CN101701312A

CN101701312A - 用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法

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Publication number: CN101701312A
Application number: CN200910074492A
Authority: CN
Inventors: 赵海泉; 王立新; 王钢; 蔡湄夏; 史永林; 赵建伟; 樊猛辉
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2029-05-26
Also published as: CN101701312B

Abstract

一种用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法，它包括下述依次的步骤：混料→压团→配料→燃料→冶炼出含铬铁水。(一)混料将铬矿粉、红土矿、煤粉或焦粉及复合粘结剂混合均匀；(二)压团把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度；(三)配料将烘干或养护好的团块，加入还原促进剂与配渣剂，团块、还原促进剂与调渣剂；(四)冶炼；将上述配好的原料从炉口加到具有铁口与风口的小型高炉或新型竖炉中，并加入焦炭冶炼；(五)出铁将冶炼成的含镍铁水即不锈钢母液送往炼钢厂或铸造成铁锭。本用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法生产成本较低、减少环境污染。

Description

用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法

技术领域

本发明涉及一种用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法。

背景技术

由于铬矿粉与红土矿还原温度高、还原耗热大，同时铬矿含有较高的Al₂O₃、MgO，其自然渣流动性较差且矿物组成复杂导致铬矿的冶炼困难，因此目前主要通过矿热炉的高温还原获取生产铬铁合金，作为不锈钢冶炼原料。不锈钢生产成本的80％来属于原料成本，不锈钢炼钢所需铬铁合金和镍等都是高价原料；冶金工作者在不断的探索研究廉价获取不锈钢母液的工艺，以降低不锈钢生产成本。目前提供转炉冶炼不锈钢的原料有三种途径：(1)普通铁水+固态的高碳铬铁；(2)转炉熔融还原法直接生产不锈钢母液；(3)竖炉法熔融还原法直接生产不锈钢母液。世界上绝大多数不锈钢企业采用第一种方法生产含铬铁水，第二种方法目前仅有日本川崎公司千叶厂一家，其生产成本情况不清。第三种竖炉型的熔融反应器生产含铬铁水，它的优点在于：可大幅度降低不锈钢母液的生产成本，根据测算它的生产成本仅为第一种方法的85％。本发明属于第三种竖炉冶炼的范畴，而且核心技术工艺不同于传统的竖炉冶炼工艺。宝钢曾在255m3高炉上研究并试验过利用铬矿生产含铬铁水，但生产出的含铬铁水磷含量高达0.108％，而不锈钢中的磷含量要求小于0.035％，远远不能满足不锈钢冶炼要求。不锈钢冶炼还没有行之有效的脱磷技术，只能在原料及冶炼不锈钢母液过程中进行控制，才能冶炼出满足要求的不锈钢母液。

发明内容

为了克服现有用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法的上述不足，本发明提供一种生产成本较低、减少环环境污染的用铬矿粉和红土矿冶炼不锈钢母液的方法。

本发明是针对铬矿粉、红土矿低磷与不锈钢冶炼过程中原料中98％以上的磷进入不锈钢液等特点，本发明是以铬矿粉和红土矿为原料利用新的冶炼工艺生产不锈钢母液的方法，不仅对低品位铬矿和红土矿进行有效利用，而且可以生产出满足不锈钢质量需求的高附加值的不锈钢母液。

本用铬矿粉和红土矿的含碳冷原料生产不锈钢母液方法包括下述依次的步骤：

混料→压团→配料→燃料→冶炼出含铬铁水，将含铬铁水送往炼钢厂或将含镍铁水铸造成铁锭。

下面分步说明本用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液方法工艺过程。

(一)混料

将铬矿粉、红土矿、煤粉或焦粉及复合粘结剂混合均匀，四者的质量份配比为：

铬矿粉20～60 红土矿30～70 复合粘结剂5～15 碳还原剂5～15

复合粘结剂的质量份配比为：

水熔性的有机粘结剂30～50 玻璃水无机粘结剂20～60

CaO/SiO₂比值约2～6高钙无机粘结剂20～30。

碳还原剂为煤粉或焦粉。

铬矿粉与红土矿为粉状，粒度为100公制目～0.5mm的比例占到60％以上，最大粒径为1mm。

(二)压团

把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度(强度的要求≥700N/个；团块直径或每个边长在1.5～5cm之内，对形状无要求。)

(三)配料

为了提高金属氧化物的还原率及收得率，结合原料成分，在冶炼渣中配加可促进金属氧化物还原反应进行的还原促进剂，同时为改善渣流动性，保证冶炼顺行，配加调渣剂。将烘干或养护好的团块，加入还原促进剂与配渣剂，团块、还原促进剂与调渣剂的质量份配比为：

