CN1050387C

CN1050387C - 制造含镍的铁合金或镍合金钢的方法

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Publication number: CN1050387C
Application number: CN96106849A
Authority: CN
Inventors: D·M·孔德拉特
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: JPH08337810A; DE69611634D1; CA2176692A1; CN1143680A; AU5474696A; KR970001559A; ZA964135B; EP0747490B1; US5575829A; ATE198914T1; ES2153915T3; DE69611634T2; AU701772B2; EP0747490A1

Abstract

本发明提出镍合金钢或不锈钢精炼期间从含硫的镍精矿获得Ni单元的方法。将精矿中的硫转入并保持在炉渣中，其中控制炉渣组成和温度，炉渣与熔池通过惰性气体的混合程度和熔池中铝量。炉渣脱硫程度，炉渣重量和钢中硫规定确定了加入熔池的精矿量。炉渣与铁熔池之重量比为0.10-0.30，熔池温度保持为1550-1700℃。炉渣碱度控制为1.0-3.5，炉渣中Al₂O₃组分保持在15-25wt%，而MgO组分保持为12-20wt%。

Description

制造含镍的铁合金或镍合金钢的方法

本发明涉及含镍的铁合金或合金钢制造方法。更具体地讲，不锈钢中至少一些合金Ni单元可通过向铁水或熔化铁中加入含硫的镍精矿而得到。该方法利用铁熔池精炼过程中存在的利用率不足的炉渣，其中在熔池和炉渣在还原条件下充分混合时炉渣可去除并保持硫。

已知在电弧炉中将含有一或多种含镍的废渣或碎屑，镍铁或镍粒的进料熔融或熔化即可制成镍合金不锈钢。在进料熔炼完成之后，将铁水转入精炼炉中，在其中用氧气和惰性气体的混合物搅动或冲洗而使熔池脱碳。可将另外的金属镍，镍铁或镍粒加入熔池中以使其符合镍规格或要求。

在废料中所含的Ni单元与镍铁中的Ni单元大约同价并构成了制造镍合金不锈钢的最为昂贵的材料。由于从一般含少于3wt％(重量百分比)Ni的矿石中释放镍的生产成本高，所以镍铁或镍粒中的Ni单元昂贵。镍矿石一般有两种类型，即硫化物矿和红土。在含硫的矿石中，镍主要以镍黄铁矿，可能还伴随有磁黄铁矿和黄铜矿的镍-铁硫化物形式存在。含硫的矿石一般含有1-3wt％Ni和不同量的Cu和Co。可用粉碎，研磨和泡沫浮选法使有价值的金属富集并且除去尽可能多的脉石。之后，可采用选择性浮选和磁性分离法将精矿或富集矿分成在高温冶金工艺中进一步处理的富含镍，铜和铁的组分。用富集矿或精矿进行焙烧工艺以除去最多一半的硫并同时使铁氧化即可使镍进一步富集。该富集矿在1200℃熔炼成由Ni，Fe，Cu和S组成的锍并除去炉渣。可将锍放在转炉中并吹空气而进一步氧化铁和硫。在将锍冷却时，分别按Fe-Cu-Ni-S相图所示沉淀出明显区别开的Ni-Fe硫化物和硫化铜晶体。在粉碎和研磨之后，含两种晶体的硫化物组分经泡沫浮选分成硫化铜和Ni-Fe硫化物精矿。Ni-Fe硫化物精矿再经过几次高能操作阶段而得到镍铁和镍粒。可在流化床中将Ni-Fe硫化物转化成粒状Ni-Fe氧化物烧结矿，再从中电解生产出镍阴极。另一方面，Ni-Fe精矿可在氯化工艺中经历转化成Ni和Fe羰基合物，再分解成镍和铁粉。

已知可通过将含镍的红土矿直接加入设炉顶吹氧管和炉底吹搅动气体的风口的精炼炉中而制成不锈钢。这种矿石含最多3％Ni，其中80％以上的矿石重量转化成炉渣。US5,047,082提出在利用低硫含量的含镍矿石而不用镍铁的吹氧转炉中获得所需的Ni单元，从而得到不锈钢。镍矿石用溶于熔化铁或铁水中的碳及炉渣中的木炭还原。US5,039,480提出在转炉中依次熔炼和还原低硫含量的含镍矿石和铬铁矿，而不用镍铁和铬铁制造不锈钢。矿石用溶于铁水的碳和炉渣中的木炭还原。

