專利名稱：鎳鉻鐵合金及生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎳鉻鐵合金及生產方法領域。
背景技術：
目前，不銹鋼的冶煉原料，主要是高爐鐵水+高碳鉻鐵+鎳鐵+不銹鋼廢鋼。(在轉爐或電爐中冶煉)，而高碳鉻鐵的制取需用含鉻富礦，在電爐中冶煉，能耗高而成本昂貴。鎳鐵的制取，涉及有色冶金，針對不同的鎳礦石，選擇不同的提鎳方法，無論濕法冶煉(氨浸法或酸浸法)或火法冶煉。由于鎳礦石含鎳品位不高，成份復雜，伴生脈石多，屬難熔物料等特點，因此提鎳的生產工藝十分復雜，生產成本高，產品價格昂貴，因而，近年來，大多數采用純鎳類原料冶煉不銹鋼，合金鋼的鋼廠，已改用非純鎳類原料。然而，迄今為止，還沒有一種同時具備鎳、鉻元素含量，可以直接滿足冶煉不銹鋼需求的原料。因而人們耗費大量的能源，用復雜的工藝過程，分別將鎳、鉻提煉，富集成純度很高的鎳鐵、鉻鐵，然后再將它們稀釋到不銹鋼中去，浪費了大量的人力，財力。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種鎳鉻鐵合金及生產方法，所述的鎳鉻鐵合金同時具備鎳、鉻元素含量，可以直接滿足冶煉不銹鋼需求的原料。
本發(fā)明通過以下技術方案實施的，一種鎳鉻鐵合金，它包含重量含量為1.5～6.0％的鎳，3.0～21.0％的鉻，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的錳，其余為鐵。合金中硫的重量含量小于0.07％，磷的重量含量小于0.075％，優(yōu)選方案為合金中硫的重量含量小于0.03％，磷的重量含量小于0.045％。
本發(fā)明還可以通過以下技術方案進一步實施所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，它包括如下步驟(1)將鎳鉻工業(yè)廢棄物、粒度小于10mm的鎳鉻礦粉、熔劑粉、焦炭粉送入燒結配料稱量配料，并加水混合送入混合機造球；(2)將混合機所造的球進行燒結，將燒結產物進行篩分，篩分后得到鎳鉻燒結礦和燒結返料；(3)將所述的鎳鉻燒結礦、粒度大于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭通過高架料倉混合后送入高爐中冶煉，制得鎳鉻鐵合金。
所述的燒結返料與所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物、粒度小于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭加水進行混合后作為下次送入混合機造球的原料。
所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物是不銹鋼軋鋼皮、提鎳尾渣、不銹鋼煉鋼除塵灰中的至少一種或兩種以上的混合物。
所述的不銹鋼軋鋼皮的成分含量為鐵54％；氧化鐵2.57％；硫0.064％；磷0.028％；錳3.08％；二氧化硅4.43％；氧化鈣1.70％；氧化鎂0.76％；鎳0.82％；鉻7.74％；氧化鋁0.8％；水3～5％；所述的提鎳尾渣的成分含量為鐵46～50％；硫0.02％；磷0.07％；錳0.8％；二氧化硅8～10％；氧化鈣0.1％；氧化鎂5～6％；鎳0.29～0.35％；鉻2.5～3.2％；氧化鋁6～7％；水20％；所述的不銹鋼煉鋼除塵灰的成分含量為鐵34.05％；氧化鐵9.82％；硫0.095％；磷0.023％；錳0.34％；二氧化硅5.05％；氧化鈣11.50％；氧化鎂3.24％；鎳1.74％；鉻13.58％；氧化鋁2.39％；水20％。
所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物為兩種或兩種以上時，要首先對所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物進行預混合，然后再同粒度小于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭加水混合后作為下次送入混合機造球的原料。
所述的鎳鉻礦的成分重量含量為鎳0.5-1.5％，鉻1-5％。
在步驟(3)中高爐冶煉后產生的高爐除塵灰與所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物、粒度小于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭加水進行混合后作為下次送入混合機造球的原料。
