SE538994C2 - Förfarande för att reglera reduktionsgraden vid framställning av en ferrolegering - Google Patents

Abstract

SAMMAN DRAG Uppfinningen avser ett förfarande för förbättring av reduktionsgraden för me-tallkomponenter i ett kromitkoncentrat vid smältning av ferrolegering som ärlämplig för framställning av rostfritt stål. Kromitkoncentratet matas in tillsam-mans med nickelhaltigt råmaterial så att man med hjälp av mängden av nickel-haltigt råmaterial åstadkommer en önskad reduktionsgrad för metallkomponen-terna hos ferrolegeringen.

Description

FÖRFARANDE FÖR ATT REGLERA REDUKTI ONSGRADEN VIDFRAMSTÄLLNI NG AV EN FERROLEGERI NG Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för förbättring av reduktionsgra-den för metallkomponenter i ett material som ska behandlas vid smältning avferrolegering, säsom kromjärn lämpligt för framställning av rostfritt stäl. Enligtförfarandet matas nickelhaltigt material in i ferrolegeringen.

Frän patentpublikationen WO 2010/092234 är ett förfarande känt där nickel-malm och/eller nickelkoncentrat eller en mellanprodukt utfälld frän lösningar avnickelmalm och/eller nickelkoncentrat agglomereras i framställningsprocessenför kromjärn, sä att man först framställer pellets av nickelhaltigt material till-sammans med järnhaltigt kromitkoncentrat och bindemedel och där torkningenoch kalcineringen av nickelhaltigt material fördelaktigt genomförs genom vär-mebehandling av pellets i ett steg, sintring. Med värmebehandlingen av pellets-en görs partiklarna starkare sä att de värmehandlade partiklarna om sä önskaskan transporteras väsentligen hela mellan separata processteg. Om nödvändigtkan pelletsen förvärmas före sintring. Värmebehandlade partiklar kan om säönskas transporteras väsentligen hela mellan separata processteg. Värmebe-handlade partiklar kan om sä önskas göras mindre i storlek vid transport avpartiklar mellan separata processteg eller processenheter. Sintrade och därige-nom förstärkta pellets används som material i en smältprocess som genomförsunder reducerande förhållanden, i vilket fall man fär en nickelhaltig ferrolege- ring, kromnickeljärn, som smältprodukt.

Den ovannämnda patentpublikationen WO 2010/092234 hänför sig således hu-vudsakligen till framställningen av nickelhaltiga pellets genom sintring. Smält-förhållandena för de sintrade pelletsen beskrivs däremot inte exakt. Vid be-skrivningen av energieffektiviteten anges det dock att nickel som ingär i pellet-sen katalyserar kromreduktion i pellets och pä sä sätt minskar den specifikaförbrukningen av reduktionsmedlet, företrädesvis kol, vid ferrolegeringsfram-ställningen.

Man har nu överraskande konstaterat att nickel ingäende i pellets inte bara ka-talyserar reduktionen av krom i kromitpellets, utan att nickel ingäende i be-skickningen för en ugn som används för smältning av kromit förbättrar redukt- ionen i smältprocessen av alla väsentliga metallkomponenter, järn, krom och nickel, som ingår i beskickningen för smältugnen. Syftet med den föreliggandeuppfinningen är att utnyttja detta överraskande forskningsresultat och attuppnå ett effektivare förfarande än tidigare för ökning av reduktionsgraden ismältprocessen för kromitmaterial, i vilket förfarande reduktionen av metall-komponenter i kromiten vid smältningen förbättras genom att legera in nickel-haltigt material i materialet som ska gå till smältning, samt att samtidigt åstad-komma en förlegering, kromnickeljärn, som är lämplig för framställning av rost- fritt stål. De väsentliga särdragen finns angivna i de bilagda patentkraven.

Enligt uppfinningen legeras före smältningen nickelhaltigt material in i rå-materialet, såsom kromit, som ska smältas vid ferrolegeringsframställningen,varvid det nickelhaltiga materialet förbättrar reduktionen av metallkomponenteringående i råmaterialet, samtidigt som det nickelhaltiga materialet självt kanreduceras som en metallisk komponent i ferrolegeringen. Enligt uppfinningenkan man med hjälp av nickelmängden som ska tillsättas till ferrolegeringen påett fördelaktigt sätt reglera reduktionsgraden för metallkomponenter i ferrole-geringen och samtidigt åstadkomma en ferrolegering som innehåller den öns-kade nickelhalten, såsom kromnickeljärnlegeringar med olika nickelhalter.Kromnickeljärnlegeringar innehållande önskade nickelhalter kan användas ex-empelvis för framställning av olika rostfria stål, såsom austenitiska rostfria ståleller rostfria duplexstål.