由于红土矿几乎不含硫，所以制造不锈钢所需的大部分Ni单元可来自该矿石。但是，伴随Ni单元的大量炉渣除了进行精炼部分之外还需进行独立的高能熔炼步骤，因此需要延长加工处理时间并可能需要单独的反应炉。

控制熔池中硫含量是铁精炼过程中最早和最广泛关心的问题之一。自从在早期高炉中熔炼铁以来，已知与铁水接触的炉渣提供了去除来自用作燃料的焦炭的一些硫的途径。最近，已查明在熔炼过程中除去硫的关键因素包括根据炉渣中气态氧分压控制炉渣碱度并控制炉渣温度。

不过，炉渣中硫的溶解度限度在用镍成为合金的不锈钢常规精炼过程中通常并不能达到，因为在精炼炉中从在电弧炉中熔炼固体进料而得到的总硫负荷低。因此，在精炼炉中炉渣脱硫容量或能力并没有完全利用起来。而且，炉渣重量加大，在熔池中存在残留还原剂和对炉渣组成的控制都可能使这种利用率不足的程度提高。此外，长期以来都在盼望降低可用于铁合金或合金钢如含镍的合金钢和奥氏体不锈钢制造工艺的合金镍或镍合金单元成本，同时又不需要很高的投资。

本发明即涉及制造含镍的铁合金或不锈钢的方法，其中通过向熔融金属中加入含硫的镍精矿而获得至少一些铁或钢中所需的Ni合金或合金Ni单元。该方法利用了铁熔池精炼过程中存在的大部分炉渣重量，其中熔池于还原条件下充分混合时炉渣可去除和保持另外或多余的硫。

本发明的主要目的是在含镍的合金钢或称为镍合金钢或不锈钢制造过程中直接用含硫的镍精矿提供廉价的Ni单元。

本发明另一目的是在镍合金钢或不锈钢制造过程中通过直接加入含硫的镍精矿而利用炉渣脱硫容量或能力的未利用部分。

本发明包括在设有炉底风口的精炼炉中制造含镍的铁合金，镍合金刚或不锈钢的方法。该方法进一步包括在精炼炉中提供用炉渣覆盖的铁基或以铁为基础的熔池，其中该熔池又包括含硫的镍精矿和还原剂，经炉底风口吹入惰性气体以充分冲洗或搅动熔池而使精矿密切或充分混合并且继续搅动熔池直到从熔池转入最终炉渣的硫量达到最大和接近动态平衡而使熔池变成为含≥0.05wt％，优选0.05-20wt％镍的合金为止。

本发明另一特征是最终炉渣重量与熔池重量之比至少0.1。

本发明另一特征是上述炉渣的碱度至少1.0。

本发明另一特征是上述最终炉渣含有至少12wt％MgO。

本发明另一特征是上述方法包括经风口吹入氧气以在用惰性气体搅动之前从铁熔池中去除过量碳的还原步骤。

本发明另一特征是上述熔池在还原步骤中进行搅动时达到至少1550℃温度。

本发明另一特征是上述铁熔池用铬合金化。

本发明另一特征是上述还原剂为铝，硅，钛，钙，镁和锆中的一或多种；在含镍的合金熔池中还原剂浓度至少0.01wt％。

本发明另一特征是将上述精矿和还原剂加入电弧炉内的铁熔池中。

本发明另一特征包括将进料或原料加入电弧炉，该进料包括铁废料或碎屑，精矿和一或多种选自CaO，MgO，Al₂O₃，SiO₂和CaF₂的成渣剂，将该进料熔融或熔化成铁熔池并将该铁熔池转入炉中的另外的或附加步骤。

