含鎳海綿鐵及其製法,以及生產鎳合金鋼坯的方法
2023-06-03 09:02:06
專利名稱：含鎳海綿鐵及其製法,以及生產鎳合金鋼坯的方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶煉中的海綿鐵，特別是涉及一種含有鎳的海綿鐵，以及這種含鎳海綿鐵的生產方法。本發明還涉及利用這種含鎳海綿鐵製造鎳合金鋼坯的方法。
背景技術：
鎳是優良的耐腐蝕材料，是合金鋼中的重要合金元素，特別是鎳還是鋼中形成奧氏體的元素，是不鏽鋼的重要組成部分。
隨著鎳基耐熱合金與含鎳20％以下高強鋼的大規模發展與應用，以及化學工業的快速發展對不鏽鋼的需要量越來越大，對於金屬鎳的需求也與日俱增，尤其是中國的不鏽鋼產業發展十分迅猛，2003年，中國不鏽鋼消費已突破400萬噸，自產不鏽鋼能力也達到了160萬噸。然而，由於世界上的鎳儲量較少，且又集中分布在少數地區，因此在世界範圍內造成了鎳的供求緊張。在中國，鎳的價格在2004年元月已攀升到14年來的最高點，根據insg的預測，在未來的2004年及2005年兩年中，中國的鎳供應將會有很大缺口，這就使得我國快速增長的不鏽鋼生產產業必將面對由於鎳的短缺而造成的被動局面。
一方面是在全世界範圍內，作為生產不鏽鋼重要原料之一的鎳供需緊張，而另一方面，我國在生產不鏽鋼時產生的煙道灰、層泥、鐵鱗等副產物質卻因至今沒有一種合適的回收方法而大量堆積拋棄，無法回收再生利用。將這些廢棄物堆積拋棄，不但需要佔用大量的空閒場地，而且會帶來嚴重的環境汙染。特別是由於在這些廢棄物中含有大約1～4％不等的貴重金屬鎳，以及諸如鉻、鈦、錳、鉬、銅、鈮、磷等許多其它元素，而這些元素又是在冶煉不鏽鋼時需要另外添加的元素，如果直接丟棄，不回收利用，勢必會造成極大的資源浪費，不利於我國不鏽鋼工業的進一步發展。因此，研究開發一種將這些冶煉不鏽鋼廢棄物回收利用的方法，必將帶來巨大的經濟效益和社會效益。
發明內容
本發明的目的是充分利用冶煉不鏽鋼產生的廢棄物，提供一種利用冶煉不鏽鋼廢棄物回收製備的含鎳海綿鐵，以及該含鎳海綿鐵的製備方法。
提供一種利用含鎳海綿鐵生產鎳合金鋼坯的方法，是本發明的另一發明目的。
由於原料冶煉不鏽鋼廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的成分並不固定，有一定的隨機性，本發明含鎳海綿鐵的組成含量也不能完全確定，具體可由下述方法製備以冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，按照100∶5～15的重量比與煤焦粉混合後擠壓成型，裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原，得到含鎳海綿鐵。
同時，在上述廢棄物的原料中還可以添加一定量的不鏽鋼切割渣，但添加量應不超過原料總重量的50％。
本發明含鎳海綿鐵的具體製備方法包括以下步驟a.以冶煉不鏽鋼廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種，或幾種的任意比例混合物為原料，按照100∶5～15的重量比與煤焦粉混合後，裝入擠壓機中擠壓成型，製成粗坯。
在擠壓成型制粗坯前，還可以在原料中加入不超過原料總重量50％的不鏽鋼切割渣，並混合均勻，共同擠壓成粗坯。
用於將原料擠壓成型的擠壓機壓力為0.1～5t，根據原料中配料比例的不同，擠壓壓力相應作適應性調整。
b.將製成的粗坯裝入還原罐中，再加入佔粗坯重量15～30％的還原劑。其中所述的還原劑是由煤焦粉與脫硫劑按照3～6∶1的重量比混合製成，脫硫劑可以採用石灰石或者白雲石。
c.把裝好的還原罐一齊帶入冶煉窯中，升溫至1000～1500℃，恆溫焙燒5～10h，製成含鎳海綿鐵。
用於製備含鎳海綿鐵的冶煉窯最好是隧道窯，也可以採用側煙窯或者縮式窯等形式的冶煉窯。
本發明還提供了一種由下述方法製備的含鎳海綿鐵以冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，按照100∶5～15∶0.5～5的重量比與煤焦粉和硼砂混合後擠壓成型，裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原，得到含鎳海綿鐵。
同樣，在上述廢棄物原料中也可以添加不超過原料總重量的50％的不鏽鋼切割渣。
一般地，上述製備方法得到的含鎳海綿鐵，TFe含量在50％以上，並含有5％左右的Ni，可以直接作為冶煉不鏽鋼的原料使用。當然，也可以將含鎳海綿鐵進一步冶煉加工成為鎳合金鋼坯，使TFe和Ni的含量進一步提高後，再作為冶煉不鏽鋼的原料使用。
本發明的鎳合金鋼坯的具體製備方法是，將含鎳海綿鐵與矽鐵粉、石灰石粉、炭粉按照1∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2的重量比加入到電弧爐中，以常規技術方法進行冶煉，製成鎳合金鋼坯。
本發明製成的鎳合金鋼坯，TFe含量提高到80％以上，Ni含量提高到8％左右。
採用本發明的上述含鎳海綿鐵和鎳合金鋼坯的製備方法，使用100t不鏽鋼廢棄物原料，最終可以生產出70～80t左右的鎳合金鋼坯。
本發明製成的鎳合金鋼坯主要是作為原料應用在不鏽鋼的冶煉生產中。
本發明利用冶煉不鏽鋼產生的廢棄物為原料，生產含鎳海綿鐵，進而生產鎳合金鋼坯，作為不鏽鋼冶煉生產的原料，一方面可以使煙道灰、層泥、鐵鱗等廢棄物得以回收再生利用，既解決了長期堆置佔用場地的問題，也消除了對環境的汙染問題；另一方面，本發明也把廢棄物變成了可利用資源，節省了大量的珍貴資源；而且使用本發明的產品作為原料冶煉不鏽鋼，可以減少冶煉過程中其它元素的添加量，使不鏽鋼的生產成本大大降低。
具體實施例方式
