CN1847440A - 镍铬铁合金及生产方法 - Google Patents

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张兴华
金学文
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Abstract

一种镍铬铁合金及生产方法，所述的镍铬铁合金同时具备镍、铬元素含量，它包含重量含量为1.5～6.0％的镍，3.0～21.0％的铬，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的锰，其余为铁，此种镍铬铁合金可以直接满足冶炼不锈钢需求的原料。它是将镍铬工业废弃物，粒度小于10mm的镍铬矿粉，熔剂，焦炭加水混合后送入混合机造球；将混合机所造的球进行烧结，将烧结产物进行筛分，筛分后得到镍铬烧结矿；将所述的镍铬烧结矿、粒度大于10mm的镍铬矿，熔剂，焦炭混合后送入高炉中冶炼，制得镍铬铁合金。利用国内外尚未利用的或废弃的低品位镍铬矿石和各种镍铬工业废弃物，能够节约资源，改善环境。

Description

镍铬铁合金及生产方法
                              技术领域
本发明涉及一种镍铬铁合金及生产方法领域。
                              背景技术
目前，不锈钢的冶炼原料，主要是高炉铁水+高碳铬铁+镍铁+不锈钢废钢。(在转炉或电炉中冶炼)，而高碳铬铁的制取需用含铬富矿，在电炉中冶炼，能耗高而成本昂贵。镍铁的制取，涉及有色冶金，针对不同的镍矿石，选择不同的提镍方法，无论湿法冶炼(氨浸法或酸浸法)或火法冶炼。由于镍矿石含镍品位不高，成份复杂，伴生脉石多，属难熔物料等特点，因此提镍的生产工艺十分复杂，生产成本高，产品价格昂贵，因而，近年来，大多数采用纯镍类原料冶炼不锈钢，合金钢的钢厂，已改用非纯镍类原料。然而，迄今为止，还没有一种同时具备镍、铬元素含量，可以直接满足冶炼不锈钢需求的原料。因而人们耗费大量的能源，用复杂的工艺过程，分别将镍、铬提炼，富集成纯度很高的镍铁、铬铁，然后再将它们稀释到不锈钢中去，浪费了大量的人力，财力。
                              发明内容
本发明目的是提供一种镍铬铁合金及生产方法，所述的镍铬铁合金同时具备镍、铬元素含量，可以直接满足冶炼不锈钢需求的原料。
本发明通过以下技术方案实施的，一种镍铬铁合金，它包含重量含量为1.5～6.0％的镍，3.0～21.0％的铬，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的锰，其余为铁。合金中硫的重量含量小于0.07％，磷的重量含量小于0.075％，优选方案为：合金中硫的重量含量小于0.03％，磷的重量含量小于0.045％。
本发明还可以通过以下技术方案进一步实施：
所述的镍铬铁合金的生产方法，它包括如下步骤：
(1)将镍铬工业废弃物、粒度小于10mm的镍铬矿粉、熔剂粉、焦炭粉送入烧结配料称量配料，并加水混合送入混合机造球；
(2)将混合机所造的球进行烧结，将烧结产物进行筛分，筛分后得到镍铬烧结矿和烧结返料；
(3)将所述的镍铬烧结矿、粒度大于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭通过高架料仓混合后送入高炉中冶炼，制得镍铬铁合金。
所述的烧结返料与所述的镍铬工业废弃物、粒度小于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭加水进行混合后作为下次送入混合机造球的原料。
所述的镍铬工业废弃物是不锈钢轧钢皮、提镍尾渣、不锈钢炼钢除尘灰中的至少一种或两种以上的混合物。
所述的不锈钢轧钢皮的成分含量为：铁：54％；氧化铁：2.57％；硫：0.064％；磷：0.028％；锰：3.08％；二氧化硅：4.43％；氧化钙：1.70％；氧化镁：0.76％；镍：0.82％；铬：7.74％；氧化铝：0.8％；水：3～5％；所述的提镍尾渣的成分含量为：铁：46～50％；硫：0.02％；磷：0.07％；锰：0.8％；二氧化硅：8～10％；氧化钙：0.1％；氧化镁：5～6％；镍：0.29～0.35％；铬：2.5～3.2％；氧化铝：6～7％；水：20％；所述的不锈钢炼钢除尘灰的成分含量为：铁：34.05％；氧化铁：9.82％；硫0.095％；磷：0.023％；锰：0.34％；二氧化硅：5.05％；氧化钙：11.50％；氧化镁：3.24％；镍：1.74％；铬：13.58％；氧化铝：2.39％；水：20％。