本发明另一特征是上述含镍的熔池为含≤2.0wt％Al，≤2.0wt％Si，≤0.03wt％S，≤26wt％Cr和≤20wt％Ni的不锈钢。

本发明优点是提出在镍合金不锈钢制造过程中提供廉价合金Ni单元的方法。

从以下详细说明中可清楚地看出本发明上述及其他目的，特征和优点。

本发明涉及到利用廉价镍源制造含镍的铁合金，镍合金钢或镍合金不锈钢。该镍源为含硫的镍精矿，可为镍铁和镍粒制造过程中湿法冶金或高能熔炼工艺或含硫的镍矿原料选矿工艺的中间产物。所得精矿的镍含量取决于所用矿石种类和工艺过程。来自熔炼锍的Ni-Fe硫化物沉淀而得到的精矿成分分析结果为16-28wt％Ni，35-40wt％Fe，30wt％S，＜1wt％Cu和1wt％Co。而造矿工艺所得的精矿成分分析结果为9wt％Ni，40wt％Fe，30wt％S，1wt％Cu，余量为SiO₂，Al₂O₃，CaO和MgO。本发明优选含硫的精矿可用镍黄铁矿制成，该矿以(Fe，Ni)₉S₈作为其中主要的Ni物质。若精矿用于制造不锈钢，则该精矿还可包括合金Cr单元源。而合适的铬源包括未还原的铬铁矿精矿和部分还原的铬铁矿精矿。

用这些精矿得到的合金Ni单元可在精炼炉中得以回收。这类精炼炉的例子包括顶和底吹精炼炉(TBRR)，氩-氧脱碳炉(AOD)或真空氧气脱碳炉(VOD)。不管是何种类型的精炼炉，其中均装设有至少一个或多个风口，孔塞，同心管等，以下称为风口，可用其在精炼不锈钢的过程中将还原剂加入熔池中以从炉渣中回收Cr单元时的还原期间将惰性气体送入炉内所含有的铁熔池中。惰性气体用来充分冲洗或搅动铁熔池以使含硫的镍精矿和溶于熔池中的任何还原剂或成渣剂充分或密切混合。持续冲洗或搅动直到从铁熔池转入炉渣的硫量达到最大并且在熔池和炉渣之间接近硫平衡或准平衡为止。所谓“准平衡”，是指铁水或熔化铁-炉渣界面移动足以在炉渣和铁熔池之间建立起动态平衡，从而使铁和炉渣之间达到极为接近的化学和热力学平衡条件。

正如以下所详细说明的那样，在制造含镍的铁合金或镍合金钢的过程中所用熔炼和/或精炼实践方面仅需中等程度或温和的变化即可保证来自精矿的Ni最大量地代替通常由含镍的废料和镍铁所提供的产品等级所需的Ni。本发明方法利用了铁熔池熔炼和精炼过程中存在的炉渣利用率不足的情况，其中在熔池和炉渣得到充分冲洗或搅动时炉渣可去除并保持硫。本发明方法还利用这种潜在的脱硫容量或能力作为降低生产Ni合金不锈钢的合金Ni单元价格或成本的手段。在常规精炼不锈钢的过程中通常并不能达到炉渣中硫溶解度限度，因为精炼炉中从电弧炉熔炼废料而得到的总硫负荷或含量小，因此精炼炉中炉渣脱硫能力或容量利用率不足。而且，加大炉渣重量，残留的熔池铝含量和控制炉渣组成又可提高这种利用率不足的程度。

平衡炉渣/金属硫分配比和平衡炉渣硫溶解度确定了进行良好混合的精炼炉中对于给定的金属硫规格或含量标准和给定的炉渣重量而言该体系的最大硫负荷或含量。通过控制炉渣组成，铁熔池中的最终金属铝含量，炉渣/金属氧气潜在量和温度，对于给定炉渣重量而言炉渣的脱硫能力或容量可达到最大。这进而又可使体系中的总硫负荷达到最大。因此，知晓了平衡炉渣/金属硫分配比和炉渣硫溶解度，则对于给定硫含量而言可加入铁熔池中的含硫的镍精矿最大量即可计算出来。

可按下式定义用炉渣氧化物的光学碱废估算炉渣硫容量，即C_S：

log C_S＝[(22690-54640Λ)/T]Λ+43.6Λ-25.2，其中炉渣光学碱度Λ可用每一氧化物光学碱度Λ_i(i＝氧化物A，B……)的摩尔平均值计算而得到：

