CN101230443A - 镍-铁合金的冶炼净化富集成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高品质镍－铁合金的净化富集冶炼成型工艺，是将高炉冶炼的含镍铁产品通过偏心底出钢式电弧炉和LF炉吹氧造渣：在1450℃以上的钢水中按10～200kg/吨钢水加入造渣剂，造渣剂各组份重量比为：活性石灰∶萤石＝3～10∶1；将上述造渣后钢水经偏心底出钢式电弧炉出钢到LF(V)钢包精炼炉，出钢时随钢流加入钢水重量百分含量的石灰1～6kg吨，吹氩气搅拌1～10分钟，到达精炼工作位置后送电加温开始精炼，并再次造渣脱硫后各成份重量比为：C：0.1～3.5％、P：0.01～0.050％、S：0.010～0.10％、Cr：0.1～3.0％、Ni：2～12％。该工艺对害杂质磷、硫的脱除重量比例分别为本元素含量的10～95％、10～95％；能将有益元素镍、铬含量富集分别提高重量比例为本元素含量的1～25％、5～90％。

Description

镍-铁合金的冶炼净化富集成型工艺

技术领域

本发明属于合金材料冶炼技术领域，主要涉及的是一种镍-铁合金的冶炼净化富集成型工艺。

背景技术

目前全球探明镍储量6200万吨，资源量1.3亿吨；其中约1/3为硫化镍矿，2/3为红土镍矿；然而，全球的镍产量70％来自于硫化镍矿，只有30％来自红土镍矿。原因在于红土矿中镍的物质组成远比硫化矿复杂，不能通过传统的采选工艺富集生产精矿，采选工艺流程长，成本高。目前，高品位、开采条件好的硫化镍矿资源渐趋紧张乃至枯竭，全球都在加快红土镍矿采选工艺的研究，降低成本，提高回收率。为了使生产具有经济性，对品位的要求高；以前，只有品位在1.2％以上的红土镍矿才有开发价值，大部分成规模生产的红土矿品位在1.8％以上，从而导致大量的低品位矿闲置；虽然针对不同类型的红土矿，有火法工艺处理硅镁型矿，还原焙烧-氨浸法处理碱性镍矿，加压或常压酸浸法处理褐镁型矿等采选工艺；其中应用较普遍的加压酸浸工艺，需要消耗大量的硫酸，成本较高，而且该常规工艺只能处理镁质矿，尚不能处理铁质矿。

随着国内近期研发的以氧化镍矿经高炉生产镍-铁合金技术的出现，大量低品位红土镍矿得到了经济合理的利用，从根本上解决了大量低品位红土镍矿回收难、成本高的问题，但由于其生产工艺的限制，造成大量因原材料、燃料、熔剂等部分有害元素超标，而引起的镍-铁合金的有害元素P、S等超标及有用元素镍、铬等含量过低，而作为生产不锈钢的一种重要原料镍的替代品，镍含量越高越好、有害元素P、S等越低越好，因此，无法作为生产不锈钢原料镍金属的替代使用品。

发明内容

为了解决利用低品位红土镍矿生产的镍-铁合金有害元素P、S等超标、有用元素镍、铬等含量过低的上述问题，本发明目的是提供一种从大量低品位红土镍矿得到的镍-铁合金中能够大批量、低成本处理、富集、净化的镍-铁合金的冶炼净化富集及成型工艺。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：

一种镍-铁合金的冶炼净化富集成型工艺，即将经高炉冶炼的含镍铁产品，通过偏心底出钢式电弧炉和LF(V)钢包精炼炉的冶炼净化而成，其冶炼净化工艺主要包括如下步骤：

升温：将含镍铁产品装入偏心底出钢式电弧炉，经送电和/或吹氧助熔加热熔化升温至少1450℃；

吹氧造渣：在至少1450℃的钢水中按10～200kg/吨钢水加入造渣剂，造渣剂各组份重量比为：活性石灰∶萤石＝3～10∶1；经向钢水中吹氧造渣脱除有害杂质磷，最后温度达到至少1500℃，使磷、硫进一步脱除；

均温精炼：将上述造渣后钢水经偏心底出钢式电弧炉出钢到LF(V)钢包精炼炉，出钢时随钢流加入钢水重量百分含量的石灰1～6Kg/吨，吹氩气搅拌1～10分钟，到达精炼工作位置后送电加温开始精炼，并再次加入石灰5～50Kg/t，炭化硅1～10Kg/t进行造渣脱硫；

