CN113265509B

CN113265509B - 使用电炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法

Info

Publication number: CN113265509B
Application number: CN202110528745.5A
Authority: CN
Inventors: 王建昌; 刘卫东; 翟俊; 白晋钢; 张永亮
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2041-05-14
Also published as: CN113265509A

Abstract

本发明公开了一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，包括：(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍；(2)向电炉中依次加入不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈渣钢等原料进行配料，冶炼得到预熔液；(3)将预熔液送入AOD炉，经过AOD精炼得到钢水；(4)对钢水进行连铸。采用本发明的生产方法不仅能够极大降低生产成本，而且还能够实现高的镍收得率。

Description

使用电炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法

技术领域

本发明涉及镍系不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种使用电炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法。

背景技术

镍是不锈钢的重要元素，在不锈钢成本中镍合金占有较大的比例，为了进一步降低不锈钢冶炼成本，国内外不锈钢厂使用廉价的镍资源降低成本，目前冶炼不锈钢中使用的廉价镍原料包括镍生铁、镍铁等原料，这些原料采用火法冶金，冶炼过程中消耗大量的煤、电等资源，能源消耗高，成本较高，环境污染大。

氢氧化镍是采用湿法冶金生产的一种产品，其中镍含量在40％～70％，由于其具有较高的氧化性，一般在大型镍生产企业作为原料再经过处理后生产镍板。目前采用湿法工艺生产的氢氧化镍中没有在不锈钢生产企业使用先例。

申请号是201510345428.4的中国发明专利申请公开了一种氢氧化镍生产不锈钢用镍原料的工艺，包括：1)将经过干燥后的氢氧化镍均匀的布入钢带炉的钢带上；2)通入N₂排空钢带炉内的空气，然后开始加热升温，升温的同时继续通入N₂；3)升温至200℃时，开始向钢带炉内通入H₂与N₂的混合气体，并继续升温；4)升温至500℃时，通入了混合气体的钢带炉内维持恒温还原，恒温还原时间为90～120min；5)恒温还原结束后得到镍粉；镍粉经中频炉熔化后，直接用于不锈钢冶炼。但是，该方法在高温下采用H₂还原NiO，要持续通入N₂气、H₂气，H₂气价格高，导致不锈钢生产成本增加，且H₂为易燃气体，生产过程中控制不好，容易出现H₂燃烧爆炸等安全事故。同时采用此方法还原后的镍粉中H含量高，会导致后部不锈钢冶炼过程钢中氢含量增加。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法。采用该生产方法不仅能够极大降低生产成本，而且还能够实现高的镍收得率。

具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，包括：

(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍；

(2)向电炉中依次加入不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈渣钢等原料进行配料，冶炼得到预熔液；

(3)将预熔液送入AOD炉，经过AOD精炼得到钢水；

(4)对钢水进行连铸。

可选地，在步骤(1)中，氢氧化镍料层的厚度是不超过50mm。

可选地，在步骤(1)中，烘烤的温度是400～600℃，烘烤的时间是4～5小时。

可选地，在步骤(2)中，配料以使预熔液中镍重量含量是5.5％～8.0％。

可选地，在步骤(2)中，熔炼过程中，电炉送电熔化炉料，形成熔池后，电炉吹氧气进行助熔、搅拌加速熔化；其中，电炉吹氧气流量是50～60Nm3/min。

可选地，在电炉吹氧气过程中，通过加入石灰使炉渣碱度控制在1.3～1.7。

可选地，在步骤(2)中，熔炼过程中，电炉熔清后升温造渣，其中，温度是1610～1650℃。

相比于现有技术，本发明的使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，至少具有如下有益效果：

1、使用退火窑或加热炉对氢氧化镍进行烘烤，可去除其中的水分和结晶水，使氢氧化镍转变为氧化镍，减少冶炼过程结晶水的析出，避免了钢中增加氢含量。

2、电炉使用氧化镍，可充分利用高碳铬铁原料中C、Si元素还原氧化镍，减少了Fe、Si、C粉等还原剂，降低了成本，同时脱除高碳铬铁中的Si、C元素，减少电炉吹氧量。

3、以氢氧化镍为原料生产镍系不锈钢，可替代价格昂贵的金属镍、进口镍铁等原料，能显著降低不锈钢冶炼成本。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

针对目前镍系不锈钢生产过程中存在的原料、成本、镍收得率等问题，本发明的发明人通过深入研究，创造性地提出了一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法。

下面结合图1，对本发明的使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法进行详细说明。

一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法包括如下步骤：

(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍。

在本步骤中，可以采用烘烤炉或者退火窑进行烘烤。

作为一种优选的实施方案，可以先将粉状的氢氧化镍放入金属盘内，氢氧化镍物料厚度≤50mm，将金属盘放入烘烤炉或退火窑内加热升温，温度控制在400～600℃，烘烤4～5小时，使其转变为氧化镍。