Λ＝X_AΛ_A+X_BΛ_B……，式中：

在不锈钢炉渣中最常见的氧化物为CaO，SiO₂，Al₂O₃和MgO。按上式计算的这些氧化物的光学碱度如下：

这些公式可为硫和碳气体/金属平衡和表示金属组成效果的标准热力学方程式结合起来计算精炼炉中硫在炉渣和钢之间的平衡分配比。而平衡炉渣/金属硫分配比定义如下：

L_{S} = \frac{(% S)}{% S},

其中(％S)是炉渣中wt％硫，而％S是铁熔池中wt％硫。该比值可用炉渣/金属硫平衡计算：

L_{S} = \frac{C_{S} F_{S}}{K_{S} p_{o_{2}}^{/_{2}^{1}}},

其中K_S是该平衡的平衡常数1/2S₂(g)＝S ΔG°＝-32,280+5.6T；

f_S是溶于铁熔池中的硫活性系数，可按下式计算(分别是不确定稀释，1wt％对照和标准状态)：

log f_S＝-0.0280％S+0.11％C+0.063％Si-0.011％Cr+0％Ni

-0.026％Mn-0.0084％Cu+0.01％N+0.0027％Mo+0.13％B；

C_S是炉渣硫容量；而

是氧分压(atm)。

炉渣/金属体系一般并不与氩气的

平衡。相反的是，该

有可能受氧化物，即CO和Al₂O₃之一控制。假设保持溶解的碳-氧平衡，则：

CO(g)＝C+1/2O₂(g) ΔG°＝32,100+10.85T；其中log f_C＝0.14％C-0.024％Cr+0.08％Si+0.046％S+0.012％Ni

-0.012％Mn+0.11％N+0.016％Cu-0.0083％Mo+0.24％B；

％C是铁熔池中wt％C，以及

P_CO是精炼炉中CO分压(假设总压为1atm)，可按下式用氧的O₂/Ar之比计算得到：

P_{CO} = \frac{1}{1 + \frac{1}{2 (O_{2} / Ar)}}

。

若设定的受溶解的Al水平或含量控制，则：(3)2AL+3/2O₂(g)＝Al₂O₃(s) ΔG°＝-435,960-3.75T log T+

92.22T

log f_AL＝+0.045％Al-0.091％C-0.24％B+0.0056％Si+

0.04％Cr-0.017％Ni，其中

p_{o_{2}}^{/_{2}^{3}} = \frac{\exp (- ΔG / RT)}{{(f_{AL} % Al)}^{2}}

。

对于给定的钢中硫规格和炉渣重量，平衡炉渣/金属硫分配比和平衡炉渣硫溶解度就确定了炉渣/金属体系中平衡，即最大可允许的总硫负荷。尽管炉渣/金属硫分配比可用上述方程式计算，但炉渣硫溶解度可直接测定。给定了含硫的镍精矿的硫含量和铁熔池的初始硫含量，就可用可允许的总硫负荷确定可来自精矿并且仍可满足或符合最终钢中硫含量规格的最大Ni单元量。这可由下列硫的物质平衡式表示：(基准：1公吨合金)。

出硫总量＝进硫总量

炉渣硫+钢中硫＝精矿硫+初始熔池硫

SLAG WT×(％S)+1000×％S_spec＝X+1000×％S_Int.Bath，其中和

(％S)≤(％S)_max，其中(％S)_max是炉渣中硫溶解度。

变量X代表精矿加料的硫负荷，单位为Kg S/公吨钢，其中假设炉气氛中没有硫损失。对于炉渣碱/酸之比大于2.0和至少0.02wt％溶解的熔池铝，可计算得到大于200的L_S值。

在某些情况下，可能需要在电弧炉(EAF)中利用炉渣脱硫能力并且熔化或熔炼进料以在精炼炉上游提供铁熔池。在电弧炉中加入并熔化精矿时，也应在电弧炉中维持上述炉渣组成要求。与精炼炉相比，在电弧炉内更难于达到炉渣和铁熔池之间的硫平衡条件，因为在电弧炉中出现的

要比AOD中高几个数量级并且混合条件相当差。将炉渣硫容量或能力与炉渣光学碱度关联起来，以此为基础计算平衡炉渣/金属硫分配L_S仅在10-15之间。因此，低的L_S值和精炼炉中差的混合条件限制了能够加入电弧炉中的含硫的镍精矿量，使其低于理论上的最大量。不过，由电弧炉炉渣去除任何量硫都会使与精炼炉串联的电弧炉中可允许的最大总硫负荷增大，因为在精炼过程中要形成新炉渣，在这种情况下与仅限于精炼炉的情形相比，就能够加入额外的或多加入精矿。与AOD精炼炉一样，需要电弧炉包括炉底风口以便于增强炉渣/金属接触，从而将硫转入炉渣。精矿也应在电极附近加入电弧炉中，在电极附近区域可达到炉内最高温度，如1600-1800℃。这也会有利于将硫转入炉渣中，因为在高温下更易于接近化学平衡。

