一種鎳鉻系不鏽鋼母液的製備方法與流程
2023-12-02 11:30:51 1
本發明屬於不鏽鋼冶煉領域，具體涉及一種鎳鉻系不鏽鋼母液的製備方法。
背景技術：
近年來，我國不鏽鋼產能增長迅速，對鉻鐵和金屬鎳的需求不斷增加。傳統不鏽鋼冶煉主要以鉻鐵合金和純鎳(或鎳鐵合金)為主要合金原料。但隨著全球礦產資源的劣質化，鉻鐵和含鎳原料的生產成本升高，相應地也增加了不鏽鋼生產成本。
目前，國內外不鏽鋼母液製備主要採取電爐、中頻爐、轉爐等傳統不鏽鋼母液製備工藝。
採用電爐和中頻爐冶煉工藝時，使用高碳鉻鐵、鎳鉻生鐵或鎳板熔煉不鏽鋼母液，該工藝熔煉固態高碳鉻鐵會增加熔煉成本，且電爐吹氧使貴重金屬鉻、鎳受損，同時使設備重複配置，投資成本大，能耗高。
世界上絕大多數不鏽鋼企業採用轉爐冶煉工藝，其原料是普通鐵水、固態的高碳鉻鐵和鎳鐵合金。但鉻鐵合金和鎳鐵合金的處理工藝為兩個分別獨立的工藝。而就鉻鐵合金和鎳鐵合金的生產工藝而言，國內多以鉻鐵精礦、粉礦為原料，電爐設備為主，來生產鉻鐵合金，而鎳鐵合金生產主流工藝為迴轉窯～電爐工藝(rkef工藝)。但這些傳統工藝均存在著能耗高、汙染大、操作成本高的缺陷。
因此，為了解決不鏽鋼母液製備中原料成本高、操作成本高、設備投資成本高、能耗高、汙染大、工藝複雜流程長的問題，有必要對其製備工藝進行改進。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的在於提供一種鎳鉻系不鏽鋼母液的製備方法。本發明提供的製備方法原料成本低，工藝簡單，鉻、鎳回收率高。
本發明提供了一種鎳鉻系不鏽鋼母液的製備方法，包括步驟：將紅土鎳礦、鉻鐵礦粉礦、含碳還原劑、添加劑按照質量配比為：40％～60％：20％～40％：8％～15％：1％～6％混合均勻，得到混合料。其中，所述紅土鎳礦的含水量為5wt％～20wt％(wt％為質量百分比)。將所述混合料壓球、烘乾，得到球團。所述球團在1250～1400℃的還原氣氛下焙燒，得到預還原球團。將所述預還原球團熱送至熔煉爐中進行熔煉，然後經渣鐵分離，得到鎳鉻系不鏽鋼母液。其中，所述預還原球團通過鏈板或罐式熱送至所述熔煉爐中熔煉。所述鉻鐵礦粉礦為鉻鐵礦開採過程中產生的粉礦。
優選地，所述紅土鎳礦的粒度≤3mm。其中，所述紅土鎳礦被乾燥至含水量為5wt％～20wt％。並將紅土鎳礦粉碎至粒度為3mm及以下。紅土鎳礦含水量大，並具有較強的粘性，與粘性較差的鉻鐵礦粉礦混合壓球時，能夠提供鎳鉻系不鏽鋼冶煉必不可少的鎳元素，並充當壓球所需的粘結劑，使得球團強度大大提高，球團生產成本大幅度降低。
優選地，所述鉻鐵礦粉礦的粒度≤1mm。
優選地，所述含碳還原劑為無煙煤、焦粉、蘭炭中的一種。所述含碳還原劑中固定碳的質量含量為70％～90％。所述含碳還原劑的粒度≤1mm。
優選地，所述添加劑中各組分的質量配比為：矽石：石灰石：純鹼＝40％～60％：20％～40％：0％～20％。
優選地，所述壓球過程在對輥壓球機中進行，並控制所述對輥壓球機的線壓比為4～10t/cm。
優選地，控制所述烘乾過程溫度為120～400℃，時間為90～120min。
優選地，所述球團在還原氣氛下焙燒的時間為25～60min。
優選地，所述熔煉爐選用礦熱電爐、中頻爐、轉爐中的一種。
優選地，控制所述熔煉過程的溫度為1650～1850℃，時間為180～300min。
本發明提供的製備方法使冶煉周期大大縮短，採用來源廣泛、價格低廉的紅土鎳礦和鉻鐵礦粉礦為原料，製備不鏽鋼母液，大大降低了不鏽鋼的冶煉成本。