所述的镍铬工业废弃物为两种或两种以上时，要首先对所述的镍铬工业废弃物进行预混合，然后再同粒度小于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭加水混合后作为下次送入混合机造球的原料。
所述的镍铬矿的成分重量含量为：镍0.5-1.5％，铬1-5％。
在步骤(3)中高炉冶炼后产生的高炉除尘灰与所述的镍铬工业废弃物、粒度小于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭加水进行混合后作为下次送入混合机造球的原料。
所述的熔剂是白云石、石灰石、莹石中的至少一种或两种以上的混合物。
步骤(3)中所述的高炉的冶炼温度为1500-1800摄氏度。
在步骤(3)中高炉冶炼后产生的炉渣的碱度为1.15～1.25。
在步骤(3)中高炉冶炼后产生的炉渣的成分中氧化镁的重量含量为8～10％。
所述的焦炭的磷的重量含量要小于0.020％。
本发明与已有技术相比有如下优点：
1、本发明的镍铬铁合金是一种新型的合金材料，它同时具备镍、铬元素含量，可以直接满足冶炼不锈钢需求的原料冶炼不锈钢，改变了传统中先从镍铬铁矿石中分别冶炼镍铁、铬铁，然后再把镍铁、铬铁作为原料去冶炼不锈钢的方法。
2、利用国内外尚未利用的或废弃的低品位含镍、铬矿石，和各种含镍铬工业废弃物冶炼所述的镍和铁合金，不但能变废为宝，还具有明显的资源节约，综合利用，改善环境的特征。
3、所述的镍铬铁合金重量含量为1.5～6.0％的镍，3.0～21.0％的铬，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的锰，其余为铁满足不锈钢各牌号对镍、铬合金元素的需求，可以直接冶炼各种不锈钢，优化、简化了不锈钢冶炼工艺，大量节约能源，提高生产率，和降低了生产成本。
4、利用所述的生产方法冶炼镍铬铁合金，具有工艺简单，只要在已有的设备上加以改造就可以满足冶炼工艺的要求了，节约了成本。
                              具体实施方式
实施例1：
首先选取冶炼原料：
镍铬矿：镍铁矿开采过程，表层1～3米，由于含Ni低，含Fe较高、不能满足提镍工艺的要求因而当作尾矿废弃。这些弃矿可以用作冶炼镍铬铁合金(不锈钢母液)的原料。
所述的镍铬矿的成分重量含量为：铁：50.4％；氧化亚铁：1.03％；镍：0.96％；铬：2.21％；硫：0.022％；磷：0.027％；锰：0.14％；二氧化硅：6.48％；氧化钙：2.46％；氧化镁：1.33％；氧化铝：3.68％。
所述的镍铬矿粉的成分重量含量为：铁：52.50％；氧化亚铁：1.03％；镍：0.78％；铬：2.35％；硫：0.023％；磷：0.023％；锰：0.13％；二氧化硅：5.05％；氧化钙：2.65％；氧化镁：0.89％；氧化铝：3.04％。
不锈钢轧钢皮：不锈钢轧制过程中的铁鳞(轧钢皮)。含有可回收的宝贵Ni、Cr资源，含铁量亦较高，其他有害杂质均较低，是十分理想的配加原料。
所述的不锈钢轧钢皮的成分重量含量为：铁：54％；氧化铁：2.57％；硫：0.064％；磷：0.028％；锰：3.08％；二氧化硅：4.43％；氧化钙：1.70％；氧化镁：0.76％；镍：0.82％；铬：7.74％；氧化铝：0.8％；水：3～5％。
提镍尾渣：镍工厂氨浸法提镍后的废弃尾渣也含有可回收的Ni、Cr资源，可在配料中加入，既可达到降低成本的目的也可减轻环境污染。
所述的提镍尾渣的成分重量含量为：铁：46～50％；硫：0.02％；磷：0.07％；锰：0.8％；二氧化硅：8～10％；氧化钙：0.1％；氧化镁：5～6％；镍：0.29～0.35％；铬：2.5～3.2％；氧化铝：6～7％；水：20％。
不锈钢炼制过程中的烟尘灰：不锈钢炼制过程所产生的烟尘灰含有较丰富的镍和铬元素，而在传统的工艺流程中又很难得到利用。发明则充分利用了高炉还原的特点，将不锈钢炼钢烟尘作为入炉原料，消化了废弃物，降低了生产成本，还有利于调节产品的镍铬成份。