所述的熔劑是白云石、石灰石、瑩石中的至少一種或兩種以上的混合物。
步驟(3)中所述的高爐的冶煉溫度為1500-1800攝氏度。
在步驟(3)中高爐冶煉后產生的爐渣的堿度為1.15～1.25。
在步驟(3)中高爐冶煉后產生的爐渣的成分中氧化鎂的重量含量為8～10％。
所述的焦炭的磷的重量含量要小于0.020％。
本發(fā)明與已有技術相比有如下優(yōu)點1、本發(fā)明的鎳鉻鐵合金是一種新型的合金材料，它同時具備鎳、鉻元素含量，可以直接滿足冶煉不銹鋼需求的原料冶煉不銹鋼，改變了傳統(tǒng)中先從鎳鉻鐵礦石中分別冶煉鎳鐵、鉻鐵，然后再把鎳鐵、鉻鐵作為原料去冶煉不銹鋼的方法。
2、利用國內外尚未利用的或廢棄的低品位含鎳、鉻礦石，和各種含鎳鉻工業(yè)廢棄物冶煉所述的鎳和鐵合金，不但能變廢為寶，還具有明顯的資源節(jié)約，綜合利用，改善環(huán)境的特征。
3、所述的鎳鉻鐵合金重量含量為1.5～6.0％的鎳，3.0～21.0％的鉻，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的錳，其余為鐵滿足不銹鋼各牌號對鎳、鉻合金元素的需求，可以直接冶煉各種不銹鋼，優(yōu)化、簡化了不銹鋼冶煉工藝，大量節(jié)約能源，提高生產率，和降低了生產成本。
4、利用所述的生產方法冶煉鎳鉻鐵合金，具有工藝簡單，只要在已有的設備上加以改造就可以滿足冶煉工藝的要求了，節(jié)約了成本。
具體實施例方式
實施例1首先選取冶煉原料鎳鉻礦鎳鐵礦開采過程，表層1～3米，由于含Ni低，含Fe較高、不能滿足提鎳工藝的要求因而當作尾礦廢棄。這些棄礦可以用作冶煉鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)的原料。
所述的鎳鉻礦的成分重量含量為鐵50.4％；氧化亞鐵1.03％；鎳0.96％；鉻2.21％；硫0.022％；磷0.027％；錳0.14％；二氧化硅6.48％；氧化鈣2.46％；氧化鎂1.33％；氧化鋁3.68％。
所述的鎳鉻礦粉的成分重量含量為鐵52.50％；氧化亞鐵1.03％；鎳0.78％；鉻2.35％；硫0.023％；磷0.023％；錳0.13％；二氧化硅5.05％；氧化鈣2.65％；氧化鎂0.89％；氧化鋁3.04％。
不銹鋼軋鋼皮不銹鋼軋制過程中的鐵鱗(軋鋼皮)。含有可回收的寶貴Ni、Cr資源，含鐵量亦較高，其他有害雜質均較低，是十分理想的配加原料。
所述的不銹鋼軋鋼皮的成分重量含量為鐵54％；氧化鐵2.57％；硫0.064％；磷0.028％；錳3.08％；二氧化硅4.43％；氧化鈣1.70％；氧化鎂0.76％；鎳0.82％；鉻7.74％；氧化鋁0.8％；水3～5％。
提鎳尾渣鎳工廠氨浸法提鎳后的廢棄尾渣也含有可回收的Ni、Cr資源，可在配料中加入，既可達到降低成本的目的也可減輕環(huán)境污染。
所述的提鎳尾渣的成分重量含量為鐵46～50％；硫0.02％；磷0.07％；錳0.8％；二氧化硅8～10％；氧化鈣0.1％；氧化鎂5～6％；鎳0.29～0.35％；鉻2.5～3.2％；氧化鋁6～7％；水20％。
不銹鋼煉制過程中的煙塵灰不銹鋼煉制過程所產生的煙塵灰含有較豐富的鎳和鉻元素，而在傳統(tǒng)的工藝流程中又很難得到利用。發(fā)明則充分利用了高爐還原的特點，將不銹鋼煉鋼煙塵作為入爐原料，消化了廢棄物，降低了生產成本，還有利于調節(jié)產品的鎳鉻成份。
所述的不銹鋼煉鋼除塵灰的成分重量含量為鐵34.05％；氧化鐵9.82％；硫0.095％；磷0.023％；錳0.34％；二氧化硅5.05％；氧化鈣11.50％；氧化鎂3.24％；鎳1.74％；鉻13.58％；氧化鋁2.39％；水20％。
焦炭焦炭是重要的冶金原料，除滿足一般煉鐵要求的物理和化學性能條件以外，冶煉鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)特別關注焦炭中的磷含量，盡量選擇低磷低灰份的二級冶金焦炭。所述的焦炭的磷元素的百分含量要小于0.020％。
表5.冶煉用焦炭典型成份(％)

熔劑鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)生產所用的熔劑主要有白云石、石灰石等。表2為冶煉用熔劑典型成份。