本发明重要的特征是控制炉渣组成，即碱度。炉渣碱度定义为(％CaO+％MgO)/(％SiO₂)之重量比。该炉渣碱度应至少达到1.0，优选至少1.5，更优选至少2.0。炉渣碱度通过C_S而对L_S有很大的影响。低于1.0的炉渣碱度不利于使炉渣达到任何明显的硫吸收率。炉渣碱度应不超过3.5，因为炉渣在高CaO和MgO浓度下会由于高液相线温度而变得太粘或粘度太高。

本发明另一重要的方面包括加入成渣剂如CaO，MgO，Al₂O₃，SiO₂和CaF₂中的一或多种。可能需要使用成渣剂将炉渣碱废调为优选的和符合要求的比值。为此需要的成渣剂是CaO。使用MgO作为成渣剂也是很符合要求的。为使炉渣与在精炼炉的耐火衬中的MgO相匹配，优选至少12wt％的MgO。而且，优选的是炉渣中的MgO应不超过20wt％，因为由高MgO水平或含量造成的高液相线温度会使炉渣变粘并且难于与金属熔池混合。向炉渣中加入最多10wt％萤石(CaF₂)也是符合要求的，因为这可提高炉渣的流动性，有利于石灰和硫的溶解。在炉渣中存在Al₂O₃时，其量优选应不超过约20-25wt％，因为Al₂O₃会不利地影响C_S。使最终炉渣含有至少15wt％Al₂O₃以提高炉渣硫动性也是符合要求的。

本发明另一重要特征是控制最终炉渣重量除以精炼炉中所含铁熔池重量，即(kg炉渣)/(kg熔池)之比。该炉渣重量比应优选至少0.10，更优选至少0.15。需要达到至少0.10才能从炉渣中除去大量硫。另一方面，该炉渣重量比应不超过0.30，因为若超过0.30，则熔池的有效混合应很难于进行。在生成大量炉渣并且超过重量比上限的那些情况下，应利用双炉渣实践法使炉渣能够去除的总硫量达到最大，同时使熔池获得适当的混合并且最接近化学平衡条件。

在使用本发明的过程中也可控制其他组成或组合物。在还原期间按本发明用来流经炉底风口以冲洗或搅动铁熔池的惰性气体包括氩气，氮气和一氧化碳。在氩气纯度水平可控制到至少99.997vol.％时尤其优选氩气。要达到这一极端纯度的原因是因为随氩气引入低至0.0005vol.％的氧气代表了

比精炼炉内由铁熔池中溶解的铝和碳平衡，即Al/Al₂O₃或C/CO而出现的情形要高。

本发明中提供合金Ni单元而生产出含≤0.11wt％C，≤2.0wt％Al，≤2.0wt％Si，≤9wt％Mn，≤0.03wt％S，≤26wt％Cr和≤20wt％Ni的奥氏体钢亦是符合要求的。该方法尤其可按要求生产出奥氏体AlSl304，12SR和18SR不锈钢。在引入高纯度惰性混合气体的还原期间精炼不锈钢时铝和硅是溶于铁熔池中的极常见还原剂。在精炼期间，一些有价值的Cr单元会被氧化而进入炉渣中损失掉。熔池还原剂将炉渣中的氧化铬还原并提高进入熔池的金属Cr产量。对于AlSl 301-306级别的钢，最终熔池铝含量应不超过0.02wt％，因为太多铝会对钢的可焊性带来有害的影响。但是，对于不需要焊接的其他级别的不锈钢如12 SR和18 SR而言，最终熔池铝含量可高达约2wt％。镍是重要的合金金属，在不锈钢中有利于形成奥氏体。这类钢含有至少2wt％Ni，优选至少4wt％Ni。表I给出了AISI 301-06级别的钢的化学规格或组成(wt％)：