化验：在均温精炼过程中，取两次化验成分用样品化验，成分经化验达到要求重量比为：

C：0.1～3.5％、P：0.01～0.050％、S：0.010～0.10％、Cr：0.1～3.0％、Ni：2～12％；在温度达到至少1550℃时结束精炼，在钢包内加入1～3Kg/t保温覆盖剂。

在造渣过程中用氩气均匀钢包内各部位钢水的温度差±30℃，整个系统均温时间为5～60分钟，氩气压力控制在0.1～1.0Mpa，以防钢水裸露出渣液面，

所述的吹氧造渣脱除有害杂质磷的吹氧压力为：0.1～1.0MP，氧气纯度为85.0～99.995％。

所述的钢水在连续铸钢设备或模铸设备上进行浇注成型。

所述的在连续铸钢设备或模铸设备上进行浇注成型的产品重量规格为30～1000Kg；冷却类型为水冷或空冷。

在温度及成分达到上述要求后，在连续铸钢设备或模铸设备上进行浇注成型，其主要控制点为：

浇注温度为液相线温度以上20～40℃，上连铸/模铸温度为液相线温度以上80～120℃，在浇注过程中每隔5分钟测一次钢水温度，以保证连铸/模铸温度的准确性。

本发明的积极效果是：该工艺其中所述的吹氧造渣脱除有害杂质磷的净化过程能将原料中的磷脱除重量比例为本元素含量的10～95％；在精炼过程中造渣脱硫的净化过程能将原料中的硫脱除重量比例为本元素含量的10～95％；能将有益元素镍含量富集提高重量比例为本元素含量的1～25％，能将有益元素铬回收率重量比例为本元素含量的5～90％。该方法可用于各种合金材料的冶炼及提纯工艺。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明，实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1：采用由河南纳士科技股份有限公司炼铁厂生产的低镍、高硫磷铁块生产镍铁合金。

原材料堆放：所用原料在堆放过程中必须单独堆放，严禁和其他钢铁料混合。冶炼过程严禁和其他钢铁料混合。生产过程中的一切边角废料必须回收用于冶炼本材料。

该镍-铁合金化学成份及生产过程理论控制：

	Ni	C	P	S	Si	Mn	Cr	Cu
									低镍、高硫磷铁块	5％	4％	0.06％	0.12％	2％	0.05％	3％	0.05％
电弧炉出钢成份		≤0.90％	≤0.015％
									精炼炉成份	5.6％	0.90-1.10％	0.030％	0.06％	0.4％
成份变化			50％	50％

该料型在偏心底出钢电弧炉冶炼过程其综合回收率约达到84％，即：镍-铁合金单耗1.19t/t出1t连铸坯/钢锭。

冶炼过程要求：原料镍-铁合金中含C、Si、Cr、P都很高，主要通过氧化达到要求的化学成分，而是要求把P控制的越低越好，由于过程Si含量高易造成钢水温度很高，渣中含Cr₂O₃较多，炉渣粘度大，流动性不好，容易造成激烈沸腾，因此冶炼过程中要利用调整萤石的加入比例来调整渣子的流动性，以便尽快造渣脱除有害元素P。

冶炼步骤：开始冶炼镍-铁合金的第一炉钢时，电弧炉内必须无钢、渣，然后加入垫底石灰600公斤。加入镍-铁合金32～36t按两批料加入。送电15分钟，在料温度850℃左右时，方可进行吹氧操作，吹氧氧气压力控制在0.8MP，利用氧气的助熔作用加快熔化速度，待镍铁合金块熔化测温到1450℃后，停止送电，停止吹氧、撬垫炉门口，除去部分含SiO₂过高的炉渣，以保护好电弧炉炉体渣线。

在排除第一次炉渣后，向钢水中加入重量比为100kg/吨钢水的造渣剂：造渣剂重量份数比为活性石灰∶萤石＝5∶1，经向钢水中吹氧造渣脱除有害杂质磷，同时利用氧气的氧化功能脱除钢水中的碳、硅、锰、铬元素，在钢水温度达到.达到出钢条件的质量及温度为：

C 0.70～0.85％  P≤0.015％  T≥1550℃  S 0.12％

当上述条件达到时，经偏心底出钢式电弧炉出钢到LF(V)钢包精炼炉，出钢时随钢流加入120Kg石灰，吹氩气搅拌5分钟，到达精炼工作位置后送电加温开始精炼，并加入石灰30Kg/t，炭化硅5Kg/t进行造渣脱硫，在造渣过程中用氩气均匀钢包内各部位钢水的温度，整个系统均温时间为35分钟，氩气压力控制在0.6Mpa，以防钢水裸露出渣液面，在均温过程中，取两次化验成分用样品化验，成分经化验达到要求重量比为：

