CN101220438A - 用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法，按计量备料、还原熔炼和出渣出铁浇铸等步骤进行，以含Ni为1～2.5％的低品位镍矿为原料，在现行电炉内采用一步法直接冶炼生产含镍量高达25∽48％的高镍镍铁合金产品，可为冶炼生产优质高级不锈钢提供丰富的镍资源，本发明突出的实质性特点和显著进步在于通过控制还原剂量，使氧化镍充分还原而对铁氧化物量只进行部分欠还原反应来实现提高炉内合金中镍含量的目的，它彻底改变了现行火法冶炼配料理论中“需要过量还原剂将低品位镍原料中镍和铁的氧化物全部还原”的传统观点，对降低生产成本和节能减排具有积极意义，有极佳的经济效益。
Description
技术领域：
本发明涉及高镍镍铁的冶炼技术，属于冶金工程的技术领域，具体地说是一种用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法。
背景技术：
镍是一种重要的战略金属，它主要用于冶金行业，如生产不锈钢、特种钢、高温合金、精密合金和耐热合金等。在有色和特种合金以及电镀等行业和国防制造工业等领域也需要消耗大量的镍，在磁性材料、电子及电气电池和传感器、储氢合金、催化剂、形态记忆合金、颜料和染料等方面，对镍的需求量也都呈现急剧上升的势头。但是，就镍矿资源的现状而言，我国的含镍矿物主要为集中在金川的硫化物共生矿。客观地说我国镍的产量已远远不能满足国民经济快速发展和工业现代化、农村城镇化进程的需要。根据调查：我国不锈钢的产能、产量和消费市场均保持强劲的增长态势，正在走进不锈钢消费大国的行业。无需讳言，我国镍产量与镍消费需求之间存在着极大的差距。为了满足镍的消费需求，我国每年都要花费巨额外汇从菲律宾、巴西、哥伦比亚、澳大利亚、加拿大等国大量进口镍铁合金或者进口红土镍矿、蛇纹石镍矿来生产冶炼镍铁。而进口的红土镍矿和蛇纹石镍矿等都是以氧化镍为主的含镍矿物，它的Ni含量是极低的，属于低品位镍物料。根据实际测定：这种进口的低品位镍物料中Ni的含量多数仅在1～2.5％、而总铁的含量却高达6～20％，迄今为止，在我国冶金行业中，针对这种含Ni仅为1～2.5％的低品位镍物料冶炼镍铁的主导工艺仍然是采用传统的火法冶炼生产方法：而传统的火法冶炼生产方法的配料理论依据是基于“加入过量的还原剂，将低品位镍原料中镍和铁的氧化物全部还原”。它的操作步骤是：首先将低品位镍物料通过焙烧或同时预还原氧化镍以脱出水分，再用过量的焦炭或硅质合金作还原剂在矿热炉或精炼炉内通过高温熔炼还原生产镍铁合金，因此，现行生产工艺是按照这种“过量还原剂全部还原”的传统配料理论技术，所冶炼生产的镍铁合金产品的Ni含量通常只在8∽20％之间，而这种Ni含量为8∽20％镍铁合金只能适用于生产含镍量较低的普通不锈钢钢种。如果要生产含镍量较高的优质高级不锈钢钢种则需要用Ni含量为25∽48％的高镍镍铁合金为原料，就目前来说我国冶炼生产优质高级不锈钢仍然是主要依赖于昂贵的电解镍为原料。虽在国外也曾有通过造高镍锍或转炉吹氧精炼生产出镍含量相对较高的高镍镍铁合金产品的文献报道，但是文献报道中所列生产工艺环节繁长，致使冶炼电耗和生产成本急剧增高。怎样才能研制开发一种用含Ni 1～2.5％、总铁量6～18％的低品位镍物料为生产原料，在电炉中直接冶炼出含Ni量达到25∽48％的高镍镍铁合金产品的生产技术，这在国内外文献中均未曾有过报道。这正是本发明所要解决的技术课题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法，它是以含Ni 1～2.5％的低品位镍物料为原料、在电炉内直接冶炼生产含Ni 25％～48％的高镍镍铁合金产品，所生产的高镍镍铁合金可为进一步生产高镍含量的优质高级不锈钢提供镍的需求。本发明是通过如下技术方案来实现的，它依次按以下步骤进行：
(1)计量备料：按下述重量份计称取物料混配制成冶炼原料：
低品位镍物料 100份，
还原剂 1∽6份，
造渣剂 30∽80份。
上述所说的低品位镍物料是指含Ni 1～2.5％的低含镍矿物料，例如：红土镍矿、蛇纹石镍矿。
上述所说的还原剂是指焦炭，或者硅铁，或者煤，或者其中任意二种或三种的混合物。
上述所说的造渣剂是指石灰，或者石灰石，或者萤石，或者其中任意二种或三种的混合物。
(2)还原熔炼：将混配制成的冶炼原料送入电炉内，采用分级电压级段送电加热提温，进行还原熔炼反应，其主要反应式如下：
NiO+C＝Ni+CO，FeO+C＝Fe+CO，SiO2+2C＝＝Si+2CO
2NiO+Si＝2Ni+SiO2，2FeO+Si＝Fe+SiO2。