表2.冶煉用熔劑典型成份(％)

根據生產規(guī)模，可以選擇158m3～620m3高爐，每座高爐的生產能力分別可以達到15萬噸/年～60萬噸/年。
在冶煉之前要對高爐進行改造，由于冶煉鎳鉻鐵合金工藝的特點要，需要對高爐進行必要的改進，改進按如下指標進行1、高爐煤氣采用重力除塵和布袋干法除塵，過剩煤氣用于發(fā)電。
2、熱風爐具備1250℃高風溫水平(采用球式熱風爐)。
3、建議采用富氧鼓風和噴吹煤粉，富氧率3～5％。，噴煤量為100kg/t合金～150kg/t合金。
4、爐體具有強化冷卻的冷卻結構。
5、設有中和混勻料場和予配料系統(tǒng)。
6、滿足70～80％燒結比的燒結設備。
7、滿足15～30％的球團比的豎爐球團設備。
8、高爐具有水力沖渣系統(tǒng)，沖渣水自循環(huán)無排放。
9、高爐、燒結、球團生產過程的煙塵、粉塵泄漏點采取有效吸塵、除塵措施，確保環(huán)境空氣質量。
10、水循環(huán)率達95％以上。排放水無污染。達到排放標準。
在高爐冶煉過程中還應注意如下幾點①必須保持較高的熔煉溫度，以保證鎳鉻氧化物的還原和回收率由于含鉻鐵水的熔點隨含鉻量的增加而上升，因此鎳鉻合金的熔化溫度比普通鐵水高170-200℃為了保持良好的流動性，鎳鉻鐵合金(不銹母液)的出爐溫度要求1450℃以上。爐前實際測量結果表明，當硅元素的含量為1.20％時，母液溫度為1534℃。
由于氧化鉻的直接還原消耗大量的熱量，因此必須向爐缸提供充沛的熱量，否則還原反應就不充分，鉻的還原率和回收率就會降低。過低的爐溫會產生爐涼甚至爐缸凍結。因此除了維持適當的焦比和維持較高的硅含量以外，高風溫、富氧鼓風是非常有效的措施。同時選擇適當的風速和鼓風動能，以保持活躍的爐缸。生產實踐表明送風制度不合理，爐缸產生堆積，不僅渣鐵溫度不足，Ni和Cr還原率降低，并且初始煤氣流分布不良，爐況就很快惡化。
②必須有合理的造渣制度，以保證合金與熔渣的分離通過合理的造渣制度來保證冶煉過程的持續(xù)和穩(wěn)定。冶煉鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)時的造渣制度必須充分考慮以下因素◆由于含Ni和Cr礦石通常含有較高的氧化鋁，有時渣中氧化鋁高達20％或以上，而氧化鋁的熔點較高，熔渣的粘度也隨之增加；◆含Cr礦石的熔渣，氧化鉻呈飽和狀態(tài)，這種爐渣熔點高，流動性差，其粘度隨溫度變化而急劇變化，呈(短渣)特性；◆為了保持合金母液的良好流動性，鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)需要保持1450℃以上的溫度，熔渣溫度應高于鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)溫度50℃-80℃，因此冶煉鎳鉻合金不銹鋼母液的溫度應在1500℃以上。這是造渣制度合理性的標志；◆選擇合適的爐渣熔點，通過配料選擇合適的爐渣成份。由于爐渣成份決定著爐渣的熔點，爐渣的熔點又決定爐內的溫度，為了確保鉻氧化物的充分還原所必須的溫度，要求選擇好合適的爐渣成份。爐渣的熔點過低和過高都不利于鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)的冶煉；◆具備良好的流動性——即合適的粘度。在合適的溫度條件下，爐渣粘度對爐料，煤氣的相對運動及合理分布會產生顯著的影響，從而影響爐況行程的好壞。另外，液相中的反應擴散速度與粘度成反比，因此粘度也會影響合金元素的還原及回收率；◆具備良好的穩(wěn)定性。所謂穩(wěn)定性通常是指當爐渣成份波動和爐渣溫度波動時，要求爐渣的粘度變化較小，這在生產過程中具有重要的實際意義。由于原料成份的變化，稱量的波動以及爐況的波動，爐渣成份和爐溫會經常產生變化。如果爐渣具有良好的穩(wěn)定性，爐況就不會急劇惡化。也就有足夠的時間進行調整。否則就會發(fā)生透氣性惡化，渣鐵難流，爐缸堆積，爐墻結厚等爐況失常情況。
選擇合理的造渣制度對冶煉鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)而言主要是選擇合適的二元爐渣堿度，其所述的堿度為1.15～1.25之間。保持合適的渣中氧化鎂含量和一定數量的氧化錳含量，其中氧化鎂的重量含量在8～10％之間以改善爐渣性能。由于氧化鋁含量較高以及渣中氧化鉻的難熔性，冶煉中必須要有較高的溫度以維持爐渣熱容量，當爐缸活躍，爐溫充沛時，在過熱度較大的條件下，適當提高爐渣堿度可獲得良好的流動性，且更有利于鎳鉻氧化物的還原回收以及母液脫硫。