I förfarandet enligt uppfinningen kan som nickelhaltigt råmaterial användasåtminstone delvis nickeloxid, åtminstone delvis nickelmalm och/eller nickelkon-centrat eller åtminstone delvis en nickelhaltig mellanprodukt erhållen genomlakning och/eller utfällning av nickelmalmer och/eller nickelkoncentrat. Detnickelhaltiga råmaterialet matas in i en smältprocess tillsammans med krom-järnråmaterialet. Före inmatning i en smältugn förbehandlas det nickelhaltigaråmaterialet antingen så att sintrade pellets formas av det nickelhaltiga materi-alet tillsammans med kromjärnråmaterialet, eller så att det nickelhaltiga rå-materialet förbehandlas separat från kromitpellets. Det är också möjligt att ge-nomföra förbehandlingen av det nickelhaltiga råmaterialet så att en del av detnickelhaltiga råmaterialet som ska matas in i smältugnen förbehandlas tillsam-mans med kromitpellets och en del av det nickelhaltiga råmaterialet förbehand-las separat från kromitpellets. Tack vare olika förbehandlingar kan det nickel-haltiga råmaterialet som ska matas in i smältugnen och främja reduktionen avolika metallkomponenter till exempel vara delvis nickelhaltig hydroxidmellan-produkt, delvis sulfidiska eller lateritiska nickelkoncentrat.

Det nickelhaltiga råmaterialet som ska utnyttjas i förfarandet enligt uppfinning-en är fördelaktigt en nickelhaltig hydroxidmellanprodukt från gruvor eller andrahydrometallurgiska processer, vilken mellanprodukt är utfälld från lösningar avlateritiska och/eller sulfidiska nickelmalmer och/eller nickelhaltiga koncentrat avsulfidiska malmer. Detta slags nickelhaltig hydroxidmellanprodukt är till exem-pel en nickelhaltig mellanprodukt från trycklakning, atmosfärisk lakning ellerhöglakning av lateritiska eller sulfidiska nickelmalmer eller nickelkoncentrat så-väl som en nickelhaltig fällningsprodukt från lösningar från lösningsmedels-extraktion, återextraktionslösningar eller raffineringslösningar erhållna från lös-ningsmedelsextraktionsprocesser eller jonbytesprocesser med nickelhaltigamaterial. I förfarandet enligt uppfinningen kan även nickelkarbonat- eller nick-elsulfatmaterial användas. Dessutom är ett sulfidiskt nickelkoncentrat i sigsjälvt och en hydrometallurgiskt utfälld nickelsulfidmellanprodukt lämpliga somdet nickelhaltiga råmaterialet för förfarandet.

Enligt uppfinningen regleras mängden av det nickelhaltiga materialet som skamatas in i en smältugn till inom intervallet 5 - 25 vikt-%, företrädesvis 10 - 20vikt-%, av den totala massan av det förbehandlade materialet som ska matasin i smältugnen. Vid reglering av mängden av det nickelhaltiga materialet somska matas in i smältugnen beaktas åstadkommandet av energiekonomiskt för-delaktiga reduktionsförhållanden och/eller framställningen av en förlegering,kromnickeljärn, som i vartdera fallet är lämpliga för framställningen av fördel-aktigt rostfritt stål. Med användning av liten tillsats av nickelhaltigt råmaterialförblir reduktionsgraden låg, i vilket fall en ferrolegering med låg nickelhalt,kromnickeljärn, bildas. Detta slags ferrolegering med en låg nickelhalt är enfördelaktig förlegering i synnerhet för framställning av rostfria duplextstålkvali-teter. Med användning av en större tillsats av nickelhaltigt råmaterial ökar re-duktionsgraden och även nickelhalten i smältprodukten är högre. Detta slagskromnickeljärn med en högre nickelhalt är fördelaktigt att använda för fram-ställning av austenitiska rostfria stålkvaliteter med hög nickelhalt.

