TW201400624A - 利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法 - Google Patents

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Abstract

一種利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含(a)將鎳礦進行破碎、過篩、混料後，送至回轉窯焙燒以去除鎳礦中的自由水與結晶水並進行預還原，再由礦熱爐熔煉得一粗製鎳鐵水。(b)將鉻礦經加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，再經礦熱爐熔煉得一鉻鐵水。(c)將所述粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。(d)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。本發明利用回轉窯焙燒再經礦熱爐製得粗製鎳鐵水，同時配合鉻鐵水皆以熱送的方式直接投入轉爐，冶煉成不銹鋼液，能夠降低冶煉成本。

Description

利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法
本發明是有關於一種煉鋼的方法，特別是指一種利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法。
在傳統的沃斯田鐵系不銹鋼在煉鋼製程中，以廢鋼和合金鐵為主原料，經電爐熔煉成鐵水後，再投入轉爐冶煉，並視所生產的鋼種(如200系或300系不銹鋼)，依比例添加鎳、鉻合金至轉爐中，最後製得沃斯田鐵系不銹鋼。鎳合金屬高貴金屬，佔不銹鋼的成本可高達40~50%，因此若鎳價波動大，極容易影響不銹鋼廠的獲利，甚至有造成虧損的可能。
因此有提出直接以鎳礦石、鉻礦石為原料投入礦熱爐或高爐，直接冶煉出不銹鋼母液的製程，如中國大陸專利第CN 10212691 A號或第CN101701312 A號，以節省不銹鋼的生產成本，但上述製程的礦石中沒有預經處理，存有大量的自由水或結晶水，對於造成熔煉的過程需增加耗能以去除水分，且礦石中金屬鎳的成分比例不易控制、雜質過多與回收率不佳等缺點，另外以鎳礦來說常有鈷礦摻雜在內，若直接投入礦石的方式，將使稀有金屬也會隨冶煉存在鋼液中而無法萃取回收，所以在實際的生產應用上仍不夠成熟、完善。
因此，本發明之目的，即在提供一種提高製程穩定性 的利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法。
於是，本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含：
(a)將鎳礦進行破碎、過篩、混料後送至一回轉窯焙燒以去除鎳礦中的自由水與結晶水，焙燒過程中配合還原劑一同投入進行預還原成為一鎳渣，焙燒後的鎳渣再由一礦熱爐熔煉得一粗製鎳鐵水。
(b)將鉻礦經一加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入一礦熱爐熔煉得一鉻鐵水。
(c)將所述粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。
(d)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
再者，本發明之另一目的，即在提供一種改善稀有金屬回收率的利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法。
於是，本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含：
(a)將鎳礦進行破碎、加水調漿，並與硫酸溶液在高壓環境下攪拌混合後，過濾出含有鎳、鈷的礦物成品液，該含鎳、鈷的礦物成品液再以電解方式得出電解鎳及金屬鈷。
(b)將鉻礦經一加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，還原燒結鉻礦再經一礦熱爐熔煉得一鉻鐵水。
(c)將所述電解鎳以皮帶輸送至轉爐料倉，並配合鉻鐵水以熱送的方式，投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。