本发明的关键就在于计量备料步骤中通过精确计算控制碳质或硅质还原剂的数量，使还原剂对氧化镍进行充分的过还原反应、而对氧化硅和铁氧化物只进行部分的欠还原反应，即是说通过控制还原剂的加入数量可达到使含镍原料中氧化镍能全部彻底还原出来、而铁氧化物只能有部分还原，能有效地提高炉内合金中镍的含量。
(3)出渣出铁浇铸：用铁水包承接液态炉渣和镍铁合金液，倾出大量炉渣后，将铁水浇注于锭模内，精整弃去夹带的炉渣，即制得含Ni25∽48％、余量为铁及不可避免的杂质的高镍镍铁合金产品。
还可在计量备料步骤之前，将低品位镍物料进行焙烧脱水预处理或者进行预还原、焙烧脱水处理，对还原熔炼有很好的效果。
需要说明的是：所使用电炉的炉衬为碳质筑炉材料时，可以不加入造渣剂，即是说可按下述重量份计混配制成冶炼原料：
低品位镍物料 100份，
还原剂 1∽6份。
实现本发明目的有关技术理论依据如下：
根据氧化物的ΔG°-T关系图可以看出：氧化物的还原性在同温下，直线位置处于较低的元素，容易将其上部的氧化物还原出来。因此，镍矿物原料中的NiO、FeO等氧化物均可被碳质或硅质还原剂还原而进入合金。根据以上化学反应的热力学数据和温度-自由能图以及化学反应动力学条件，可以推断，碳质或硅质还原剂在冶炼高温大于800℃的条件下，还原氧化物的先后顺序为NiO、FeO、P2O5、SiO2。因此，通过控制还原剂的加入数量可以有效地控制铁氧化物的还原，从而能有效实现用低品位镍物料直接冶炼生产高镍镍铁的工艺技术。
本发明突出的实质性特点和显著进步就在于计量备料步骤中通过精确计算控制碳质或硅质还原剂的数量，使还原剂对氧化镍进行充分的过还原反应、而对铁氧化物只进行部分的欠还原反应，即是说通过控制还原剂的加入数量可达到使含镍原料中氧化镍能全部彻底还原出来、而铁氧化物只能有部分还原，可大大提高炉内合金中镍的含量。
本发明不仅能够大大降低还原剂的消耗量、降低冶炼生产能耗、降低冶炼作业时间，还彻底改变了现行火法冶炼生产配料理论中“需要加入过量还原剂，将低品位镍原料中镍和铁的氧化物全部还原”的传统观点。
本发明具有如下主要优点：
(1)它的冶炼生产工艺流程简短，不需另行配置专用设备，即能在现行电炉内，用低品位镍矿为原料采用一步法直接冶炼生产出镍含量高达25∽48％的高镍镍铁合金产品，它可作为高品位含镍原料为进一步冶炼生产优质高级不锈钢提供丰富的镍资源。
(2)它改变了现行火法冶炼配料理论中“需加入过量还原剂将低品位镍原料中镍和铁的氧化物全部还原”的传统观点，通过计量配料精确控制还原剂数量，使氧化镍充分过量还原而铁氧化物欠还原来实现提高炉内合金中镍含量的目的，降低还原剂的消耗量，对降低冶炼生产成本和节能减排都具有积极意义。
(3)冶炼生产技术易于掌握，生产操作十分方便，便于生产组织和经营管理，可大大降低管理运行成本，具有很好的经济效益。
具体实施方式：
实施例一：
一种采用“精炼电弧炉-焦炭法”实施本发明的冶炼生产方法，它依次按以下步骤进行：首先将低含镍矿物料进行焙烧脱水，
(1)计量备料：按如下重量比称取低品位镍物料、焦炭、石灰原料，混合后作为冶炼原料供使用，
低含镍矿物料 1000kg，
焦炭 20kg，
石灰 380kg，
上述原料是以不含吸附水份计的重量比，
在上述所说低含镍矿物料按重量计主要化学成分含有：Ni 1.60％、TFe 10％、SiO2 42％、MgO 22％；
焦炭按重量计主要化学成分含有：C固80％；
石灰按重量计主要化学成分含有：CaO 83％。
(2)还原熔炼：将计量备料步骤中混配制成的冶炼原料送入1500kVA镁质炉衬精炼电弧炉内，加入引弧炉料，按如下分级配电方式操作进行还原熔炼反应：以3级电压级段送电，将负荷送到：电压200V、电流4330A的负荷量3h，炉料熔化完后，改用6级电压级段电压155V、电流5587A送电提温25min，贫化完毕后，检测渣中NiO≤0.04％。
(3)出渣出铁浇铸：用铁水包承接液态炉渣和镍铁合金液，倾出大量炉渣后，将铁水浇注于锭模内，精整弃去夹带的炉渣，即制得含Ni40％、余量为铁及不可避免的杂质的高镍镍铁合金产品。
实施例二：
一种采用“矿热电炉-焦炭法”实施本发明的冶炼生产方法，使用的矿热电炉的炉衬为碳质筑炉材料，它依次按以下步骤进行：
(1)预处理：将低含镍矿物料、焦炭进行焙烧脱水，
(2)计量备料：按如下重量比称取焙烧脱水后的低品位镍物料和焦炭原料，混合后作为冶炼原料供使用，
低含镍矿物料 1000kg，
焦炭 25kg，
上述原料均是以不含吸附水份计的重量比，
在上述所说低含镍矿物料按重量计主要化学成分含有：Ni 1.80％、TFe 18％、SiO2 43％、MgO 18％；
焦炭按重量计主要化学成分含有：C固80％。
