造成的铬的氧化难题，在冶炼过程中添加了渣料，在脱磷的同时尽可能的减少铬的氧化损失，脱磷任务完成后，铬的氧化率小于10％，最大限度的回收了合金元素，节约了资源；经电炉或转炉冶炼生产的液态不锈钢基料，再经过连铸机铸造成为最终产品，在这个过程中，克服了液态不锈钢基料中碳含量高、铸坯硬度大、在结晶器内脱壳困难、角裂漏钢频繁等问题，较好的解决了碳含量在1.5-2.5％之间的不锈钢基料的连铸工艺难题。本发明所生产的低磷不锈钢基料是一种新型的合金材料，同时含有冶炼不锈钢所需的镍、铬元素，而且磷、硫含量低，尤其是相对于使用不锈钢返回料冶炼不锈钢产品工艺而言，不锈钢基料中的其他杂质仅为微量，Cu＜0.04％，As＜0.001％，Sn＜0.001％，Sb＜0.001％，Pb＜0.001％，是冶炼高品质不锈钢的优质原材料，而且质优价廉。本发明的方法生产的不锈钢基料中Ni含量为2-12％、Cr含量为1-10％，P含量小于0.030％，S含量小于0.040％，C含量小于2.0％，Mn含量小于0.2％，Si含量小于0.1％，可以直接入炉炼钢，简化了不锈钢的冶炼过程，提高了生产效率，降低了成本，节约了能源。利用本发明方法生产不锈钢基料，工艺过程简单，投资省，操作简单。既能解决镍资源短缺的难题，也能大幅度的降低不锈钢的生产成本。本发明提供的最终产品具有鲜明的特征：不锈钢基料中有益元素含量高，Ni含量：2-12％，Cr含量：1-10％，有害元素含量少，P＜0.030，S＜0.040；本发明所制备的不锈钢基料可以给不锈钢或其他含镍、铬元素合金钢的生产提供清洁、优质的原料，使后续生产成本下降，如果使用不锈钢基料冶炼不锈钢，吨钢成本可以下降2000元以上；本发明提供的低磷不锈钢基料工艺，生产成本低廉，环境污染小，原材料资源丰富，合金元素回收率高，有害元素少，可以为不锈钢和其他合金钢的生产提供洁净的低成本的优质原料。本发明的不锈钢基料经实际生产验证，使用效果很好。
具体实施方式
实施例1
本实施例的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，包括以下步骤：
(1)将含镍、铬的低品位褐铁矿进行预处理，即经过筛分、破碎、干燥后，得到不同粒度的矿粉和块矿，预处理后的矿粉和块矿配加燃料煤粉6％，熔剂石灰石2％，制成烧结矿；
(2)将炼钢除尘灰5％、烧结返矿5％及矿粉78％，混合粘结剂水玻璃2％和还原剂焦粉10％，经高压压制成冷压球团或含碳球团；
(3)将含碳球团干燥后，入转底炉在1300℃温度条件下，经过20分钟还原，得到金属化率85％的预还原球团；
(4)将烧结矿65％配加块矿5％、预还原球团5％和燃料焦炭20％；熔剂石灰石4％；辅助材料锰矿1％，入高炉冶炼，铁水温度为1530℃，炉渣碱度为1.2，得到含镍、铬的合金铁或铁水；
(5)将冷压球团3％、含镍铬合金铁10％和含镍、铬铁水80％，石灰石6.5％，萤石0.5％，经电炉吹氧送电冶炼90分钟，完成直接还原和脱碳、脱磷的任务，得到可以直接入炉炼钢的洁净的液态不锈钢基料；
(6)将液态的低磷不锈钢基料经连铸机铸造成为可以直接入炉炼钢的固态不锈钢基料，得到的不锈钢基料中各成份的重量百分含量为：C 1.0％，Si0.02％，Mn 0.03％，P 0.025％，S0.030％，Cr 8.3％，Ni 9％，余量为Fe。
本实施例所用到的原料——含镍、铬褐铁矿各成份的重量百分含量为：TFe 30.2％，Ni 3.0％，Cr 3.0％，CaO 1.0％，SiO2 12.5％，MgO 3.9％，Al2O3 19.4％，物理H2O 18.5％。
其中，烧结矿主要成份的重量百分含量为：T Fe 30％，Ni 3.0％，Cr 3.0％，CaO 21％，SiO2 22.4％，MgO 4.1％。
步骤(4)制得的含镍、铬的合金铁或铁水的各组分的重量百分含量为：C饱和，Si1.0％，Mn 0.5％，P 0.09％，S 0.07％，Cr 9％，Ni 9％，余量为Fe。
实施例工艺参数与设备如下表：
烧结机的工艺参数：
  型式     台数   烧结面积   冷却面积   点火温度   料层厚度
  步进式     2   30M2   30M2   1150℃   900mm