C：1.1％、P：0.030％、S：0.060％Si：0.4％、Ni：5.6％。在温度至少1550℃时结束精炼，在钢包内加入保温覆盖剂。

精炼好的钢水到连铸机上进行浇注，根据该材料碳在1.1％时液相线温度为1423℃，同时每增碳0.01％，液相线温度降低0.88℃的特点，控制钢水从LF(V)钢包精炼炉进入连铸中间缓冲包的温度为液相线温度以上80～120℃，即钢水温度在1503～1543℃时开始从LF(V)钢包精炼炉进入连铸中间缓冲包，控制钢水从连铸中间缓冲包进入结晶器的浇注温度为液相线温度以上20～40℃，即钢水温度在1443～1463℃时开始浇注，在浇注过程中每隔5分钟测一次温，用控制钢水的浇注速度来保证浇注过程中钢水温度的准确性。

连铸坯的按尺寸150×150mm²生产，定尺可根据用户要求更改，要求生产稳定，连拉顺利，定尺保持一致。

产品成分化验为C：1.1％、P：0.030％、S：0.060％、Ni：5.6％、Si 0.4％、用专用场地对成品连铸坯进行堆放，成品堆放区不得有其它钢种和钢坯。

实施例2：采用由河南纳士科技股份有限公司炼铁厂生产的低镍、高硫磷铁块生产镍铁合金。

原材料堆放：所用原料在堆放过程中必须单独堆放，严禁和其他钢铁料混合。冶炼过程严禁和其他钢铁料混合。生产过程中的一切边角废料必须回收用于冶炼本材料。

该镍-铁合金化学成份及生产过程理论控制：

	Ni	C	P	S	Si	Mn	Cr	Cu
									低镍、高硫磷铁块	8.1％	2.7％	0.055％	0.41％	2.85％	0.28％	1.7％	0.05％
电弧炉出钢成份		≤0.10％	≤0.011％
									精炼炉成份	9.5％	0.15-0.2％	0.025％	0.075％	1.1％
去除成份			54％	95％

冶炼过程要求：原料镍-铁合金中含C、Si、Cr、S都很高，主要通过氧化达到控制的化学成分，本例虽不强调保铬，而产品要求S、P较低，因此冶炼过程中要求前期低温大渣量快速脱除P元素，后期采取大氧量脱除C元素升温，提高出钢温度，以利于精炼时换渣脱S，减少冶炼过程温降。

冶炼步骤：开始冶炼镍-铁合金的第一炉钢时，电弧炉内必须无钢、渣，然后加入垫底石灰800kg。加入镍-铁合金32～36t按两批料加入。送电30分钟，在料温度900℃左右时，方可进行吹氧操作，吹氧氧气压力控制在1.0MP，利用氧气的助熔作用加快熔化速度，待镍铁合金块熔化测温到1450℃以上后，停止送电，停止吹氧、撬垫炉门口，除去部分含SiO₂过高的炉渣，以保护好电弧炉炉体渣线。

在排除第一次炉渣后，向钢水(28吨)中加入活性石灰∶萤石＝10∶1的造渣剂1000kg，送电化渣并向钢水中吹氧造渣搅拌，控制钢水温度低于1540℃，在排除第一次炉渣并造渣后20分钟后排除第二次炉渣，在排除第二次炉渣后向钢水中加入活性石灰∶萤石＝10∶1的造渣剂800kg，送电化渣并向钢水中吹氧造渣搅拌，控制钢水温度在1560～1580℃时取样分析P元素，达到P≤0.015％后排除第三次炉渣，并在排除第三次炉渣后向钢水中加入活性石灰∶萤石＝9∶2的造渣剂300kg，同时利用氧气的氧化功能脱除钢水中的碳、硅、锰、铬元素，在钢水温度达到1580℃、1600℃、≥1650℃时取样分析C、Mn、P、Ni、Cr、Cu、S元素。直至达到出钢条件的质量比及温度为：