所述的不锈钢炼钢除尘灰的成分重量含量为：铁：34.05％；氧化铁：9.82％；硫0.095％；磷：0.023％；锰：0.34％；二氧化硅：5.05％；氧化钙：11.50％；氧化镁：3.24％；镍：1.74％；铬：13.58％；氧化铝：2.39％；水：20％。
焦炭：焦炭是重要的冶金原料，除满足一般炼铁要求的物理和化学性能条件以外，冶炼镍铬铁合金(不锈钢母液)特别关注焦炭中的磷含量，尽量选择低磷低灰份的二级冶金焦炭。所述的焦炭的磷元素的百分含量要小于0.020％。
表5.冶炼用焦炭典型成份(％)
  工业份析   灰份   挥发份   固定碳   内水份   S   FeO
  13.280   1.760   84.460   0.500   0.546   2.63
  灰灰份   SiO2   CaO   MgO   Al2O3   P
  6.43   1.34   0.300   2.56   0.016
熔剂：镍铬铁合金(不锈钢母液)生产所用的熔剂主要有白云石、石灰石等。表2为冶炼用熔剂典型成份。
表2.冶炼用熔剂典型成份(％)
  FeO   S   P   SiO2   CaO   CaF2   MgO   Al2O3   烧损
  白云石   1.07   0.033   0.004   1.93   30.99   17.49   1.96   45.15
  石灰石   0.53   0.020   0.001   1.30   52.65   0.24   0.84   42.35
  莹石   1.07   0.055   0.004   49.78   42.64   0.14   3.92   3.89
根据生产规模，可以选择158m3～620m3高炉，每座高炉的生产能力分别可以达到15万吨/年～60万吨/年。
在冶炼之前要对高炉进行改造，由于冶炼镍铬铁合金工艺的特点要，需要对高炉进行必要的改进，改进按如下指标进行：
1、高炉煤气采用重力除尘和布袋干法除尘，过剩煤气用于发电。
2、热风炉具备1250℃高风温水平(采用球式热风炉)。
3、建议采用富氧鼓风和喷吹煤粉，富氧率3～5％。，喷煤量为100kg/t合金～150kg/t合金。
4、炉体具有强化冷却的冷却结构。
5、设有中和混匀料场和予配料系统。
6、满足70～80％烧结比的烧结设备。
7、满足15～30％的球团比的竖炉球团设备。
8、高炉具有水力冲渣系统，冲渣水自循环无排放。
9、高炉、烧结、球团生产过程的烟尘、粉尘泄漏点采取有效吸尘、除尘措施，确保环境空气质量。
10、水循环率达95％以上。排放水无污染。达到排放标准。
在高炉冶炼过程中还应注意如下几点：
①必须保持较高的熔炼温度，以保证镍铬氧化物的还原和回收率
由于含铬铁水的熔点随含铬量的增加而上升，因此镍铬合金的熔化温度比普通铁水高170-200℃为了保持良好的流动性，镍铬铁合金(不锈母液)的出炉温度要求1450℃以上。炉前实际测量结果表明，当硅元素的含量为1.20％时，母液温度为1534℃。
由于氧化铬的直接还原消耗大量的热量，因此必须向炉缸提供充沛的热量，否则还原反应就不充分，铬的还原率和回收率就会降低。过低的炉温会产生炉凉甚至炉缸冻结。因此除了维持适当的焦比和维持较高的硅含量以外，高风温、富氧鼓风是非常有效的措施。同时选择适当的风速和鼓风动能，以保持活跃的炉缸。生产实践表明：送风制度不合理，炉缸产生堆积，不仅渣铁温度不足，Ni和Cr还原率降低，并且初始煤气流分布不良，炉况就很快恶化。
②必须有合理的造渣制度，以保证合金与熔渣的分离
通过合理的造渣制度来保证冶炼过程的持续和稳定。冶炼镍铬铁合金(不锈钢母液)时的造渣制度必须充分考虑以下因素：
◆由于含Ni和Cr矿石通常含有较高的氧化铝，有时渣中氧化铝高达20％或以上，而氧化铝的熔点较高，熔渣的粘度也随之增加；
◆含Cr矿石的熔渣，氧化铬呈饱和状态，这种炉渣熔点高，流动性差，其粘度随温度变化而急剧变化，呈(短渣)特性；
◆为了保持合金母液的良好流动性，镍铬铁合金(不锈钢母液)需要保持1450℃以上的温度，熔渣温度应高于镍铬铁合金(不锈钢母液)温度50℃-80℃，因此冶炼镍铬合金不锈钢母液的温度应在1500℃以上。这是造渣制度合理性的标志；