(d)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
再者，本發明之另一目的，即在提供一種提高鎳礦使用率的利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法。
於是，本發明利用鎳礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含：
(a)將鎳原礦料經選礦區分成一低品位鎳礦，及一高品位鎳礦，其中低品位鎳礦中的鎳含量不大於1.5wt%，而高品位鎳礦中的鎳含量不小於1.5wt%。
(b)將低品位鎳礦進行破碎、加水調漿，並與硫酸溶液混合後並過濾出含有鎳、鈷的礦物成品液，該含鎳、鈷的礦物成品液再以電解方式得出電解鎳及金屬鈷。
(c)將高品位鎳礦進行破碎、過篩、混料後送至一回轉窯焙燒以去除高品位鎳礦中的自由水與結晶水，焙燒過程中配合還原劑一同投入進行預還原為成一鎳渣，焙燒後的鎳渣再由一礦熱爐熔煉得一粗製鎳鐵水。
(d)將鉻礦經一加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入礦熱爐熔煉得一鉻鐵水。
(e)將所述電解鎳以皮帶輸送至轉爐配料倉，並配合粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式，投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。
(f)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
本發明之功效在於：利用回轉窯焙燒預還原再經礦熱爐熔融製得粗製鎳鐵水再投入轉爐，且利用高壓酸浸再電解得到金屬鎳的方式，得到純度較高的電解鎳再投入轉爐 ，同時配合鉻鐵水以熱送的方式直接投入轉爐，冶煉成不銹鋼液，在合金成分的控制上容易，也能夠有效降低冶煉成本。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，為本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法之第一較佳實施例，包含：
步驟21，將鎳礦送進一乾燥窯，該乾燥窯的乾燥溫度是600~700℃，將鎳礦中自由水由30~35%減少為10~20%。之後進行破碎、過篩、混料後再送至一回轉窯焙燒，在焙燒溫度為800℃~950℃以去除鎳礦中的自由水與結晶水，焙燒過程中配合還原劑(無烟煤)一同投入進行預還原成為一鎳渣，焙燒後的鎳渣再投入一熱礦爐熔煉，得一粗製鎳鐵水，其中，由於渣的流動性影響鐵渣分離的效果，須嚴格控制爐渣出爐的溫度約1550~1650℃與粗製鎳鐵水的出爐溫度約1400~1500℃，此時得到粗製鎳鐵水的化學成分為Ni：8~15wt%、C<4wt%、Si<2wt%、P<0.06wt%。
步驟22，將鉻礦(Cr2O3含量小於62wt%)和焦碳粉混合，經壓球機將鉻礦製成球團，並以烘乾機去除水分，之後送入一加熱爐燒結，經加熱爐在溫度1350~1450℃下燒結成 還原燒結鉻礦，且送入礦熱爐之還原燒結鉻礦的粒度為小於30mm，之後還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入一礦熱爐熔煉，並控制爐渣之出渣溫度為1600~1700℃得一鉻鐵水，產出的鉻鐵水的化學成分為Cr<60wt%、C<9wt%、Si<5wt%、P<0.03wt%。
步驟23，將所述粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。
步驟24，將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
由於轉爐煉鋼與連鑄機連鑄成鋼胚的製程，為具有通常知識者所能容易理解，在此不多加詳述。在本實施例中能依據不銹鋼中的成分而投入不同比例的粗製鎳鐵水、鉻鐵水而製成不同系列的不銹鋼種，如202系的不銹鋼化學成分中鎳是4~6wt%、鉻是17~19wt%，而304系的不銹鋼化學成分中鎳是8~10.5wt%、鉻是17.5~19.5wt%。