③必須要采取合理的配料手段以穩(wěn)定入爐原料的成份鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)的產品特征是將不銹鋼冶煉所需的主要成份在高爐內配制冶煉而成。由于提供的原料的多樣性，各種廢棄物爐料在回收過程中數量及成份的不穩(wěn)定性，因此必須通過強化配料過程以穩(wěn)定原料成份。這是保證產品成分穩(wěn)定發(fā)及實現資源綜合利用、降低生產成本的重要先決條件，也是實現爐況長期穩(wěn)定順行的必要保證。
建立預配料系統(tǒng)，對于數量和成份波動較大的不銹鋼軋鋼皮，不銹鋼冶煉的除塵灰、系統(tǒng)自身的重力除塵灰以及提鎳提鉻廢棄尾渣等爐料的使用是十分有效的。
④必須堅持精料入爐的方針，盡可能降低產品的含磷量。
不銹鋼產品對含磷量有很高的要求，作為原料的鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)應該盡可能地做到低磷的水平。從冶金學角度看，在高爐還原過程中原料帶入的磷95％要進入鐵水。因此要獲得低磷的鎳鉻鐵合金(不銹鋼母液)就必須采取精料入爐的方針，將原料的磷含量降至最低，才能使產品滿足后續(xù)工藝的要求。同時選擇合理的爐料結構為了改善冶煉礦石的還原條件，避免大量生礦入爐，要盡可能的提高入爐料的熟料率。根據使用原料的粒度組成，鎳鉻原礦大部份為＜10mm的富礦粉，它和軋鋼皮等適合生產具有一定堿度的燒結礦，而煉鋼除塵灰和提鎳尾渣由于粒度極細較適合生產酸性球團礦，因此，根據冶煉不同牌號鐵合金的Ni、Cr含量要求可以選擇適當的燒結比和球團比，原礦中的少量塊礦，經過破碎篩分，10～30mm部分，可以直接入爐并可以調整爐渣堿度。將所述的鎳鉻燒結礦和粒度大于10mm的鎳鐵紅土礦、熔劑、焦炭一同送入高爐中冶煉，即可得到鎳鉻鐵合金。
所述的鎳鉻鐵合金的高爐冶煉方法包括如下步驟首先將上述的不銹鋼軋鋼皮、提鎳尾渣、不銹鋼煉鋼除塵灰破碎，使得其粒度小于10mm，將它們送入預配料系統(tǒng)進行預配料。將鎳鉻礦、熔劑、焦炭也進行破碎，將其粒度小于10mm的鎳鐵紅土礦，熔劑，焦炭連同在預配料系統(tǒng)中進行預配料的原料一同送入燒結配料倉進行混合配料。然后將其混合均勻的配料送入混料造球中造球，將造得的生球進行燒結，將燒結產物進行篩分，篩分后得到鎳鉻燒結礦和燒結返料；將燒結返礦送入燒結配料倉進行二次配料。
將所述的鎳鉻燒結礦和粒度大于10mm的鎳鐵紅土礦、熔劑、焦炭一同送入高爐中冶煉，即可得到鎳鉻鐵合金。所述的鎳鉻鐵合金滿足要求。
所述的鎳鉻鐵合金，，包含1.5～6.0％的鎳，3.0～21.0％的鉻，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的錳，小于0.03％的硫，小于0.045％的磷，其余為鐵。
權利要求
1.一種鎳鉻鐵合金，其特征在于它包含重量含量為1.5～6.0％的鎳，3.0～21.0％的鉻，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的錳，其余為鐵。
2.根據權利要求1所述的鎳鉻鐵合金，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.根據權利要求2所述的鎳鉻鐵合金，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％。
4.一種鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于它包括如下步驟(1)將鎳鉻工業(yè)廢棄物、粒度小于10mm的鎳鉻礦粉、熔劑、焦炭加水混合后送入混合機造球；(2)將混合機所造的球進行燒結，將燒結產物進行篩分，篩分后得到鎳鉻燒結礦和燒結返料；(3)將所述的鎳鉻燒結礦、粒度大于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭混合后送入高爐中冶煉，制得鎳鉻鐵合金。