表I

	S	C	Cr	Ni	Si	Mn	P	Mo	Cu	N₂	Al
	S	C	Cr	Ni	Si	Mn	P	Mo	Cu	N₂	Al	Max	0.025	0.05	18.0	6.25	0.7	2.75	0.04	0.5	0.5	0.16	0.02
Min	0.015	0.03	17.5	5.75	0.3	2.25	低	低	-	0.12	-	Max	0.025	0.05	18.0	6.25	0.7	2.75	0.04	0.5	0.5	0.16	0.02
Min	0.015	0.03	17.5	5.75	0.3	2.25	低	低	-	0.12	-	Aim	0.018	0.04	17.7	6.0	0.5	2.5	低	低	0.4	0.14	-

在将电弧炉和AOD串联用于制造常规钢的操作过程中，需要的大部分Ni和Cr单元含于最初熔于电弧炉中以提供后续在AOD中进行精炼所需的铁熔池的废料或碎屑之中。对于含6wt％镍的Cr-Ni合金不锈钢而言，最多约5wt％的Ni可来自在电弧炉进料中熔融或熔化的含镍废料，金属Ni粒或金属镍锥体。镍中其余的1wt％左右则来自AOD中用作切边或边角料的Ni粒或锥体。一般来说，在2-3小时的期间内将固体废料和煅烧石灰加入电弧炉中并使其熔化或熔融。电弧炉进料还会包括Cr单元源。合适的Cr源包括含铬的废料和铬铁。石灰在铁熔池中的溶液构成碱性炉渣。在电弧炉中熔炼铁熔池而制成Cr-Ni不锈钢之后进行的常规熔池和炉渣wt％分析结果如下：熔池：1.2％C；0.2％Si；16.5％Cr；6.5％Ni；0.5％S，0.75％Mn炉渣：31.2％CaO；33.0％SiO₂；5.8％Al₂O₃；8.3％MgO，5.7％Cr₂O₃以这种分析计算的炉渣碱度之比为1.2。

铁熔池从电弧炉中取出，将炉渣废除并将熔池转入精炼炉如AOD中。在将铁熔池转入精炼炉之后，经风口通入含氧的气体而实现脱碳。在脱碳之后，将硅铁和铝粒加入熔池中以提高用高纯氩气冲洗或搅动期间Cr产率。之后可将任何合金切边或边角料如镍铁，Ni粒或铬铁加入熔池中以达到合金规格。

在将铁熔池从电弧炉转入AOD或TBRR之后，可将铬铁加入熔池，其中亦用精炼炉进行熔炼以将铬铁还原而回收Cr单元。含硫的镍精矿可与铬铁一起加入。在这种情况下，炉渣重量可相当大，可达到0.3kg炉渣/kg铁熔池。在熔炼之后进行脱碳而达到含碳规格，之后熔池再用惰性气体冲洗或搅动，其中可将硅铁和/或铝加入铁熔池中以从炉渣中回收Cr，从而提高Cr产率并最大限度地脱硫。

实施例

以下实施例说明按本发明将电弧炉和AOD串联用于制造AISI等级中301-06不锈钢，其中考虑三种方案：

I.106kg炉渣/公吨不锈钢情况下的单一炉渣方案，

II.210g炉渣/公吨不锈钢情况下的单一炉渣方案，和

III.两种炉渣方案，其中每种炉渣量为106kg/公吨不锈钢。

第I种情况下炉渣重量(kg)与熔池重量(kg)之比为0.11，而第II种情况下炉渣重量(kg)与熔池重量之比为0.21。在固体进料在电弧炉中于至少1550℃下熔融后，将铁熔池转入AOD精炼炉中。优选的是，熔池在电弧炉中加热到至少1600℃并保持在1600-1650℃。该温度应不超过1700℃，因为更高的温度会不利于电弧炉中耐火衬里保持完整性。通常，过量的碳含溶于铁熔池中。随氩气注入氧气即开始脱碳，具体说来是在4/1的O₂/Ar之比下开始，再在约30分钟内逐步降到1/1之比。从AOD中取样，然后继续吹入脱碳气流，历时10分钟，而O₂/Ar之比为1/3。脱碳完成之后，用惰性气体进行冲洗或搅动，其中采用纯度至少99.998％的工业级氩气。在氩气搅动或冲洗开始时，将硅铁和铝粒加入熔池以提高Cr产量。在氩气冲洗或搅动结束时可进行合金镍边角料加料操作。