团块60～80 还原促进剂5～10 配渣剂5～10

加入冶炼炉时，配焦炭30～90

还原促进剂主要为萤石和锰矿及的硼酸泥催化剂，三者的质量份配比为：

CaF₂ 0.5～5.0 MnO 1.0～10 Na₂B₄O₇ 0.5～10

配渣剂主要为硅石(SiO₂含量为97％)和灰石(CaO含量为53％)，两者按CaO∶SiO₂＝0.8～1.3进行配比，且Al₂O₃含量小于20％。

(四)冶炼

将上述配好的原料从炉口加到具有铁口与风口(一般用单铁口与单风口)的小型高炉或新型竖炉中，并加入焦炭冶炼，冶炼时的热风温度不低于530℃，一般为530℃～1150℃，富氧率0～20％，利用系数2.0～10。热风可由耐火材料砌筑的简易热交换器提供。炉料不断下降的同时不断升温，原料温度达到800℃后，含碳球内部发生氧化镍、氧化铁与碳的直接还原反应；随着炉料下降，温度升高，达到1200℃后，发生氧化铬与碳的直接还原反应；炉料的继续下降，含铬、镍及铁的金属液形成，并进行渣铁分离，最后进行出渣、出铁完成不锈钢母液的冶炼。铁水中的铬、磷与镍的质量百分比达到下述要求即可：

Cr 8％～21％ P≤0.035％ Ni 1.5～8.0％。

(五)出铁

将冶炼成的含镍铁水即不锈钢母液送往炼钢厂或铸造成铁锭。铬回收率60～95％。

上述用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法在(四)冶炼步骤中，用新型竖炉冶炼效果较好。

上述用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法在步骤(三)配料中可加入质量份为10～20的废钢，废钢是热轧废钢或渣铁。

上述用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法在步骤(一)混料中，可采用下述的红土矿与铬矿粉：

红土矿中TFe、Ni、SiO₂、MgO、Al₂O₃、Cr与P的质量百分比为：TFe：20～50％ Ni：0.8～3.5％ SiO₂：4～5％ MgO：4～5％Al₂O₃：4～8％ Cr：2～5％ P：≤0.010％

铬矿粉中TFe、SiO₂、MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃与P的质量百分比为：TFe：8～35％ SiO₂：4～8％ MgO：4～25％

Al₂O₃：4～15％ Cr₂O₃：15～45％ P：≤0.010％

本铬矿粉和红土矿为原料生产不锈钢母液的方法有下述的优点：

(1)可用廉价的铬矿粉及铬精矿粉生产低磷不锈钢母液；

(2)将铬矿粉和红土矿的含碳原料制成冷固团块，直接加入炉中提供热风直接冶炼，减少了现有冶炼方法中的原料烧结工艺，避免了烧结带来的环境污染，因此可满足环保要求；

(3)利用其它工艺无利用价值的高铁低镍红土矿及低品位的铬矿粉冶炼不锈钢母液，降低不锈钢生产的成本，避免了因无法利用堆放废矿带来的环境污染。

附图说明

图1是环保竖炉的结构图。

图2是本环保小型竖炉结构图。

图3是本用铬矿粉和红土矿冶炼不锈钢母液方法用环保竖炉主要设备图。

图4是用铬矿粉和红土矿冶炼不锈钢母液方法采用小高炉主要设备图。

上述图中：

1-料斗 2-料钟 3-炉喉 4-炉壳 5-炉衬

6-风口 7-热风围管 8-出渣口 9-出铁口 10-基座

11-炉缸 12-吹氧口 13-炉腰 14-炉身 15-炉体

16-炉腔 17-煤气上升管 18-煤气围管 19-煤气管

20-鼓风机 21-上料设备 22-热风管 23-煤气管

24-热交换器 25-鼓风机 26-耐火砖层 27-内热风管

28-燃烧室 29-喷嘴 30-煤气管 31-除尘设备

32-竖炉 33-煤气上升管 34-小型高炉 35-热风围管

36-出铁口 37-吹氧口

具体实施方式

下结结合实施例及其附图详细说明本用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液方法的具体实施方式，但本用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。