以熔煉後得到的粗製鎳鐵水中的鎳含量為8wt%、鉻鐵水的鉻含量50wt%為例，在投入的鎳、鉻鐵水的總量中，粗製鎳鐵水佔65wt%、鉻鐵水佔35wt%則可配製符合出202系的不銹鋼在鉻、鎳含量需求。而以熔煉後得到的粗製鎳鐵水中鎳含量為15wt%、鉻鐵水的鉻含量40wt%為例，在投入的鎳、鉻鐵水的總量中，粗製鎳鐵水佔55wt%、鉻鐵水佔45wt%則可配製符合出304系的不銹鋼在鉻、鎳含量需求。
依上述製程，利用回轉窯將鎳礦預還原處理，以去除鎳礦中的自由水和結晶水成為鎳渣，而利用加熱爐先對鉻 礦預還原處理成為還原燒結鉻礦，再將鎳渣和還原燒結鉻礦分別使用礦熱爐熔煉後，分別形成粗製鎳鐵水與鉻鐵水，在金屬成分的比例上容易控制，能夠掌握所需投入配比，且粗製鎳鐵水和鉻鐵水直接熱送至轉爐以生產沃斯田鐵系不銹鋼，相較傳統製程減少重覆熔煉的次數，相對地減少燃料和電耗，在成本控制上更具有優勢，能增加獲利能力，提高市場競爭力。
參閱圖2，為本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法之第二較佳實施例，包含：
步驟31，將鎳礦進行破碎、加水調漿，並與硫酸溶液在高壓環境下攪拌混合，其中該鎳礦與硫酸溶液混合的固液比為1：4，並在壓力40~50MPa、溫度250℃~300℃的環境中混合攪拌，之後過濾出含有鎳、鈷的礦物成品液，該含鎳、鈷的礦物成品液再以電解方式得出鎳含量大於99wt%的電解鎳，及金屬鈷。在本實施例中，金屬鎳和金屬鈷的回收率可達90%以上。
步驟32，將鉻礦(Cr2O3含量小於62wt%)和焦碳粉混合，經壓球機將鉻礦製成球團，並以烘乾機去除水分，之後送入一加熱爐燒結，經加熱爐在溫度1350~1450℃下燒結成還原燒結鉻礦，且送入礦熱爐之還原燒結鉻礦的粒度為小於30mm，還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入一礦熱爐熔煉，並控制爐渣之出渣溫度1600~1700℃下得一鉻鐵水，產出的鉻鐵水的化學成分為Cr<60wt%、C<9wt%、Si<5wt%、P<0.03wt%。
步驟33，將所述電解鎳經輸送皮帶至轉爐料倉，並配合鉻鐵水以熱送的方式，投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。
步驟34，將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
由於轉爐煉鋼與連鑄機連鑄成鋼胚的製程，為具有通常知識者所能容易理解，在此不多加詳述。在本實施例中能依據不銹鋼中的成分而投入不同比例的粗製鎳鐵水、鉻鐵水而製成不同系列的不銹鋼種，如202系的不銹鋼化學成分中鎳是4~6wt%、鉻是17~19wt%，而304系的不銹鋼化學成分中鎳是8~10.5wt%、鉻是17.5~19.5wt%。
以電解鎳的鎳含量為99wt%、鉻鐵水的鉻含量24wt%和廢碳鋼為例，在投入的電解鎳、鉻鐵水和廢碳鋼的總量中，電解鎳佔5wt%、鉻鐵水佔75wt%和廢碳鋼佔20wt%則可配製符合出202系的不銹鋼在鉻、鎳含量需求。在投入的電解鎳、鉻鐵水和廢碳鋼的總量中，電解鎳佔9wt%、鉻鐵水佔76wt%和廢碳鋼佔15wt%則可配製符合出304系的不銹鋼在鉻、鎳含量需求。
在第二較佳實施例中同樣能依據不銹鋼中的成分而投入不同比例的電解鎳、鉻鐵水和廢碳鋼，除了與第一較佳實施例有相同的功效外，在以電解方式得出電解鎳時，會同時得到金屬鈷，而能因此回收高價值的金屬鈷，增加整體製程的附加經濟價值，相對地更能節省成本。
參閱圖3，為本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法之第三較佳實施例，包含：
步驟41，將鎳原礦料經選礦區分成一低品位鎳礦，及 一高品位鎳礦，其中低品位鎳礦中的鎳含量不大於1.5wt%，而高品位鎳礦中的鎳含量不小於1.5wt%。
步驟42，將低品位鎳礦進行破碎、加水調漿，並與硫酸溶液混合，其中該低品位鎳礦與硫酸溶液混合的固液比為1：4，並在壓力40~50MPa、溫度250℃~300℃的環境中混合攪拌，之後過濾出含有鎳、鈷的礦物成品液，該含鎳、鈷的礦物成品液再以電解方式得出鎳含量大於99wt%的電解鎳，及金屬鈷。