實施例1取冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰，粉碎至需要的細度後，與煤焦粉按照10∶0.6的重量比混合均勻，加適量水，裝入擠壓機中，以0.4t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細粉後，按照3∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入6.5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1000℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒6h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 56.27％，Ni 5.36％，Cr 7.43％，S 0.28％，P 0.15％，C 0.22％。
實施例2取冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰和鐵鱗，分別粉碎至需要的細度，與煤焦粉、硼砂按照6∶4∶1.2∶0.1的重量比混合均勻後，加適量水，裝入擠壓機中，以1t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細粉後，按照4∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入4Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1300℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒5h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 55.36％，Ni 5.22％，Cr 8.11％，S 0.17％，P 0.12％，C 0.26％。
實施例3
取冶煉不鏽鋼的廢棄物鐵鱗，以及不鏽鋼切割渣，分別粉碎至需要的細度，與煤焦粉按照7∶3∶1的重量比混合均勻後，加適量水，裝入擠壓機中，以2.5t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細粉後，按照5∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入4.5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1350℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒6h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 54.13％，Ni 6.21％，Cr 8.47％，S 0.05％，P 0.19％，C 0.16％。
實施例4取冶煉不鏽鋼的廢棄物層泥和鐵鱗，以及不鏽鋼切割渣，分別粉碎至需要的細度，與煤焦粉、硼砂按照4∶3∶3∶1.2∶0.2的重量比混合均勻後，加適量水，裝入擠壓機中，以1.2t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與白雲石分別粉碎成細粉後，按照4∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入6Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1400℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒8h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 54.12％，Ni 6.03％，Cr 7.29％，S 0.21％，P 0.09％，C 0.24％。
實施例5取冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰和層泥，以及不鏽鋼切割渣，分別粉碎至需要的細度，與煤焦粉、硼砂按照4∶2∶4∶1.5∶0.4的重量比混合均勻後，加適量水，裝入擠壓機中，以1.5t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與白雲石分別粉碎成細粉後，按照5∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入5.5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1350℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒8h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 51.96％，Ni 5.75％，Cr 7.43％，S 0.25％，P 0.17％，C 0.15％。
實施例6取冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥和鐵鱗，分別粉碎至需要的細度，與煤焦粉按照5∶2∶3∶1.2的重量比混合均勻後，加適量水，裝入擠壓機中，以1t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細粉後，按照6∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1300℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒8h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 53.27％，Ni 6.13％，Cr 7.36％，S 0.06％，P 0.12％，C 0.20％。