在描述实施例之前，先介绍本发明采用的新型竖炉的基本结构，见图1，

本新型竖炉包括料斗1、料钟2、竖直的炉体15、热风围管7，在竖直炉体15下为基座10，炉体15外有钢板围成的炉壳4，炉壳4内侧设置着耐火材料砌筑的炉衬5，炉衬5的内侧为炉腔16，炉腔16的下部为炉缸11，炉缸11上为炉腰13，在炉体15设置着出铁口9、出渣口8、风口6，风口6的两端分别与热风围管7和炉腔16相通，高速吹氧口12与热风围管7相通，在竖直炉体15的上部外侧设置着煤气围管18，煤气围管18经煤气上升管17与炉腔16的上部相通。煤气围管18联接着能同时抽风与排风的鼓风机20，新型竖炉的主要特征是炉腔16的内径上下相等，不象小型高炉的炉腔的内径中部大上下小。竖直炉体15的高度一般为10～15m；容积50～200m3；一般有风口10～15个；炉型基本为直筒型；直径1～5m(内径)一个出铁口9，一个出渣口8。根据需要可设置多个出铁口9，有多个煤气上升管17。

也可用高4m，容积1m3，内径1m的小型竖炉，见图2，小型竖炉有一个出铁口9与一个风口6，一至三个煤气上升管17，没有鼓风机20。

本发明的冶炼不锈钢母液的方法，配置耐火材料砌筑的简易的热交换器24，见图3，热交换器有耐火砖层26构成的壳体，耐火砖层26的内侧为燃烧室28，上下弯成U型的内热风管27设置在燃烧室28内，内热风管27的进风端与鼓风机25联接，内热风管27的出风口经热风管22与热风围管7联接通，在燃烧室28内设置着若干喷嘴29，喷嘴29与煤气管30联接，煤气管30经除尘设备31、鼓风机20及煤气管19与煤气围管18联接。热交换器24可提供530℃～1150℃的热风。设置上料设备21。

本发明的冶炼不锈钢母液的方法也可采用小型高炉，配置热交换器24，见图3，小型高炉34炉体的高度一般为10～15m；容积50～200m3风口10～15个；直径1～5m，一个出铁口36。根据需要可设置多个出铁口36，也可制成高4m；容积1m3，内径1m的小型高炉。

实施例一

本实施例采用的是图2描述的新型小型竖炉，本实施例的新型竖炉试验炉的炉容4m³、直径约1m，高4m，一个出铁口9，一个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器24，结构见图3。热风温度：530～680℃，炉体采用喷淋冷却。出铁口9的孔径20mm。出渣口8无冷却套。料批120kg/批，4～6批/小时，每小时出铁量300～360kg，出铁时直接铸锭。焦比1300～2500kg/t。

本实施例的步骤依次如下。

(一)混料

将铬矿粉、红土矿与复合粘结剂混合均匀，四者的质量份配比为：

铬矿粉30 红土矿52 复合粘结剂10 煤粉8

复合粘结剂的质量份配比为：

水熔性的有机粘结剂40 玻璃水无机粘结剂35

CaO/SiO2比值约2～6高钙无机粘结剂25。

红土矿中TFe、Ni、SiO₂、MgO、Ai2O3、Cr与P的质量百分比为：TFe：49 Ni：1.2 SiO₂：4.2 MgO：4.4 Al₂O₃：6.2 Cr：2.0P：0.007

铬矿粉中TFe、SiO2、MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃与P的质量百分比为：

TFe：9.17 SiO₂：7.5 MgO：20.62 Al₂O₃：8.01 Cr₂O₃：44.72P：≤0.008

(二)压团

将混合料置入压团机压成压团块压球，压球的粒度为3mm×2.5mm×3mm，然后将团块烘干或养护到规定的强度(强度的要求≥700N/个)

(三)配料

将烘干或养护好的团块，加入还原促进剂与配渣剂，每批炉料的组成：

团块120kg 还原促进剂10kg 调渣剂10kg

在加入冶炼炉时，加入焦炭110kg。

CaF₂ 20 MnO 40 Na₂B₄O₇ 40

配渣剂主要为硅石和灰石，两者的质量份配比为：

SiO₂ 50 CaO 50

配渣剂附加的技术要求：

CaO/SiO21.0～1.30且Al₂O₃4％～20％

(四)冶炼

人工将炉料由炉口装入新型小型竖炉冶炼成不锈钢母液。每小时装入：团块480kg，还原促进剂40kg，调渣剂40kg 焦炭440kg。

理论燃烧温度达到1750℃以上，风量40m³/min。120分鈡炼成含铬镍铁水，冶炼时从单风口6进入热风，热风温度控制在530℃～660℃，富氧率0，利用系数2.0～10。热风由耐火材料砌筑的热交换器24提供。每炉铁400kg，渣量520kg，每天出16炉。