Vid förbehandlingen av nickelhaltigt råmaterial som ska matas in i en smältugni enlighet med förfarandet enligt uppfinningen beaktas fördelaktigt samman-sättningen och mikrostrukturen hos nickelråmaterialet. Om det nickelhaltigaråmaterialet exempelvis är en nickelhaltig mellanprodukt från gruvor ellerandra hydrometallurgiska processer som utfällts från nickelhaltiga lösningar,vilken mellanprodukt som förbehandling bland annat kräver att kalcinering ge- nomförs vid en högre temperatur, så genomförs förbehandlingen av det nickel-haltiga rämaterialet tillsammans med framställningen av kromitpellets och sint-ringen av pellets. Om det nickelhaltiga rämaterialet för förfarandet enligt upp-finningen i stället är material såsom exempelvis nickeloxid, nickelmalmoch/eller nickelkoncentrat, som förutom en eventuell torkning inte kräver nä-gon annan väsentlig förbehandling vid en högre temperatur, sä är möjligt attmata in det nickelhaltiga rämaterialet i en smältugn tillsammans med inmat-ningen av kromitpellets. Mikrostrukturen och sammansättningen hos det nick-elhaltiga rämaterialet kan även vara sädan att det är fördelaktigt att förbe-handla rämaterialet separat frän kromitpelletiseringen och att mata in det nick-elhaltiga rämaterialet i sintringen av kromitpellets före inmatning i en smältugn.

I förfarandet enligt uppfinningen används fördelaktigt en smältugn som är för-sedd med en förvärmningsutrustning sä att inmatningen till smältugnen ledsgenom förbehandlingsutrustningen in i smältugnen. Enligt uppfinningen leds detförbehandlade nickelhaltiga rämaterialet också in i förvärmningsutrustningen,varvid det nickelhaltiga materialet slutligen kommer i kontakt med övrigtmaterial som ska matas i smältugnen. I smältugnen smälts det nickelhaltigamaterialet tillsammans med kromitpellets till kromnickeljärn med en önskadsammansättning, vilket kromnickeljärn, beroende pä sin sammansättning, för-delaktigt kan utnyttjas till exempel vid framställning av austenitiska rostfria stäleller rostfria duplexstäl.

Dä smältningen av det nickelhaltiga rämaterialet enligt uppfinningen fördelakt-igt utförs i en sluten ljusbägsugn med badelektrod kan kolmonoxidgaser somgenereras vid reduktionen och smältningen, ä ena sidan, utnyttjas till exempelvid sintringen av kromitpellets och vid eventuell annan förbehandling och för-värmning och, ä andra sidan, i de olika stegen hos produktionsbanan för rost-fritt stäl som framställs av smältprodukten, kromnickeljärn.

Förfarandet enligt uppfinningen beskrivs mera detaljerat med hjälp av det bi-lagda exemplet.

EXEMPEL En blandning formades av ett järn- och kromhaltigt kromitkoncentrat och ennickelhaltig mellanprodukt, till vilken blandning som ett bindemedel tillsattes 1,2 vikt-% bentonit och 3 vikt-% slaggbildande material, tluss, antingen kalk-sten eller wollastonit. I tabell 1 visas halterna av krom, järn, nickel, kol ochsvavel som vikt-% i blandningar, till vilka tillsattes 10 vikt-% (Försök 1) och 20vikt-% (Försök 2) nickelhydroxid. I tabell 1 tinns dessutom som ett reterens-material (REF) en blandning till vilken nickelhydroxid inte tillsattes.

Cr vikt-% Fe vikt-% Ni vikt-% C vikt-% S vikt-%REF 28,3 18,3 0,3 0,12 0,06Försök 1 26,5 16,8 5,3 0,10 0,03Försök 2 24,4 15,1 10,1 0,10 0,03Tabell 1 Blandningarna innehållande ett bindemedel och som representerar vart och ettav materialen i tabell 1 pelletiserades och sintrades. En del av de sintrade pel-letsen matades pä typiskt sätt in i en smältugn med en slaggbildare och ett re-duktionsmedel.

Materialen enligt tabell 1 smältes och i tabell 2 visas halterna av krom, järn,nickel, kol och kisel i smältprodukterna i träga och dessutom utbytet av metall-komponenterna krom, järn och nickel i smältprodukten. Kolhalten är i enlighetmed kompositionens sammansättning och metallegeringens jämvikt. Utgängs-satsen har sä mycket kol att kolet är tillräckligt även tör reduktionen av kisel ismältprodukten. Utgängslegeringen har kiseloxid i rämaterialet och i tillsatsme-del vid produktionen.

Halter (vikt-%) UtbytenCr % Fe % Ni % C % Si % Cr % Fe % Ni %REF 53,5 33,4 0,36 8,1 2,4 88,9 90,3 -Försök 1 49,8 30,1 7,1 6,7 2,8 86,6 88,7 86,0Försök 2 46,2 26,9 13,3 6,1 4,2 91,5 90,1 88,6 Tabell 2 För en del sintrade pellets gjordes termogravimetriska mätningar i laboratorie-skala tör att övervaka reduktionsgraden tör metallkomponenterna krom, järnoch nickel hos pellets, vid törhällanden motsvarande smältprocessen i olika temperaturzoner med maximitemperaturen 1550 °C. I tabell 3 visas resultaten frän de termogravimetriska mätningarna för reduktionsgraden för krom(Crmel/Crloi), järn (Pemer/Femi) och nickel (Nima/Nim) vid temperaturerna 1400°C och 1550 °C.