在氩气冲扫或搅动期间不存在氧气标志着炉渣/金属硫分配处于其最高水平的期间。这主要是由于AOD气氛中降低了氧分压所致。加入熔池的铝也降低氧分压，其中达到溶于熔池的铝和溶于炉渣的氧化铝之间的平衡。在这一还原阶段，炉渣可具有表II所列组成(wt％)。

表II

CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	Cr₂O₃	MnO	FeO	TiO	F
CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	Cr₂O₃	MnO	FeO	TiO	F	45.0	31.0	4.0	13.0	3.0	1.5	0.5	0.3	1.8

对于基本操作进行物质平衡计算，其中炉渣碱度，即(％CaO+MgO)/％SiO₂＝1.9和炉渣中aim％Al为0.0035％，并且对于更高达3.5的炉渣碱度与更高达0.02％的最终％Al的组合方案进行计算。而且，所有计算都是在4wt％的炉渣硫溶解度水平(％S)_max下进行的。在计算过程中该限制可能并不是有效的，这要根据炉渣/金属硫分配比L_S以及待制造的合金硫规格而定。对于所有计算而言，AISI 301-06等级钢的硫规格为0.02％S。假设含硫的镍精矿具有28％Ni，35％Fe，30％S，0.15 Cu和0.5％Co。基于对在炉渣碱度为1.9和最终熔池Al为0.0035wt％的情况下在AOD中精炼AISI 304不锈钢的操作数据的分析结果，发现L_S为130。对熔池进行充分冲扫或搅动，可期望L_S上升而达到1100，其中将炉渣碱度提高到3.5且将熔池Al提高到0.02wt％。硫平衡计算结果列在表III中。

表III

操作方案	(％S)max＝4％
	(％S)max＝4％					(％S)	LS	kg S/公吨	kg Ni/公吨	％Ni
	第I种方案-一种炉渣操作(106kg炉渣/公吨)(A)B/A＝1.9和％Al＝0.0035	2.6	130	2.5	2.3	(％S)	LS	kg S/公吨	kg Ni/公吨	％Ni	0.26
第I种方案-一种炉渣操作(106kg炉渣/公吨)(B)B/A＝3.5和％Al＝0.02	第I种方案-一种炉渣操作(106kg炉渣/公吨)(A)B/A＝1.9和％Al＝0.0035	2.6	130	2.5	2.3	4.0	1100	3.8	3.6	0.39	0.26
第I种方案-一种炉渣操作(106kg炉渣/公吨)(B)B/A＝3.5和％Al＝0.02	第II种方案-一种炉渣操作(210kg炉渣/公吨)(A)B/A＝1.9和％Al＝0.0035	2.6	130	5.0	4.6	4.0	1100	3.8	3.6	0.39	0.51
第II种方案-一种炉渣操作(210kg炉渣/公吨)(B)B/A＝3.5和％Al＝0.02	第II种方案-一种炉渣操作(210kg炉渣/公吨)(A)B/A＝1.9和％Al＝0.0035	2.6	130	5.0	4.6	4.0	1100	7.7	7.2	0.79	0.51
第II种方案-一种炉渣操作(210kg炉渣/公吨)(B)B/A＝3.5和％Al＝0.02	第III种方案-两种炉渣操作(每种106kg)(A)B/A＝1.9和％Al＝0.0035	4/2.6	130	6.3	5.9	4.0	1100	7.7	7.2	0.79	0.65
第III种方案-两种炉渣操作(每种106kg)(B)B/A＝3.5和％Al＝0.02	第III种方案-两种炉渣操作(每种106kg)(A)B/A＝1.9和％Al＝0.0035	4/2.6	130	6.3	5.9	4/4	1100	7.6	7.1	0.79	0.65

表III表明了在精炼期间之前用28％Ni-30％S精矿加入AOD中根据目标(aim)溶解％Al和炉渣操作情况而达到的Cr-Ni合金钢镍单元的潜在范围或界限。在工艺条件不作任何变化的情况下，估计可达到约2.3kgNi/公吨不锈钢(第I种方案-A)。尽管将炉渣碱度和目标％Al提高到等级规格可大幅度增大L_S，但对于0.02％S的最终硫规格而使L_S增大到仅仅200时，炉渣硫溶解度就受到限制。第II种和第III种方案表明了以kg炉渣/kg熔池增加炉渣重量的优点，其中考虑到一种炉渣操作，在这种情况下重量加倍，或者是两种炉渣操作，其中总炉渣重量在两种情况下都相同。在L_S超过200时，炉渣硫溶解度受到限制，但更大的炉渣重量可达到更高的硫负荷并因此可加入更多的含硫的Ni精矿。