高炉工艺参数：
  容积     炉缸直径   风口直径    风口数量   风机容量   风压
  380M3     4.9m   95～120mm    12   1500M3/min    0.3Mpa
电炉工艺参数：
公称容量 炉壳直径   变压器容量 出钢型式 冶炼周期 吹氧量
 50吨  4700mm   32KVA 偏心底 90分钟   80M3/t
连铸机工艺参数：
型式   断面尺寸mm 流数   弧形半径m 冷却方式 浇注方式 平均拉速
  弧形   150*150     四机四流   9   气水雾 定径水口 1.8m/min
电炉冶炼所得不锈钢基料主要成分及含量(重量％)为：
    C     Si     Mn     P     S     Cr     Ni
    1.0     0.02     0.03     0.025     0.030     8.3     9.0
实施例2
本实施例的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，包括以下步骤：
(1)将含镍、铬的低品位褐铁矿进行预处理，即经过筛分、破碎、干燥后，得到不同粒度的矿粉和块矿，预处理后的矿粉和块矿配加燃料煤粉7％，熔剂石灰石2.5％，制成烧结矿；
(2)将炼钢除尘灰5％、烧结返矿5％及矿粉78％，混合粘结剂水玻璃2％和还原剂焦粉10％，经高压压制成冷压球团或含碳球团；
(3)将含碳球团干燥后，入转底炉在1350℃温度条件下，经过18分钟还原，得到金属化率87％的预还原球团；
(4)将烧结矿70％配加预还原球团5％和燃料焦炭20％；熔剂石灰石4％；辅助材料锰矿1％，入高炉冶炼，铁水温度为1550℃，炉渣碱度为1.16。得到含镍、铬的合金铁或铁水；
(5)将冷压球团10％、含镍铬合金铁15％和含镍、铬铁水64％，石灰石10％，萤石1％，经电炉吹氧送电冶炼110分钟，完成直接还原和脱碳、脱磷的任务，得到可以直接入炉炼钢的洁净的液态不锈钢基料；
(6)将液态的低磷不锈钢基料经连铸机铸造成为可以直接入炉炼钢的固态不锈钢基料，得到的不锈钢基料中各成份的重量百分含量为：C 2.0％，Si0.05％，Mn 0.03％，P 0.015％，S 0.03％，Cr 2.6％，Ni 3.3％，余量为Fe。
本实施例所用到的原料——含镍、铬褐铁矿各成份的重量百分含量为：TFe 38％，Ni 1.2％，Cr 1.8％，CaO 0.7％，SiO2 10％，MgO 8％，Al2O3 16.5％，物理H2O 16％。
其中，烧结矿各成份的重量百分含量为：T Fe 39％，Ni1.2％，Cr 1.76％，CaO 24％，SiO2 21.3％，MgO 9％。
步骤(4)制得的含镍、铬的合金铁或铁水的各组分的重量百分含量为：C饱和，Si 1.2％，Mn 0.5％，P 0.076％，S 0.065％，Ni 3.2％，Cr 2.8％，余量为Fe。
实施例工艺参数与设备如下表：
烧结机的工艺参数：
  型式   台数   烧结面积   冷却面积   点火温度   料层厚度
  步进式   2   30M2   30M2   1150℃   900mm
高炉工艺参数：
  容积     炉缸直径   风口直径   风口数量   风机容量     风压
  380M3     4.9m    95～120mm   12   1500M3/min     0.3Mpa
电炉工艺参数：
公称容量 炉壳直径   变压器容量 出钢型式 冶炼周期 吹氧量
  50吨 4700mm   32KVA 偏心底 110分钟   70M3/t
连铸机工艺参数：
型式   断面尺寸mm 流数   弧形半径m 冷却方式 浇注方式 平均拉速
  弧形   150*150   四机四流   9   气水雾   定径水口   1.6m/min
电炉冶炼所得不锈钢基料主要成分及含量(重量％)为：
    C     Si     Mn     P     S     Cr     Ni
    2.0     0.05     0.03     0.015     0.030     2.6     3.3