C 0.080～0.10％  P≤0.011％  T≥1650℃  S 0.4％

当上述条件达到时，经偏心底出钢式电弧炉出钢到LF(V)钢包精炼炉，出钢时随钢流加入200Kg石灰，脱氧剂4Kg/t，硅铁3Kg/t，吹氩气搅拌10分钟，到达精炼工位后送电加温开始精炼，并加入石灰15Kg/t，萤石1Kg/t，炭化硅1Kg/t进行造渣脱硫，在送电15分钟后停电将精炼钢包内的第一次精炼炉渣倒掉，重新加入石灰18Kg/t，萤石1.5Kg/t，炭化硅2Kg/t进行造渣脱硫，并在第二次造渣过程中用氩气均匀钢包内各部位钢水的温度差±30℃，整个系统均温时间为15分钟，氩气压力控制在0.1～0.2Mpa，以防钢水裸露出渣液面，在均温过程中，取两次化验成分用样品化验，成分经化验达到要求重量比为：

C：0.15％、P：0.023％、S：0.075％、Si：1.1％、Ni：9.5％。在温度1650℃以上时结束精炼，在钢包内加入保温覆盖剂。

精炼好的钢水到连铸机上进行浇注，根据该材料C在0.9％时液相线温度为1441℃，同时每增C0.01％，液相线温度降低0.88℃的特点，控制钢水从LF(V)钢包精炼炉进入连铸中间缓冲包的温度为液相线温度+80～120℃，即钢水温度在1590～1600℃时开始从LF(V)钢包精炼炉进入连铸中间缓冲包，控制钢水从连铸中间缓冲包进入结晶器的浇注温度为液相线温度+20～-40℃，即钢水温度在1471～1531℃时开始浇注，在浇注过程中每隔5分钟测一次温，用控制钢水的浇注速度来保证浇注过程中钢水温度的准确性。

连铸坯的按尺寸150×150mm²生产，定尺可根据用户要求更改，要求生产稳定，连拉顺利，定尺保持一致。

产品成分化验为C：0.15％、P：0.025％、S：0.075％、Si：1.1％、Ni：9.5％

用专用场地对成品连铸坯进行堆放，成品堆放区不得有其它钢种和钢坯。

实施例3：采用由河南纳士科技股份有限公司炼铁厂生产的低镍、高硫磷铁水及铁块生产镍铁合金。

原材料要求：所用原料镍铁块在堆放过程中必须单独堆放、成分清楚，严禁和其他钢铁料混合。镍铁水在铁水罐内测温，成分化验清楚。

该镍-铁合金化学成份及生产过程理论控制：

	Ni	C	P	S	Si	Mn	Cr	Cu
									低镍、高硫磷铁块	5％	4％	0.06％	0.12％	2％	0.05％	3％	0.05％
镍铁水	8％	2.7％	0.032％	0.3％	2.55％	0.28％	1.7％
									电弧炉出钢成份		1.0％	≤0.018％				2.0％
精炼炉成份	6.8％	1.5％	0.035％	0.075％	1.1％		2.0％
									去除成份

冶炼过程要求：原料镍-铁合金铁水、铁块中含C、Si、Cr、P都很高，主要通过氧化达到控制的化学成分，本例要求保铬，而产品要求S、P较低，因此冶炼过程中要求前期快速升温保铬、大渣量多次换渣脱除P元素，后期采取稳定钢水温度，以利于减少精炼时回P，提高铬的回收率。

冶炼步骤：开始冶炼镍-铁合金时，在电弧炉内加入垫底石灰200公斤。加入镍-铁合金铁块22t后加入铁水11吨。送电待料全部熔化后测温，停止送电，撬垫炉门口，除去部分含SiO₂过高的炉渣，以保护好电弧炉炉体渣线。在钢水温度1615℃以上时，方可进行吹氧操作，吹氧氧气压力控制在0.3MP。

在排除第一次炉渣后，向钢水(25吨)中加入活性石灰∶萤石＝3∶1的造渣剂100kg，送电化渣并向钢水中吹氧造渣搅拌，控制钢水温度不能高于1640℃，在排除第一次炉渣并造渣后20分钟后排除第二次炉渣，在排除第二次炉渣后向钢水中加入活性石灰∶萤石＝10∶1的造渣剂100kg，送电化渣并向钢水中吹氧造渣搅拌，控制钢水温度在1640～1660℃时取样分析P元素，达到P≤0.015％后排除第三次炉渣，并在排除第三次炉渣后向钢水中加入活性石灰∶萤石＝10∶2的造渣剂800kg，同时利用氧气的氧化功能脱除钢水中的碳、硅、锰、铬元素，在钢水温度达到1620℃、1640℃、≥1650℃时取样分析C、Mn、P、Ni、Cr、Cu、S元素。直至达到出钢条件的重量比及温度为：