(Crmei/Crioi) % (Femei/ Femi) % (Nimei/Niioi) % REF(1400 °C) 1,1 16,8 - REF (1550 °C) 6,1 47,2 -Försök1 (1400 °C) 2,6 37,4 67,3Försök1 (1550 °C) 15,4 70,6 78,9Försök 2 (1400 °C) 5,2 56,7 79,1Försök 2 (1550 °C) 57,4 94,3 99,1Tabell 3 Tillsatsen av det nickelhällande råmaterialet till pellets ökar reduktionsgradentör krom och järn vid temperaturen 1550 °C avsevärt, krom mera än 15 % ochjärn mera än 70 %, samtidigt som reduktionsgraden tör nickel ökar nästan till100 % med nickelhalten enligt Försök 2. Ökningen av reduktionsgraden tör allametallkomponenterna krom, järn och nickel i sintrade pellets med hjälp av till-satsen av ett nickelhaltigt råmaterial minskar samtidigt behovet av koks somanvänds som reduktionsmedel vid åstadkommandet av reduktionstörhällandenatör sm ältprocessen.

Claims (16)

1. Förfarande för förbättring av reduktionsgraden för metallkomponenter iett kromitkoncentrat vid smältning till en ferrolegering, i sin tur lämplig förframställning av rostfritt stål, varvid kromitkoncentratet matas in i en smältugntillsammans med nickelhaltigt råmaterial kännetecknat av att man matar in5-25 vikt-% av det nickelhaltiga råmaterialet, av totalmängden av material somska matas in i smältugnen, och att mängden av nickelhaltigt råmaterial reglerasför att reglera reduktionsgraden för metallkomponenter i ferrolegeringen så attman med hjälp av mängden av nickelhaltigt råmaterial åstadkommer en önskadreduktionsgrad för metallkomponenterna i smältprocessen för kromitmaterial,så att åtminstone 2,6 % av kromet och 37,4 % av järnet som ingår i kro- mitkoncentratet reduceras vid smältningen._

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att man matar in 10-20vikt-% av det nickelhaltiga råmaterialet, av totalmängden av material som ska matas in i smältugnen.

3. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknat avatt åtminstone en del av det nickelhaltiga råmaterialet matas in i smältugnen iform av pellets framställda av kromitkoncentratet och åtminstone en del av detnickelhaltiga råmaterialet.

4. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknat avatt åtminstone en del av det nickelhaltiga råmaterialet förbehandlas separat från kromitkoncentratpelletsen före inmatning i smältugnen.

5. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknat avatt åtminstone delvis nickeloxid matas in i smältugnen som det nickelhaltiga råmaterialet.

6. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknat avatt åtminstone delvis nickelmalm och/eller nickelkoncentrat matas in i smältug-nen som det nickelhaltiga råmaterialet.

7. Förfarande enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknat avatt åtminstone delvis en nickelhaltig mellanprodukt erhållen genom lakningoch/eller genom utfållning av nickelmalmer och/eller nickelkoncentrat matas in i småltugnen som det nickelhaltiga råmaterialet.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att åtminstone delvisnickelhaltig mellanprodukt erhållen genom trycklakning av lateritiska eller sulfi- diska nickelmalmer eller nickelkoncentrat matas in i småltugnen.

9. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att åtminstone delvisnickelhaltig mellanprodukt erhållen genom atmosfårisk lakning av lateritiska eller sulfidiska nickelmalmer eller nickelkoncentrat matas in i småltugnen.

10. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att åtminstone delvisnickelhaltig mellanprodukt erhållen genom höglakning av lateritiska eller sulfi- diska nickelmalmer eller nickelkoncentrat matas in i småltugnen.

11. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att åtminstone delvisnickelhaltig fållningsprodukt från nickelhaltiga lösningar från lösningsmedels- extraktion matas in i smältugnen.

12. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att åtminstone delvisnickelhaltig fållningsprodukt från nickelhaltiga återextraktionslösningar matas in i smältugnen.

13. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att åtminstone delvisnickelhaltig fållningsprodukt från nickelhaltiga raffineringslösningar matas in i smältugnen.

14. Förfarande enligt patentkraven 1-7, kännetecknat av att delvis nickelkon-centrat, delvis en nickelhaltig mellanprodukt erhållen genom lakning och/ellergenom utfållning av nickelmalmer och/eller nickelkoncentrat, matas in i smålt- ugnen som nickelhaltigt material.