(3)还原熔炼：将计量备料步骤中混配制成的冶炼原料送入16500kVA碳质炉衬矿热电炉内，按如下分级配电方式操作进行还原熔炼反应：以17级电压级段送电，将负荷送到：电压133V、电流80000A的负荷量1h，再将电压级段提升至8级且负荷送到：电压156V，电流80000A连续冶炼操作作4h。
(4)出渣出铁浇铸：用铁水包承接液态炉渣和镍铁合金液，倾出大量炉渣后，将铁水浇注于锭模内，精整弃去夹带的炉渣，即可制得含Ni35％、余量为铁及不可避免的杂质的高镍镍铁合金产品。
实施例三：
一种采用“精炼电弧炉-硅铁法”实施本发明的冶炼生产方法，它依次按以下步骤进行：
(1)计量备料：按如下重量比称取红土镍矿、硅铁和石灰原料，混合后作为冶炼原料供使用，
红土镍矿 1000kg，
硅铁 45kg，
石灰 480kg，
上述原料均是以不含吸附水份计的重量比，
在上述所说红土镍矿按重量计主要化学成分含有：Ni 2.50％、TFe 8％、SiO2 45％、MgO 20％；
硅铁按重量计主要化学成分含有：Si75％；
石灰按重量计主要化学成分含有：CaO 83％。
(2)还原熔炼：将计量备料步骤中混配制成的冶炼原料送入6000kVA镁质炉衬精炼电弧炉内，加入引弧炉料，按如下分级配电方式操作进行还原熔炼反应：以1级电压级段送电，将负荷送到：电压220V，电流6561A；待温度达到1500℃且炉料全部熔化，再采用3级电压级段电压127V，电流6561A送电提温35min，检测渣中NiO≤0.04％。
(3)出渣出铁浇铸：用铁水包承接液态炉渣和镍铁合金液，倾出大量炉渣后，将铁水浇注于锭模内，精整弃去夹带的炉渣，即制得含Ni30％、余量为铁及不可避免的杂质的高镍镍铁合金产品。
Claims (3)
1.一种用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法，其特征在于：它依次按以下步骤进行：
(1)计量备料：按下述重量份计称取物料混配制成冶炼原料：
低品位镍物料 100份，
还原剂 1∽6份，
造渣剂 30∽80份，
上述所说的低品位镍物料是指含Ni 1～2.5％的低含镍矿物料，
上述所说的还原剂是指焦炭，或者硅铁，或者煤，或者其中任意二种或三种的混合物，
上述所说的造渣剂是指石灰，或者石灰石，或者萤石，或者其中任意二种或三种的混合物，
(2)还原熔炼：将混配制成的冶炼原料送入电炉内，送电加热提温进行还原熔炼反应，
(3)出渣出铁浇铸：用铁水包承接液态炉渣和镍铁合金液，倾出大量炉渣后，将铁水浇注于锭模内，精整弃去夹带的炉渣，即制得含Ni25∽48％、余量为铁及不可避免的杂质的高镍镍铁合金产品。
2.根据权利要求1所述的用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法，其特征在于：在计量备料步骤之前，将低品位镍物料进行焙烧脱水预处理或者进行预还原、焙烧脱水处理。
3.根据权利要求1所述的用低品位镍物料直接冶炼高镍镍铁的生产方法，其特征在于：所使用电炉的炉衬为碳质筑炉材料时，可以不加入造渣剂，即按下述重量份计混配制成冶炼原料：
低品位镍物料 100份，
还原剂 1∽6份。
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| CN101713008B (zh) * | 2008-10-08 | 2012-07-18 | 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 | 一种熔融还原镍渣提铁的方法及装置 |
| CN103348026A (zh) * | 2012-02-07 | 2013-10-09 | 淡水河谷公司 | 生产粗镍铁产品的方法 |
| CN103740933A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-23 | 温德昌 | 一种氧化镍物料生产镍铁合金的方法 |
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2008
- 2008-01-25 CN CNA2008100452624A patent/CN101220438A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101713008B (zh) * | 2008-10-08 | 2012-07-18 | 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 | 一种熔融还原镍渣提铁的方法及装置 |
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