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1、一种使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，包括以下步骤：
(1)将含镍、铬的低品位褐铁矿进行预处理，即经过筛分、破碎、干燥后，得到不同粒度的矿粉和块矿，预处理后的矿粉和块矿配加3-8％的燃料、0.3-5％的熔剂制成烧结矿；
(2)将各种除尘灰、烧结返矿及矿粉，混合粘结剂和还原剂，经高压压制成冷压球团或含碳球团；
(3)将含碳球团干燥后，入转底炉在1250℃-1350℃温度条件下，经过15-30分钟还原，得到金属化率85％-90％的预还原球团；
(4)将烧结矿配加部分矿块、冷压球团、含碳球团、预还原球团和燃料、熔剂、和辅助材料，入高炉冶炼，铁水温度为1450-1550℃，炉渣碱度为1.1～1.35，得到含镍、铬的合金铁或铁水；
(5)将冷压球团、含碳球团、预还原球团、含镍、铬合金铁和铁水，经电炉或者转炉在1600-1630℃的温度下，冶炼60-120分钟，完成直接还原和脱碳、脱磷的任务，得到可以直接入炉炼钢的洁净的液态不锈钢基料；
(6)将液态的低磷不锈钢基料经连铸机铸造成为可以直接入炉炼钢的固态不锈钢基料。
2、根据权利要求1所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的燃料包括煤粉、焦粉；熔剂包括石灰石。
3、根据权利要求1所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：步骤(2)中的粘结剂为水玻璃，重量百分含量为0.5-2.0％，还原剂为焦粉、煤粉，重量百分含量为8-20％。
4、根据权利要求1所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：步骤(4)中所述的燃料指焦炭和煤粉，焦炭的重量百分含量为25-35％，煤粉的重量百分含量为0.5-2％；熔剂指石灰石，重量百分含量为0.5-8％；辅助材料指锰矿，重量百分含量为0.5-5％。
5、根据权利要求1-4中任一条所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：所述的含镍、铬褐铁矿各成份的重量百分含量为：T Fe 15-45％，Ni 0.3-3.0％，Cr1.5-3.0％，CaO 0.35-1.0％，SiO2 5.3-30％，MgO 2.4-10.5％；Al2O3 10.5-30％，物理H2O 12.8-25％。
6、根据权利要求1-4中任一条所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：所述的烧结矿各成份的重量百分含量为：T Fe 18-40％，Ni 0.8-3.0％，Cr 0.8-3.0％，CaO 20-30％，SiO2 20-30％，MgO 3-16％。
7、根据权利要求1所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：步骤(4)所述的高炉冶炼过程中，含铁炉料的各组分的重量百分含量为：矿块0-15％，烧结矿60-90％，冷压球团0-10％，预还原球团0-50％，锰矿0-5％。
8、根据权利要求1所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：步骤(4)制得的含镍、铬的合金铁或铁水的各组分的重量百分含量为：C饱和，Si1.0-1.8％，Mn 0.4-0.8％，P 0.06-0.1％，S 0.06-0.08％，Ni 2-12％，Cr1-10％，余量为Fe。
9、根据权利要求1所述的使用含镍、铬的低品位褐铁矿冶炼低磷不锈钢基料的方法，其特征在于：所述的不锈钢基料的各成份的重量百分含量为：C0-2.0％，Si 0-0.1％，Mn 0-0.2％，P 0-0.030％，S 0-0.040％，Cr1-10％，Ni 2-12％，余量为Fe。
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