在将电弧炉中炉渣碱度从1.9升到3.5并将其中的炉渣重量加到150kg炉渣/公吨不锈钢时，则表II中所列的潜在Ni单元理论上可增加约2.5kg/公吨不锈钢。但是，这要求通过炉底混合而进行电弧炉中的混合操作，这有助于接近金属和炉渣相之间达到硫的化学平衡。

镍和铁的硫化物从含硫的镍精矿中溶解会中等程度放热，其中释放的热有利于满足精矿带入冷量的显热要求。但是，加入少于50kg精矿/公吨不锈钢，会对热平衡有温和的冲击。

应当看到，在本发明构思和范围内，还可对本发明做出各种修改。因此，本发明的范围应由权利要求书确定。

Claims

1.在设有炉底风口的精炼炉中制造含镍的铁合金或镍合金钢的方法，其中包括：

在精炼炉中提供用炉渣覆盖的铁基熔池，该熔池中包括含硫的Ni精矿和还原剂，

经炉底风口通入惰性气体以充分搅动熔池而使精矿充分混合，以及

继续搅动熔池直到从熔池转入最终炉渣的硫量达到最大并且接近动态平衡而使熔池变成含镍的合金为止。

2.权利要求1的方法，其中炉渣重量与熔池重量比至少为0.10。

3.权利要求1的方法，其中炉渣重量与熔池重量比不大于0.30。

4.权利要求1的方法，其中还包括在加入还原剂和用惰性气体搅动之前经炉底风口通入氧气以从熔池中去除过量碳的附加步骤。

5.权利要求1的方法，其中初始炉渣碱度至少1.0。

6.权利要求1的方法，其中初始炉渣碱度不大于3.5。

7.权利要求1的方法，其中最终炉渣含有15-25wt％Al₂O₃。

8.权利要求1的方法，其中最终炉渣含有12-20wt％MgO。

9.权利要求1的方法，其中最终炉渣含有不多于10wt％CaF₂。

10.权利要求1的方法，其中熔池包括一或多种选自CaO，MgO，Al₂O₃，SiO₂和CaF₂的成渣剂。

11.权利要求1的方法，其中将精矿加入EAF内的熔池中。

12.权利要求1的方法，其中还包括下列另外的步骤：

将固体进料加入电弧炉，该进料包括铁废料和选自CaO，MgO，Al₂O₃，SiO₂和CaF₂的成渣剂，

将该进料熔融成铁熔池，

将该熔池转入精炼炉中，

将精矿加入精炼炉内的熔池中，以及

经炉底风口通入氧气以在用惰性气体搅动之前从熔池中去除过量碳。

13.权利要求1的方法，其中在用惰性气体搅动之前将铬铁矿加入熔池中。

14.权利要求1的方法，其中还包括下列另外的步骤：

将固体进料加入EAF，该进料包括铁废料，精矿和选自CaO，MgO，Al₂O₃，SiO₂和CaF₂的成渣剂，

将该进料熔融而形成温度达到至少1550℃的铁熔池，以及

将该熔池转入精炼炉中。

15.权利要求1的方法，其中熔池与铬成为合金，而另外的步骤包括在搅动步骤期间加入选自镍铁，镍粒和镍锥体的另外的镍源。

16.权利要求1的方法，其中还原剂选自铝，硅，钛，钙，镁和锆。

17.权利要求1的方法，其中搅动期间熔池温度至少1550℃。

18.权利要求17的方法，其中熔池温度1600-1700℃。

19.权利要求1的方法，其中精矿含铁，铜和镍的一或多种硫化物。

20.权利要求1的方法，其中含镍的合金熔池含≤0.03wt％S。

21.权利要求1的方法，其中含镍的合金熔池含≤26wt％Cr和≥0.05wt％Ni。

22.权利要求15的方法，其中含镍的合金熔池含≤2.0wt％Al，≤2.0wt％Si，≤0.03wt％S，≤26wt％Cr和0.05-20wt％Ni。