實施例7取冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥和鐵鱗，以及不鏽鋼切割渣，分別粉碎至需要的細度，與煤焦粉、硼砂按照3∶2∶2∶3∶1.4∶0.3的重量比混合均勻後，加適量水，裝入擠壓機中，以1.8t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細粉後，按照4.5∶1的重量比混合均勻，製成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入6Kg的上述還原劑，填充在還原罐內的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1250℃並恆溫的隧道窯中，恆溫焙燒10h後，出窯冷卻，從還原罐中倒出產品，並清除乾淨附著在表面的殘餘還原劑後，得到含鎳海綿鐵產品。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 59.37％，Ni 6.83％，Cr 8.11％，S 0.13％，P 0.21％，C 0.17％。
實施例8取實施例1含鎳海綿鐵產品4t，矽鐵粉0.5t，石灰石0.5t，炭粉0.5t，一起加入電弧爐中，按照常規技術方法冶煉，並將鋼水澆注成鎳合金鋼坯。本例中每使用100t廢棄物原料，可以生產出鎳合金鋼坯82t左右。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 82.57％，Ni 7.62％，Cr 10.35％。
實施例9取實施例5含鎳海綿鐵產品4t，矽鐵粉0.6t，石灰石0.6t，炭粉0.6t，一起加入電弧爐中，按照常規技術方法冶煉，並將鋼水澆注成鎳合金鋼坯。本例中每使用100t廢棄物原料，可以生產出鎳合金鋼坯87t左右。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 87.18％，Ni 8.55％，Cr 11.24％。
實施例10取實施例7含鎳海綿鐵產品3.5t，矽鐵粉0.5t，石灰石0.5t，炭粉0.5t，一起加入電弧爐中，按照常規技術方法冶煉，並將鋼水澆注成鎳合金鋼坯。本例中每使用100t廢棄物原料，可以生產出鎳合金鋼坯89t左右。
經對上述產品的成分試驗分析，含有TFe 88.82％，Ni 9.64％，Cr 10.85％。
權利要求
1.一種含鎳海綿鐵，其組成並不確定，可由下述方法製備以冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，按照100∶5～15的重量比與煤焦粉混合後擠壓成型，裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原，得到含鎳海綿鐵。
2.根據權利要求1所述的含鎳海綿鐵，其特徵是在原料中還可以添加不鏽鋼切割渣，其添加量不超過原料總重量的50％。
3.一種製備權利要求1或2含鎳海綿鐵的方法，包括以下步驟a.以冶煉不鏽鋼廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種，或幾種的任意比例混合物為原料，並加入不超過原料總重量50％的不鏽鋼切割渣，或者不加不鏽鋼切割渣，按照100∶5～15的重量比與煤焦粉混合後，擠壓成型製成粗坯；b.將粗坯裝入還原罐中，加入佔粗坯重量15～30％的還原劑；c.還原罐入窯，升溫至1000～1500℃，恆溫焙燒5～10h，製成含鎳海綿鐵。
4.根據權利要求3所述的製備含鎳海綿鐵方法，其特徵是所述的還原劑是由煤焦粉與脫硫劑按照3～6∶1的重量比混合製成，其中的脫硫劑採用石灰石或者白雲石。
5.根據權利要求3所述的製備含鎳海綿鐵方法，其特徵是製備含鎳海綿鐵使用的冶煉窯為隧道窯、側煙窯或者縮式窯中的一種。
6.根據權利要求3所述的製備含鎳海綿鐵方法，其特徵是以0.1～5t的壓力將原料擠壓成型為粗坯。
7.一種含鎳海綿鐵，其組成並不確定，可由下述方法製備以冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，按照100∶5～15∶0.5～5的重量比與煤焦粉和硼砂混合後擠壓成型，裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原，得到含鎳海綿鐵。
8.根據權利要求7所述的含鎳海綿鐵，其特徵是在原料中還可以添加不鏽鋼切割渣，其添加量不超過原料總重量的50％。
9.一種生產鎳合金鋼坯的方法，是將權利要求1、2或7、8的含鎳海綿鐵與矽鐵粉、石灰石粉、炭粉按照1∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2的重量比加入到電弧爐中冶煉，製成鎳合金鋼坯。
10.權利要求9的鎳合金鋼坯在冶煉不鏽鋼中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種含鎳海綿鐵及其生產方法，以及利用這種含鎳海綿鐵製造鎳合金鋼坯的方法。具體是以冶煉不鏽鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，與煤焦粉混合後擠壓成型，裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原得到含鎳海綿鐵。進而將含鎳海綿鐵與矽鐵粉、石灰石粉、炭粉加入電弧爐中，以常規技術冶煉製成鎳合金鋼坯。製成的鎳合金鋼坯主要用於冶煉不鏽鋼。本發明利用冶煉不鏽鋼廢棄物生產含鎳海綿鐵，進而生產鎳合金鋼坯，可以回收利用廢棄物，將廢棄物變成可利用資源，降低不鏽鋼的生產成本。
文檔編號C21B13/00GK1641051SQ20041009240
公開日2005年7月20日 申請日期2004年12月10日 優先權日2004年12月10日
發明者李增元 申請人:李增元