装料制度：一车压球、一车焦炭；送风制度：风量40m³/min；造渣制度：

CaO/SiO₂＝1.0；热制度：铁水温度为1423℃。

(五)出含镍铁水

经化验不锈钢母液的成分质量百分比达下述要求出炉，送往炼钢厂作为冶炼不锈钢的原料。

C：5.30％ Si：1.35％ Mn：1.35％ Ni：3.2％

Cr：13％ P：0.044％ S：0.120％

其余为Fe与不可避免的杂质。

炉渣中SiO₂、CaO、MgO与Cr₂O₃的质量百分比为：

SiO₂：38.6％ CaO：37.4％ MgO：9.2％ Cr₂O₃：1.4％

铬回收率96％。

实施实例二

本实施例采用的是图2描述的新型小型竖炉。本实施例与实施例一的步骤(三)配料、步骤(四)冶炼与步骤(五)不同。在步骤(三)中加入热轧废钢，每批炉料的组成：

团块110kg 还原促进剂10kg 调渣剂10kg

焦炭120kg 废钢16kg。

在步骤(四)冶炼时，每小时装入：

团块440kg 还原促进剂40kg 调渣剂40kg 废钢64kg

在(五)出含镍铁水的成分质量百分比为：

C：5.12％ Si：1.18％ Mn：1.25％ Ni：2.2％

Cr：10 P：0.043 S：0.080

其余为Fe与不可避免的杂质。

炉渣中SiO2、CaO、MgO与Cr2O3的质量百分比为：

SiO2：36.5 CaO：34.6 MgO：10.2 Cr2O3：1.1

铬回收率93％。

实施实例三

本实施例采用的是图1与图3描述的新型竖炉，炉容85m3、内径2.9m，高12m，料批2500kg/批，4～6批/小时，两个铁口9、富氧热口、装料采用料仓，有重力除尘器，无精除尘设施，配置耐火材料砌筑的简易的热交换器24供热风。风温：800～960℃；富氧率5～20％。炉体采用喷淋冷却。每小时出铁量15～25吨，出铁时采取热送或直接铸锭。焦比700～1300kg/t。

本实施例的步骤依次如下：

(一)混料

将铬矿粉、红土矿、焦粉与复合粘结剂混合均匀，四者的质量份配比为：

铬矿粉30 红土矿60 复合粘结剂10 焦粉10

铬矿粉、红土矿为粉状，粒度为100目～0.1mm的比例占到60％以上，最大粒径为0.2mm。

红土矿中TFe、Ni、SiO2、MgO、Ai2O3、Cr与P的质量百分比(％)为：

TFe：49 Ni：1.25 SiO₂：4.5 MgO：4.6 Al₂O₃：5.2

Cr：3.8 P：0.007

铬矿粉中TFe、SiO₂、MgO、Al₂O₃、Cr₂O₃与P的质量百分比为：

TFe：9.17 SiO₂：5.2 MgO：19.62

Al₂O₃：8.01 Cr₂O₃：44.72 P：≤0.008。

(二)压团压团的粒度与实施例一的相同。

(三)配料

将烘干或养护好的团块，加入还原促进调渣剂，每批炉料的组成：

团块2500kg 还原促进剂225kg

调渣剂250kg 焦炭1750kg

其中还原促进调渣剂为SiO₂、CaO、CaF2、Na₂B₄O₇。

(四)冶炼

将炉料由炉口装入新型型竖炉冶炼成不锈钢母液。每小时装入：

团块7500kg 还原促进剂675kg

调渣剂750kg 焦炭5250kg。

理论燃烧温度达到1900℃，风量40m³/min，120分鈡炼成含镍铁水，冶炼时从单风口6进入热风，热风温度控制在530℃～660℃，富氧率7％，利用系数2.0～10。热风由耐火材料砌筑的热交换器24提供。