在本步骤中，主要发生的化学反应是Ni(OH)₂＝NiO+H₂O↑。

在本步骤中，通过将氢氧化镍物料厚度控制在不超过50mm，并结合烘烤的温度400～600℃和烘烤的时间4～5小时，能够保证使氢氧化镍完全转变为氧化镍。

在本步骤中，使用退火窑或加热炉对氢氧化镍进行烘烤，可去除其中的水分和结晶水，使氢氧化镍转变为氧化镍，减少冶炼过程结晶水的析出，避免了钢中增加氢含量。

氢氧化镍中Ni＞40％，杂质元素含量尽量少，其他品质没有特殊要求。氢氧化镍原料主要通过市场购买，不锈钢生产厂条件具备也可以自行制备。

(2)配料与电炉冶炼

向电炉中依次加入不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈渣钢等原料进行配料，使炉料中镍的重量含量是5.5％～8.0％，电炉送电熔化，炉料熔化形成熔池后，电炉吹氧气进行助熔、搅拌加速熔化，利用高碳铬铁中的Si、C元素还原氧化镍，电炉熔清后升温造渣，温度合适后出钢。

不锈废钢是不锈钢生产过程中产生的切头、轧制切边、中包等废钢以及社会回收的废旧不锈钢，主要分为镍废钢和铬废钢。其中镍废钢主要成分：Ni:5-10％，Cr:12-18％，Mn＜1.0％，Si＜0.5％，其余为Fe(典型成分：Ni:7.8％，Cr:17.5％，Mn：1.0％，Si：0.5％)。铬废钢主要成分：Cr:10-16％，Mn＜1.0％，Si＜0.5％，其余为Fe(典型成分：Cr:12％，Mn:0.5％，Si：0:35％)。此类废钢主要以钢铁企业内部回收炼钢、轧钢工序废料为主，部分镍废钢为外购社会回收废钢。

高碳铬铁是一种含铬合金，参见GB/T5683-1987，主要在生产含铬钢种时作为合金使用，其主要成分Cr:50-70％，C:6.0-8.0％，Si：0.5-4.0％，P≤0.040％，S≤0.06％，其余为Fe(典型成分：Cr:52％，C:8.0％，Si：3.5％，P：0.025％，S≤0.03％，其余为Fe)。市场购买使用。

不锈渣钢是在不锈钢生产过程中从炉渣中选出的金属物，物料中含有一定的炉渣，金属物中含有Cr、Ni等金属元素，其主要成分：Ni:2-5％，Cr:4-8％，P≤0.050％，S≤0.05％，其余为Fe(典型成分：Cr：5.8％，Si：0.35％，P：0.040％，S：0.04％，Ni：2.9％，其余为Fe)，可以是钢铁企业内部不锈钢渣中回收得到渣钢。

在本步骤中，主要发生了以下化学反应：

C+NiO＝Ni+CO↑

Si+2NiO＝2Ni+SiO₂

作为一种优选的实施方案，在不锈钢电炉内加入废钢、高碳铬铁、氧化镍等原料，加入量根据钢种的成分分别计算加入(例如，304钢加入量：不锈镍废钢60吨、高碳铬铁30吨、氧化镍10吨、不锈渣钢30吨、不锈铬废钢45吨；316钢加入量：不锈镍废钢63吨、高碳铬铁30吨、氧化镍12吨、不锈渣钢30吨、不锈铬废钢40吨)，加料顺序为不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈渣钢。送电量达到60kwh/t以上时，开始分批加入石灰。送电量达到265kwh/t以上，炉料变红后，自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为50～60Nm³/min。总吹氧的氧耗量达到5～8Nm³/t，停吹氧气。电炉吹炼过程中，根据炉况分批加入石灰，炉渣碱度控制在1.3～1.7左右。通电至炉内基本形成熔池，氧气吹渣进行搅拌，电炉形成熔池后，钢液中Si、C元素与氧化镍进行反应，还原出金属镍，继续送电熔化，炉内废钢全部熔化后停电，测温取样，温度1610～1650℃，出钢。

(3)AOD精炼。

将电炉预熔液装入AOD炉内，进行脱碳精炼得到钢水，精炼结束后，温度成分合适后出钢。

作为一种优选的实施方案，电炉出钢后，在扒渣工位进行扒渣，扒渣后的钢水兑入AOD内进行精炼，AOD吹炼结束，采用硅铁、硅锰进行还原，出钢。

AOD具体操作采用本领域常规方法，与正常工艺相当。此处不做赘述。

(4)连铸。

本步骤可以采用本领域的常规方法进行。在实际生产过程中，本领域技术人员可以根据需要选择合适的操作方式，此处不做赘述。

在此，应当说明的是，除了上述各步骤的工艺参数能够给本发明带来预料不到的效果之外，本发明还在于上述工艺路线，即：氢氧化镍烘烤—电炉冶炼—AOD精炼—连铸，借助于这些工艺步骤的先后顺序和组合方式，从而极大降低生产成本并且实现高的镍收得率。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1：160吨电炉采用氢氧化镍生产304不锈钢