本發明採用粘性較強的紅土鎳礦與粘性較差的鉻鐵礦粉礦混合壓球。其中，紅土鎳礦可提供製備鎳鉻系不鏽鋼母液所需的鎳元素，並充當壓球所需的粘結劑，使得球團強度大大提高，球團的生產成本大幅度降低。
本發明先將由混合料製備的球團進行預還原，使鐵和鉻有一定的金屬化率，能夠有效降低電爐熔煉的能耗。與現有技術中鎳鐵合金和鉻鐵合金的處理分別為兩個獨立的工藝相比，本發明採用含鉻鎳預還原球團生產鎳鉻系不鏽鋼母液，克服了現有工藝複雜、流程長、能耗高、汙染大、操作成本高的缺陷。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供的一種製備鎳鉻系不鏽鋼母液的工藝流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。
如圖1所示，本發明提供的鎳鉻系不鏽鋼母液的製備方法包括如下步驟：
(1)將紅土鎳礦原料乾燥至含水量為5～20wt％，並破碎至粒度≤3mm，得到紅土鎳礦。將紅土鎳礦、鉻鐵礦粉礦、含碳還原劑、添加劑按照質量配比為：40％～60％：20％～40％：8％～15％：1％～6％混合均勻，得到混合料。其中，鉻鐵礦粉礦的粒度≤1mm。含碳還原劑的粒度≤1mm。
本發明選用的鉻鐵礦粉礦為鉻鐵礦開採過程中產生的粉礦。
本發明中，還原劑選用無煙煤、焦粉或蘭炭中的一種。並且，還原劑中，固定碳的質量含量為70％～90％。
本發明的添加劑中，各組分的質量配比為：矽石：石灰石：純鹼＝40％～60％：20％～40％：0％～20％。
(2)上述步驟得到的混合料經壓球、烘乾處理，得到球團。其中，壓球過程在對輥壓球機中進行。並且，控制對輥壓球機的線壓比為4～10t/cm。烘乾過程中，控制烘乾溫度為120～400℃，烘乾時間為90～120min。
(3)上述步驟得到的球團在1250～1400℃的還原氣氛下焙燒，得到預還原球團。並控制焙燒時間為25～60min。
(4)將預還原球團熱送至熔煉爐中進行熔煉，然後經渣鐵分離，得到鎳鉻系不鏽鋼母液。本發明中的熱送方式選用鏈板或罐式熱送。
本發明中的熔煉爐選用礦熱電爐、中頻爐或轉爐中的一種。並控制熔煉過程的溫度為1650℃～1850℃，熔煉時間為180～300分鐘。
本發明採用來源廣泛、價格低廉的紅土鎳礦和鉻鐵礦粉礦為原料，製備不鏽鋼母液。紅土鎳礦含水量大，並具有較強的粘性，與粘性較差的鉻鐵礦粉礦混合壓球時，能夠提供鎳鉻系不鏽鋼冶煉必不可少的鎳元素，並充當壓球所需的粘結劑，使得球團強度大大提高，球團生產成本大幅度降低。
紅土鎳礦中sio2含量較高，熔點較低，單獨預還原時物料極易熔化，冶煉溫度區間窄，難以控制。鉻鐵礦熔點高，單獨預還原時，cr2o3還原難度大，還原溫度高。本發明以一定配比的紅土鎳礦和鉻鐵礦混合料為原料製備含碳球團，對該球團進行預還原時，預還原溫度區間較紅土鎳礦和鉻鐵礦單獨預還原時變大，配以添加劑，球團的還原性質得到明顯改善。
實施例1
紅土鎳礦中：tfe＝17.0wt％、tni＝1.69wt％，鉻鐵礦粉礦中：tfe＝19.2wt％、cr2o3＝43.4wt％。含碳還原劑選用無煙煤，其中固定碳含量為82.6wt％。添加劑中各組分的質量配比為：矽石：石灰石：純鹼＝50％：40％：10％。