每炉铁4000kg，渣量5500kg，每天出24炉。

装料制度：一车压球、一车焦炭；送风制度：风量1000m³/min；造渣制度：CaO/SiO₂小于1.0；热制度：铁水温度大于1520℃。

(五)出含镍铁水

C：5.12％ Si：1.3％ Mn：1.2％ Ni：2.3％

Cr：12.8％ P：0.045％ S：0.16％

其余为Fe与不可避免的杂质。

炉渣中SiO2、CaO、MgO与Cr₂O₃的质量百分比为：

SiO₂：40.10 CaO：38.6 MgO：16.0 Cr₂O₃：1.2。

铬回收率94％。

实施例四

本实施例采用的是图1与图3描述的新型竖炉。本实施例与实施例三的步骤(三)配料、步骤(四)冶炼与步骤(五)不同。在步骤(三)中加入热轧废钢，每批炉料的组成：

团块2500kg 还原促进剂230kg 调渣剂230kg

焦炭1500kg 废钢1000kg

在步骤(四)冶炼时，每小时装入：

团块7500kg 还原促进剂690kg 调渣剂690kg

焦炭4500kg 废钢3000kg

在(五)出含镍铁水的成分质量百分比为：

C：5.23％ Si：1.21％ Mn：1.62％ Ni：1.9％

Cr：13.4％ P：0.043％ S：0.14％

其余为Fe与不可避免的杂质。

炉渣中SiO₂、CaO、MgO与Cr₂O₃的质量百分比为：

SiO₂：32.5 CaO：37.07 MgO：7.09 Cr₂O₃：1.2。

铬回收率97％。

实施例五

本实施例采用的是图3中描述的小型高炉，炉容300m3，两个铁口、12个热风口、装料采用料仓，有重力除尘器，无精除尘设施，配置耐火材料砌筑的简易的热交换器供热风。风温：1100℃以上。每小时出铁量10～35吨，出铁时采取热送或直接铸锭。焦比700～1300kg/t。

本实施例的步骤依次如下：

(一)混料

所用的原料与质量份配比与实施例三的步骤(一)混料相同。

(二)压团的粒度与实施例三的步骤(二)的相同。

(三)配料

将烘干或养护好的团块，加入还原促进调渣剂，每批炉料的组成：团块5000kg 还原促进剂400kg 调渣剂400kg 焦炭3200kg

(分批加入)其中还原促进调渣剂为SiO₂、CaO、CaF₂、Na₂B₄O₇。

(四)冶炼

将炉料由炉口装入小型高炉34冶炼成不锈钢母液。每小时装入：团块15000kg 还原促进剂1200kg 调渣剂1200kg 焦炭9600kg

理论燃烧温度达到2000℃，冶炼时从风口鼓入热风，热风温度控制在1000℃～1200℃，利用系数1.3～2.5。热风由热交换器提供。

(五)出含镍铁水

C：5.17％ Si：0.71％ Mn：1.22％ Ni：1.8％

Cr：14.4％ P：0.028％ S：0.15％

其余为Fe与不可避免的杂质。

炉渣中SiO₂、CaO、MgO与Cr₂O₃的质量百分比为：

SiO₂：36.40 CaO：35.67 MgO：6.3 Cr₂O₃：0.8。

铬回收率97％。

Claims

1.一种用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液的方法，它包括下述依次的步骤：

混料→压团→配料→燃料→冶炼出含铬镍铁水，将含铬镍铁水热送往炼钢厂或将含铬镍铁水铸造成铁锭。

2.根据权利要求1所述的用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液方法，其特征是：

(一)混料

铬矿粉 20～60 红土矿 30～70

复合粘结剂 5～15 碳还原剂 5～15

复合粘结剂的质量份配比为：

水熔性的有机粘结剂 30～50 玻璃水无机粘结剂 20～60

CaO/SiO₂比值约2～6高钙无机粘结剂 20～30；

碳还原剂为煤粉或焦粉；

铬矿粉与红土矿为粉状，粒度为100公制目～0.5mm的比例占到60％以上，最大粒径为1mm；

(二)压团

把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度，强度的要求≥700N/个；团块直径或每个边长在1.5～5cm之内；

(三)配料

将烘干或养护好的团块，加入还原促进剂与配渣剂，团块、还原促进剂与调渣剂的质量份配比为：

团块 60～80 还原促进剂 5～10 配渣剂 5～10

加入冶炼炉时，配焦炭 30～90

CaF₂ 0.5～5.0 MnO 1.0～10 Na₂B₄O₇ 0.5～10

配渣剂主要为硅石和灰石，两者按CaO∶SiO₂＝0.8～1.3进行配比，且Al₂O₃含量小于20％；

(四)冶炼

将上述配好的原料从炉口加到具有铁口与风口的小型高炉或新型竖炉中，并加入焦炭冶炼，冶炼时的热风温度不低于530℃，富氧率0～20％，利用系数2.0～10；铁水中的铬、磷与镍的质量百分比达到下述要求即可：

Cr 8％～21％ P≤0.035％ Ni 1.5～8.0％；

(五)出铁

将冶炼成的含镍铁水即不锈钢母液送往炼钢厂或铸造成铁锭.

3.根据权利要求1或2所述的用铬矿粉和红土矿为原料冶炼不锈钢母液方法，其特征是：在步骤(三)配料中加入质量份为10～20的废钢，废钢是热轧废钢或渣铁。