◆选择合适的炉渣熔点，通过配料选择合适的炉渣成份。由于炉渣成份决定着炉渣的熔点，炉渣的熔点又决定炉内的温度，为了确保铬氧化物的充分还原所必须的温度，要求选择好合适的炉渣成份。炉渣的熔点过低和过高都不利于镍铬铁合金(不锈钢母液)的冶炼；
◆具备良好的流动性——即合适的粘度。在合适的温度条件下，炉渣粘度对炉料，煤气的相对运动及合理分布会产生显著的影响，从而影响炉况行程的好坏。另外，液相中的反应扩散速度与粘度成反比，因此粘度也会影响合金元素的还原及回收率；
◆具备良好的稳定性。所谓稳定性通常是指当炉渣成份波动和炉渣温度波动时，要求炉渣的粘度变化较小，这在生产过程中具有重要的实际意义。由于原料成份的变化，称量的波动以及炉况的波动，炉渣成份和炉温会经常产生变化。如果炉渣具有良好的稳定性，炉况就不会急剧恶化。也就有足够的时间进行调整。否则就会发生透气性恶化，渣铁难流，炉缸堆积，炉墙结厚等炉况失常情况。
选择合理的造渣制度对冶炼镍铬铁合金(不锈钢母液)而言主要是选择合适的二元炉渣碱度，其所述的碱度为1.15～1.25之间。保持合适的渣中氧化镁含量和一定数量的氧化锰含量，其中氧化镁的重量含量在8～10％之间以改善炉渣性能。由于氧化铝含量较高以及渣中氧化铬的难熔性，冶炼中必须要有较高的温度以维持炉渣热容量，当炉缸活跃，炉温充沛时，在过热度较大的条件下，适当提高炉渣碱度可获得良好的流动性，且更有利于镍铬氧化物的还原回收以及母液脱硫。
③必须要采取合理的配料手段以稳定入炉原料的成份
镍铬铁合金(不锈钢母液)的产品特征是将不锈钢冶炼所需的主要成份在高炉内配制冶炼而成。由于提供的原料的多样性，各种废弃物炉料在回收过程中数量及成份的不稳定性，因此必须通过强化配料过程以稳定原料成份。这是保证产品成分稳定发及实现资源综合利用、降低生产成本的重要先决条件，也是实现炉况长期稳定顺行的必要保证。
建立预配料系统，对于数量和成份波动较大的不锈钢轧钢皮，不锈钢冶炼的除尘灰、系统自身的重力除尘灰以及提镍提铬废弃尾渣等炉料的使用是十分有效的。
④必须坚持精料入炉的方针，尽可能降低产品的含磷量。
不锈钢产品对含磷量有很高的要求，作为原料的镍铬铁合金(不锈钢母液)应该尽可能地做到低磷的水平。从冶金学角度看，在高炉还原过程中原料带入的磷95％要进入铁水。因此要获得低磷的镍铬铁合金(不锈钢母液)就必须采取精料入炉的方针，将原料的磷含量降至最低，才能使产品满足后续工艺的要求。同时选择合理的炉料结构：为了改善冶炼矿石的还原条件，避免大量生矿入炉，要尽可能的提高入炉料的熟料率。根据使用原料的粒度组成，镍铬原矿大部份为＜10mm的富矿粉，它和轧钢皮等适合生产具有一定碱度的烧结矿，而炼钢除尘灰和提镍尾渣由于粒度极细较适合生产酸性球团矿，因此，根据冶炼不同牌号铁合金的Ni、Cr含量要求可以选择适当的烧结比和球团比，原矿中的少量块矿，经过破碎筛分，10～30mm部分，可以直接入炉并可以调整炉渣碱度。将所述的镍铬烧结矿和粒度大于10mm的镍铁红土矿、熔剂、焦炭一同送入高炉中冶炼，即可得到镍铬铁合金。
所述的镍铬铁合金的高炉冶炼方法包括如下步骤：
首先将上述的不锈钢轧钢皮、提镍尾渣、不锈钢炼钢除尘灰破碎，使得其粒度小于10mm，将它们送入预配料系统进行预配料。将镍铬矿、熔剂、焦炭也进行破碎，将其粒度小于10mm的镍铁红土矿，熔剂，焦炭连同在预配料系统中进行预配料的原料一同送入烧结配料仓进行混合配料。然后将其混合均匀的配料送入混料造球中造球，将造得的生球进行烧结，将烧结产物进行筛分，筛分后得到镍铬烧结矿和烧结返料；将烧结返矿送入烧结配料仓进行二次配料。
将所述的镍铬烧结矿和粒度大于10mm的镍铁红土矿、熔剂、焦炭一同送入高炉中冶炼，即可得到镍铬铁合金。所述的镍铬铁合金满足要求。
所述的镍铬铁合金，，包含1.5～6.0％的镍，3.0～21.0％的铬，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的锰，小于0.03％的硫，小于0.045％的磷，其余为铁。

Claims (15)

1、一种镍铬铁合金，其特征在于：它包含重量含量为1.5～6.0％的镍，3.0～21.0％的铬，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的锰，其余为铁。
2、根据权利要求1所述的镍铬铁合金，其特征在于：合金中硫的重量含量小于0.07％，磷的重量含量小于0.075％。