5.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的燒結返料與所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物、粒度小于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭加水進行混合后作為下次送入混合機造球的原料。
6.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物是不銹鋼軋鋼皮、提鎳尾渣、不銹鋼煉鋼除塵灰中的至少一種或兩種以上的混合物。
7.根據權利要求6所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的不銹鋼軋鋼皮的成分重量含量為鐵54％；氧化鐵2.57％；硫0.064％；磷0.028％；錳3.08％；二氧化硅4.43％；氧化鈣1.70％；氧化鎂0.76％；鎳0.82％；鉻7.74％；氧化鋁0.8％；水3～5％；所述的提鎳尾渣的成分重量含量為鐵46～50％；硫0.02％；磷0.07％；錳0.8％；二氧化硅8～10％；氧化鈣0.1％；氧化鎂5～6％；鎳0.29～0.35％；鉻2.5～3.2％；氧化鋁6～7％；水20％；所述的不銹鋼煉鋼除塵灰的成分重量含量為鐵34.05％；氧化鐵9.82％；硫0.095％；磷0.023％；錳0.34％；二氧化硅5.05％；氧化鈣11.50％；氧化鎂3.24％；鎳1.74％；鉻13.58％；氧化鋁2.39％；水20％。
8.根據權利要求6所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物為兩種或兩種以上時，要首先對所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物進行預混合，然后再同粒度小于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭加水混合后作為下次送入混合機造球的原料。
9.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的鎳鉻礦的成分重量含量為鎳0.5-1.5％，鉻1-5％。
10.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于在步驟(3)中高爐冶煉后產生的高爐除塵灰與所述的鎳鉻工業(yè)廢棄物、粒度小于10mm的鎳鉻礦、熔劑、焦炭加水進行混合后作為下次送入混合機造球的原料。
11.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的熔劑是白云石、石灰石、瑩石中的至少一種或兩種以上的混合物。
12.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于步驟(3)中所述的高爐的冶煉溫度為1500-1800攝氏度。
13.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于在步驟(3)中高爐冶煉后產生的爐渣的堿度為1.15～1.25。
14.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于在步驟(3)中高爐冶煉后產生的爐渣的成分中氧化鎂的重量含量為8～10％。
15.根據權利要求4所述的鎳鉻鐵合金的生產方法，其特征在于所述的焦炭的磷的重量含量要小于0.020％。
全文摘要
一種鎳鉻鐵合金及生產方法，所述的鎳鉻鐵合金同時具備鎳、鉻元素含量，它包含重量含量為1.5～6.0％的鎳，3.0～21.0％的鉻，0.6～2.0％的硅，0.3～0.8％的錳，其余為鐵，此種鎳鉻鐵合金可以直接滿足冶煉不銹鋼需求的原料。它是將鎳鉻工業(yè)廢棄物，粒度小于10mm的鎳鉻礦粉，熔劑，焦炭加水混合后送入混合機造球；將混合機所造的球進行燒結，將燒結產物進行篩分，篩分后得到鎳鉻燒結礦；將所述的鎳鉻燒結礦、粒度大于10mm的鎳鉻礦，熔劑，焦炭混合后送入高爐中冶煉，制得鎳鉻鐵合金。利用國內外尚未利用的或廢棄的低品位鎳鉻礦石和各種鎳鉻工業(yè)廢棄物，能夠節(jié)約資源，改善環(huán)境。
文檔編號C21B5/02GK1847440SQ20061003998
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權日2006年4月25日
發(fā)明者金連榮, 張興華, 金學文 申請人:吳江市東大鑄造有限公司