步驟43，將高品位鎳礦送進一乾燥窯，該乾燥窯的乾燥溫度是600~700℃，將高品位鎳礦之自由水由30~35%減少為10~20%，之後進行破碎、過篩、混料後再送至一回轉窯焙燒，在焙燒溫度為800℃~950℃以去除高品位鎳礦中的自由水與結晶水，焙燒過程中配合還原劑(無烟煤)一同投入進行預還原成為一鎳渣，焙燒後的鎳渣再投入一礦熱爐熔煉，得一粗製鎳鐵水，其中，由於渣的流動性影響鐵渣分離的效果，須嚴格控制爐渣出爐的溫度約1550~1650℃與粗製鎳鐵水的出爐溫度約1400~1500℃，此時得到粗製鎳鐵水的化學成分為Ni：8~15wt%、C<4wt%、Si<2wt%、P<0.06wt%。
步驟44，將鉻礦(Cr2O3含量小於62wt%)和焦碳粉混合，經壓球機將鉻礦製成球團，並以烘乾機去除水分，之後送入一加熱爐燒結，經加熱爐在溫度1350~1450℃下燒結成還原燒結鉻礦，且送入礦熱爐之還原燒結鉻礦的粒度為小於30mm，之後還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入一礦熱爐熔煉 ，並控制爐渣之出渣溫度1600~1700℃下得一鉻鐵水，產出的鉻鐵水的化學成分為Cr<60wt%、C<9wt%、Si<5wt%、P<0.03wt%。
步驟45，將所述電解鎳以皮帶輸送至轉爐配料倉，並配合粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式，投入轉爐，冶煉成不銹鋼液。
步驟46，將不銹鋼液投入以連鑄機製成鋼胚。
由於轉爐煉鋼與連鑄成鋼胚的製程，為具有通常知識者所能容易理解，在此不多加詳述。在本實施例中能依據不銹鋼中的成分而投入不同比例的粗製鎳鐵水、鉻鐵水而製成不同系列的不銹鋼種，如202系的不銹鋼化學成分中鎳是4~6wt%、鉻是17~19wt%，而304系的不銹鋼化學成分中鎳是8~10.5wt%、鉻是17.5~19.5wt%。
以熔煉後得到的粗製鎳鐵水中的鎳含量為8 wt%、鉻鐵水的鉻含量50wt%為例，在投入的粗製鎳鐵水和鉻鐵水的總量中，粗製鎳鐵水佔65wt%、鉻鐵水佔35wt%則可配製符合出202系的不銹鋼在鉻、鎳含量需求。以電解鎳的鎳含量為99wt%的、粗製鎳鐵水的鎳含量為10wt%、鉻鐵水的鉻含量50wt%為例在投入的電解鎳、粗製鎳鐵水和鉻鐵水的總量中，電解鎳佔2wt%、粗製鎳鐵水佔62wt%和鉻鐵水佔36wt%則可配製符合出304系的不銹鋼在鉻、鎳含量需求。
在第三較佳實施例中，結合第一較佳實施例與第二較佳實施例，先對鎳原礦料作有效分類、使用，分別選出低 品位鎳礦與高品位鎳礦，在低品位鎳礦是採用濕式精煉的方式取得電解鎳，在高品位鎳礦採用回轉窯焙燒再以礦熱爐熔煉得到粗製鎳鐵水，視鎳原礦料的成分能夠做最佳化的調配，生產彈性大，不需受限於礦料的品質，在生產製程上有更好的彈性與配置，同時也能夠回收高經濟價值的金屬鈷，增加成本優勢與提高競爭力。
綜上所述，本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，在低品位鎳礦採濕式精煉方式，分別產出金屬鈷與高純度的電解鎳，回收的金屬鈷可外售增加經濟價值，電解鎳以皮帶輸送直接投入轉爐冶煉，而高品位鎳礦利用回轉窯預還原處理，去除自由水和結晶水成為鎳渣，而鉻礦同樣利用加熱爐預還原處理成還原燒結鉻礦，之後再將焙燒後的鎳渣和還原燒結鉻礦分別投入礦熱爐熔煉後，分別產出粗製鎳鐵水和鉻鐵水，再直接熱送入轉爐生產沃斯田鐵系不銹鋼，在生產上有較佳的組合彈性，且降低能源的消耗，在成本控制上有最佳的優勢，提高市場競爭性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
21~24‧‧‧步驟
31~34‧‧‧步驟
41~46‧‧‧步驟
圖1是一流程圖，說明本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法的第一較佳實施例； 圖2是一流程圖，說明本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法的第二較佳實施例；及圖3是一流程圖，說明本發明利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法的第三較佳實施例。
21~24‧‧‧步驟

Claims (9)