3、根据权利要求2所述的镍铬铁合金，其特征在于：合金中硫的重量含量小于0.03％，磷的重量含量小于0.045％。
4、一种镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)将镍铬工业废弃物、粒度小于10mm的镍铬矿粉、熔剂、焦炭加水混合后送入混合机造球；
(2)将混合机所造的球进行烧结，将烧结产物进行筛分，筛分后得到镍铬烧结矿和烧结返料；
(3)将所述的镍铬烧结矿、粒度大于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭混合后送入高炉中冶炼，制得镍铬铁合金。
5、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的烧结返料与所述的镍铬工业废弃物、粒度小于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭加水进行混合后作为下次送入混合机造球的原料。
6、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的镍铬工业废弃物是不锈钢轧钢皮、提镍尾渣、不锈钢炼钢除尘灰中的至少一种或两种以上的混合物。
7、根据权利要求6所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的不锈钢轧钢皮的成分重量含量为：铁：54％；氧化铁：2.57％；硫：0.064％；磷：0.028％；锰：3.08％；二氧化硅：4.43％；氧化钙：1.70％；氧化镁：0.76％；镍：0.82％；铬：7.74％；氧化铝：0.8％；水：3～5％；
所述的提镍尾渣的成分重量含量为：铁：46～50％；硫：0.02％；磷：0.07％；锰：0.8％；二氧化硅：8～10％；氧化钙：0.1％；氧化镁：5～6％；镍：0.29～0.35％；铬：2.5～3.2％；氧化铝：6～7％；水：20％；
所述的不锈钢炼钢除尘灰的成分重量含量为：铁：34.05％；氧化铁：9.82％；硫0.095％；磷：0.023％；锰：0.34％；二氧化硅：5.05％；氧化钙：11.50％；氧化镁：3.24％；镍：1.74％；铬：13.58％；氧化铝：2.39％；水：20％。
8、根据权利要求6所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的镍铬工业废弃物为两种或两种以上时，要首先对所述的镍铬工业废弃物进行预混合，然后再同粒度小于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭加水混合后作为下次送入混合机造球的原料。
9、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的镍铬矿的成分重量含量为：镍0.5-1.5％，铬1-5％。
10、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：在步骤(3)中高炉冶炼后产生的高炉除尘灰与所述的镍铬工业废弃物、粒度小于10mm的镍铬矿、熔剂、焦炭加水进行混合后作为下次送入混合机造球的原料。
11、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的熔剂是白云石、石灰石、莹石中的至少一种或两种以上的混合物。
12、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：步骤(3)中所述的高炉的冶炼温度为1500-1800摄氏度。
13、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：在步骤(3)中高炉冶炼后产生的炉渣的碱度为1.15～1.25。
14、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：在步骤(3)中高炉冶炼后产生的炉渣的成分中氧化镁的重量含量为8～10％。
15、根据权利要求4所述的镍铬铁合金的生产方法，其特征在于：所述的焦炭的磷的重量含量要小于0.020％。
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