C≥1.0％  P≤0.018％  T≥1550℃  S 0.18％

当上述条件达到时，经偏心底出钢式电弧炉出钢到LF(V)钢包精炼炉，出钢时随钢流加入200Kg石灰，脱氧剂4Kg/t，硅铁3Kg/t，吹氩气搅拌10分钟，到达精炼工位后送电加温开始精炼，并加入石灰15Kg/t，萤石1Kg/t，炭化硅3Kg/t进行造渣脱硫，并在造渣过程中用氩气均匀钢包内各部位钢水的温度差±30℃，整个系统均温时间为15分钟，氩气压力控制在0.1～0.2Mpa，以防钢水裸露出渣液面，在均温过程中，取两次化验成分用样品化验，成分经化验达到要求重量比为：

C：1.5％、P：0.035％、S：0.075％、Si：1.1％、Ni：6.8％。在温度1550℃以上时结束精炼，在钢包内加入保温覆盖剂。

精炼好的钢水到模铸上进行浇注，根据该材料C在1.1％时液相线温度为1423℃，同时每增碳0.01％，液相线温度降低0.88℃的特点，控制钢水从LF(V)钢包精炼炉进入模铸中注管的温度为液相线温度+80～100℃，即钢水温度在1463～1483℃时开始从LF(V)钢包精炼炉进入模铸中注管，通过控制钢水的浇注速度来保证浇注钢锭的长度定尺的准确性。

钢锭的按尺寸150×150～120×120mm²生产，定尺可根据用户要求更改，要求生产稳定，定尺偏差不超过50毫米。

产品成分化验为C：1.5％、P：0.035％、S：0.075％、Si：1.1％、Ni：6.8％用专用场地对成品钢锭进行精整堆放，成品堆放区不得有其它钢种和钢锭。

Claims (6)

1.一种高品质镍-铁合金的净化富集冶炼成型工艺，是将高炉冶炼的含镍铁产品，通过偏心底出钢式电弧炉和LF炉，吹氧造渣、精炼、化验，其特征在于：

吹氧造渣：在1450℃以上的钢水中按10～200kg/吨钢水加入造渣剂，造渣剂各组份重量比为：活性石灰∶萤石＝3～10∶1；经向钢水中吹氧造渣脱除有害杂质磷，最后温度达到1500℃以上，使磷、硫进一步脱除；

精炼：将上述造渣后钢水经偏心底出钢式电弧炉出钢到LF(V)钢包精炼炉，出钢时随钢流加入钢水重量百分含量的石灰1～6Kg/吨，吹氩气搅拌1～10分钟，到达精炼工作位置后送电加温开始精炼，并再次加入石灰5～50Kg/t，炭化硅1～10Kg/t进行造渣脱硫；

化验：在均温过程中，取化验成分用样品化验，成分经化验达到要求重量比为：

C：0.1～3.5％、P：0.01～0.050％、S：0.010～0.10％、Cr：0.1～3.0％、Ni：2～12％；在温度达到至少1550℃时结束精炼。

2.如权利1所述的一种高品质镍-铁合金的净化富集冶炼成型工艺，其特征在于：在造渣过程中用氩气均匀钢包内各部位钢水的温度差±30℃，整个系统均温时间为5～60分钟，氩气压力控制在0.1～1.0Mpa，以防钢水裸露出渣液面。

3.如权利2所述的一种高品质镍-铁合金的净化富集冶炼成型工艺，其特征在于：所述的吹氧造渣脱除有害杂质磷的吹氧压力为：0.1～1.0MP，氧气纯度为85.0～99.995％。

4.如权利1、2或3所述的一种高品质镍-铁合金的净化富集冶炼成型工艺，其特征在于：所述的钢水在连续铸钢设备或模铸设备上进行浇注成型，浇注温度为液相线温度以上20～40℃，上连铸/模铸温度为液相线温度以上80～120℃，在浇注过程中每隔5分钟测一次钢水温度，以保证连铸/模铸温度的准确性。

5.如权利4所述的一种高品质镍-铁合金的净化富集冶炼成型工艺，其特征在于：所述的在连续铸钢设备或模铸设备上进行浇注成型的产品重量规格为30～1000Kg；冷却类型为水冷或空冷。

6.如权利1或2所述的一种镍-铁合金的冶炼净化富集及成型工艺，其特征在于：原料中所含磷、硫有害元素脱除率为10～95％；镍含量提高率1～25％，铬回收率5～90％。