  1. 一種利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含：(a)將鎳礦進行破碎、過篩、混料後送至一回轉窯焙燒以去除鎳礦中的自由水與結晶水，焙燒過程中配合還原劑一同投入進行預還原成為一鎳渣，焙燒後的鎳渣再由一礦熱爐熔煉得一粗製鎳鐵水；(b)將鉻礦經一加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入一礦熱爐熔煉得一鉻鐵水；(c)將所述粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式投入轉爐，冶煉成不銹鋼液；及(d)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，其中，在(a)步驟中，該回轉窯的焙燒溫度為800℃~950℃，而在礦熱爐中該粗製鎳鐵水的出爐溫度約1400℃~1500℃，另外，在(b)步驟中，該鉻礦在燒結前還經壓球機，將鉻礦與焦炭粉製成球團，並以烘乾機去除水分，才送入加熱爐燒結，且送入礦熱爐之還原燒結鉻礦的粒度為小於30mm。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，其中，在(a)步驟中，鎳礦進行破碎、過篩、混料前是先送進一乾燥窯，以去除鎳礦中的自由水。
  4. 一種利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含 ：(a)將鎳礦進行破碎、加水調漿，並與硫酸溶液在高壓環境下攪拌混合後，過濾出含有鎳、鈷的礦物成品液，該含鎳、鈷的礦物成品液再以電解方式得出電解鎳及金屬鈷；(b)將鉻礦經一加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，還原燒結鉻礦再經一礦熱爐熔煉得一鉻鐵水；(c)將所述電解鎳以皮帶輸送至轉爐料倉，並配合鉻鐵水以熱送的方式，投入轉爐，冶煉成不銹鋼液；及(d)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，其中，在(a)步驟中，該鎳礦與硫酸溶液混合的固液比為1：4，且在壓力40~50MPa、溫度250℃~300℃的環境中混合攪拌，另外，在(b)步驟中，該鉻礦在燒結前還經壓球機，將鉻礦與焦炭粉製成球團，並以烘乾機去除水分，才送入加熱爐燒結，且送入礦熱爐之還原燒結鉻礦的粒度為小於30mm。
  6. 一種利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，包含：(a)將鎳原礦料經選礦區分成一低品位鎳礦，及一高品位鎳礦，其中低品位鎳礦中的鎳含量不大於1.5wt%，而高品位鎳礦中的鎳含量不小於1.5wt%； (b)將低品位鎳礦進行破碎、加水調漿，並與硫酸溶液混合後並過濾出含有鎳、鈷的礦物成品液，該含鎳、鈷的礦物成品液再以電解方式得出電解鎳及金屬鈷；(c)將高品位鎳礦進行破碎、過篩、混料後送至一回轉窯焙燒以去除高品位鎳礦中的自由水與結晶水，焙燒過程中配合還原劑一同投入進行預還原為成一鎳渣，焙燒後的鎳渣再由一礦熱爐熔煉得一粗製鎳鐵水；(d)將鉻礦經一加熱爐燒結成還原燒結鉻礦，還原燒結鉻礦與焦炭粒再送入礦熱爐熔煉得一鉻鐵水；(e)將所述電解鎳以皮帶輸送至轉爐料倉，並配合粗製鎳鐵水、鉻鐵水以熱送的方式投入轉爐，冶煉成不銹鋼液；及(f)將不銹鋼液以連鑄機製成鋼胚。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，其中，在(b)步驟中，該低品位鎳礦與硫酸溶液混合的固液比為1：4，且在壓力40~50MPa、溫度250℃~300℃的環境中混合攪拌。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述之利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，其中，在(c)步驟中，該回轉窯的焙燒溫度為800℃~950℃，而在礦熱爐中該粗製鎳鐵水的出爐溫度約1400℃~1500℃，另外，在(d)步驟中，該鉻礦在燒結前還經壓球機，將鉻礦與焦炭粉製成球團， 並以烘乾機去除水分，才送入加熱爐燒結，且送入礦熱爐之還原燒結鉻礦的粒度為小於30mm。
  9. 根據申請專利範圍第6項所述之利用鎳、鉻礦生產沃斯田鐵系不銹鋼的方法，其中，在(c)步驟中，高品位鎳礦進行破碎、過篩、混料前是先送進一乾燥窯，以去除高品位鎳礦中的自由水。
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