將紅土鎳礦原料乾燥至含水量為15wt％～20wt％，並破碎至粒度為3mm以下，得到紅土鎳礦。將紅土鎳礦、鉻鐵礦粉礦、含碳還原劑、添加劑按60％：30％：8％：2％的質量配比混合均勻，得到混合料。採用對輥壓球機將混合料壓球，線壓比為5t/cm，然後在300℃的溫度下烘乾100分鐘，得到球團。球團在1400℃的溫度下還原焙燒30分鐘，得到預還原球團。將熱態的預還原球團通過鏈板熱送至1750℃的中頻爐中熔煉180分鐘，經渣鐵分離後得到鎳鉻系不鏽鋼母液。
經檢測，本實施例所得的不鏽鋼母液的成分為：tcr＝19.9wt％、tni＝4.2wt％。
實施例2
紅土鎳礦中：tfe＝14.6wt％、tni＝0.98wt％，鉻鐵礦粉礦中：tfe＝21.2wt％、cr2o3＝41.3wt％。含碳還原劑為焦粉，其中固定碳含量為79.7wt％。添加劑中各組分的質量配比為：矽石：石灰石＝60％：40％。
將紅土鎳礦原料乾燥至含水量為10wt％～15wt％，並破碎至粒度為3mm以下，得到紅土鎳礦。將紅土鎳礦、鉻鐵礦粉礦、含碳還原劑、添加劑按50％：35％：12％：3％的質量配比混合均勻，得到混合料。採用對輥壓球機將混合料壓球，線壓比為6t/cm，然後在200℃的溫度下烘乾120分鐘，得到球團。球團在1350℃的溫度下還原焙燒45分鐘，得到預還原球團。將熱態的預還原球團通過罐式熱送至1700℃的礦熱電爐中熔煉300分鐘，經渣鐵分離後得到鎳鉻系不鏽鋼母液。
經檢測，本實施例所得的不鏽鋼母液的成分為：tcr＝22.5wt％、tni＝3.4wt％。
實施例3
紅土鎳礦中：tfe＝34.3wt％、tni＝1.12wt％，鉻鐵礦粉礦中：tfe＝18.7wt％、cr2o3＝36.1wt％。含碳還原劑為無煙煤，其中固定碳含量為83.2wt％。添加劑中各組分的質量配比為：矽石：石灰石：純鹼＝45％：35％：20％。
將紅土鎳礦原料乾燥至含水量為10wt％～20wt％，並破碎至粒度為3mm以下，得到紅土鎳礦。將紅土鎳礦、鉻鐵礦粉礦、含碳還原劑、添加劑按45％：36％：15％：4％的質量配比混合均勻，得到混合料。採用對輥壓球機將混合料壓球，線壓比為8t/cm，然後在400℃的溫度下烘乾90分鐘，得到球團。球團在1350℃的溫度下還原焙燒45分鐘，得到預還原球團。將熱態的預還原球團通過罐式熱送至1700℃的礦熱電爐中熔煉270分鐘，經渣鐵分離後得到鎳鉻系不鏽鋼母液。
經檢測，本實施例所得的不鏽鋼母液的成分為：tcr＝26.3wt％、tni＝2.7wt％。
實施例4
紅土鎳礦中：tfe＝16.7wt％、tni＝1.05wt％，鉻鐵礦粉礦中：tfe＝18.9wt％、cr2o3＝38.2wt％。含碳還原劑為蘭炭，其中固定碳含量為80.6wt％。添加劑中各組分的質量配比為：矽石：石灰石：純鹼＝40％：40％：20％。
將紅土鎳礦原料乾燥至含水量為10wt％～15wt％，並破碎至粒度為3mm以下，得到紅土鎳礦。將紅土鎳礦、鉻鐵礦粉礦、含碳還原劑、添加劑按40％：40％：14％：6％的質量配比混合均勻，得到混合料。採用對輥壓球機將混合料壓球，線壓比為4t/cm，然後在120℃的溫度下烘乾120分鐘，得到球團。球團在1250℃的溫度下還原焙燒60分鐘，得到預還原球團。將熱態的預還原球團通過鏈板熱送至1850℃的轉爐中熔煉240分鐘，經渣鐵分離後得到鎳鉻系不鏽鋼母液。
經檢測，本實施例所得的不鏽鋼母液的成分為：tcr＝20.9wt％、tni＝3.5wt％。
最後應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。