本实施例采用160吨电炉冶炼304不锈钢(304不锈钢的主要成分：C≤0.03％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，P≤0.040％，S≤0.005％，Cr：17.5～18.5％，Ni：7.8～8.5％)。本实施例的工艺流程：氢氧化镍烘烤—氧化镍装袋—160吨电炉熔化废钢、氧化镍、高碳铬铁—180吨AOD炉脱碳—连铸。

本实施例具体如下：

(1)将氢氧化镍(Ni含量为43wt％)装入钢铁料盘中，氢氧化镍厚度50mm，将料盘放入烘烤炉内，加热升温到500℃脱水变为氧化镍，保温5小时，冷却后氧化镍装袋，每袋重量1000kg。

(2)电炉内配加不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈钢渣钢等原料进行配料，料篮配料顺序为：不锈镍废钢60吨、高碳铬铁30吨、氧化镍10吨、不锈渣钢30吨、不锈铬废钢45吨，电炉装入量175吨，配料电炉预熔液中镍含量达到6.1％(重量百分比)。

电炉送电熔化，60kwh/t以上时，开始分批加入石灰。送电量达到265kwh/t以上，炉料变红后，自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为50Nm³/min。总吹氧的氧耗量达到6Nm3/t，停吹氧气。

吹炼过程中，根据炉况分批加入石灰，石灰加入量6吨，炉渣碱度控制在1.4。通电至炉内基本形成熔池，自耗氧枪吹渣进行搅拌，电炉形成熔池后，钢液中Si、C元素与氧化镍进行反应，还原出金属镍，继续送电熔化，炉内废钢全部熔化后停电，测温取样，温度1630℃，出钢。

(3)电炉出钢后，在扒渣工位进行扒渣，扒渣后的钢水兑入AOD内进行精炼，AOD吹炼结束，采用硅铁、硅锰进行还原，并调整锰含量到钢种规定目标，出钢。

(4)AOD出钢后，钢水吊到LF炉进行精炼及温度调整，吊到连铸工序进行连铸。

试验表明：在电炉冶炼中，吹氧量减少260m³，镍收得率98.2％，与采用进口镍铁进行镍合金化相比，可以降低304不锈钢冶炼成本100元/吨钢。

实施例2：160吨电炉采用氢氧化镍生产316L不锈钢

本实施例采用160吨电炉冶炼316L不锈钢(316L不锈钢的主要成分：C≤0.03％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，P≤0.040％，S≤0.005％，Cr：16.0～18.0％，Ni：10.0～14.0％)。本实施例的工艺流程：：氢氧化镍烘烤—氧化镍装袋—160吨电炉熔化不锈废钢、氧化镍、高碳铬铁—180吨AOD炉脱碳—连铸。

本实施例具体如下：

(1)将氢氧化镍(Ni含量为51wt％)装入钢铁料盘中，氢氧化镍厚度50mm，将料盘放入烘烤炉内，加热升温到500℃脱水变为氧化镍，保温5小时，冷却后氧化镍装袋，每袋重量1000kg。

(2)电炉内配加不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈钢渣钢等原料进行配料，料篮配料顺序为：不锈镍废钢63吨、高碳铬铁30吨、氧化镍12吨、不锈渣钢30吨、不锈铬废钢40吨，电炉装入量175吨，配料使电炉预熔液中镍含量达到7.0％(重量百分比)。

电炉送电熔化，送电量达到60kwh/t以上时，开始分批加入石灰。送电量达到265kwh/t以上，炉料变红后，自耗氧枪开始吹氧助熔，自耗氧枪吹氧量为50Nm³/min。总吹氧的氧耗量达到5Nm³/t，停吹氧气。

电炉吹炼过程中，根据炉况分批加入石灰，炉渣碱度控制在1.5。通电至炉内基本形成熔池，氧气吹渣进行搅拌，电炉形成熔池后，钢液中Si、C元素与氧化镍进行反应，还原出金属镍，继续送电熔化，炉内废钢全部熔化后停电，测温取样，温度1630℃，出钢。

试验表明：在电炉冶炼中，吹氧量减少300m3，镍收得率98.0％，与采用进口镍铁进行镍合金化相比，316不锈钢冶炼成本降低120元/吨钢。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，其特征在于，包括：

（1）于400~600℃下烘烤氢氧化镍4~5小时，使其转变为氧化镍；其中，氢氧化镍料层的厚度是不超过50mm；

（2）向电炉中依次加入不锈废钢、高碳铬铁、氧化镍、不锈渣钢进行配料，冶炼得到预熔液；

（3）将预熔液送入AOD炉，经过AOD精炼得到钢水；

（4）对钢水进行连铸。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤（2）中，配料以使电炉熔液中镍重量含量是5.5%~8.0%。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤（2）中，冶炼过程中，电炉送电熔化炉料，形成熔池后，电炉吹氧气进行助熔、搅拌加速熔化；其中，电炉吹氧气流量是50～60 Nm³/min。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，在电炉吹氧气过程中，通过加入石灰使炉渣碱度控制在1.3～1.7。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤（2）中，冶炼过程中，电炉熔清后升温造渣，其中，温度是1610~1650℃。