專利名稱：：粗制鎳鐵空氣一步除雜精煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及火法精制鎳鐵合金的冶金技術(shù)，是一種從粗制鎳鐵合金中冶煉精制鎳鐵合金的空氣一步除雜精煉方法。技術(shù)背景眾所周知，鎳是冶金行業(yè)中重要的合金元素，由于鎳金屬具有獨(dú)特的性能，在生產(chǎn)特殊鋼、高溫合金、精密合金、耐熱合金、形態(tài)記憶合金、儲(chǔ)氫合金、電子及電氣電池、磁性材料、傳感器和化學(xué)催化劑等眾多
技術(shù)領(lǐng)域：
中都具有非常廣泛的應(yīng)用，鎳合金材料在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防軍事建設(shè)中都占有十分重要的地位，屬于重要的戰(zhàn)略金屬。同時(shí)，隨著全球不銹鋼和特殊鋼的廣泛應(yīng)用，造成冶煉不銹鋼和特殊鋼的最主要元素一一鎳金屬供應(yīng)短缺，引起價(jià)格飛漲。從全球不銹鋼產(chǎn)量看，近幾年來，不銹鋼產(chǎn)量呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢(shì)，2008年的產(chǎn)量預(yù)計(jì)在3000萬噸左右。我國不銹鋼生產(chǎn)從2000年開始大幅度增長，2006年已經(jīng)超過日本的400萬噸/年，一直穩(wěn)居世界第一位，2008年預(yù)計(jì)生產(chǎn)760萬噸。世界上2/3的鎳消費(fèi)用于生產(chǎn)不銹鋼，簡單計(jì)算，鎳/不銹鋼比值一般為4%，所以，2008年我國僅不銹鋼用鎳消費(fèi)量就達(dá)在30萬噸以上，據(jù)估計(jì)，我國在2010年不銹鋼的產(chǎn)量將達(dá)到1000萬噸，鎳消費(fèi)量達(dá)到40萬噸的規(guī)模。從國際不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)來看，不銹鋼生產(chǎn)主要原料為合格的精制鎳鐵，因此達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的精制鎳鐵市場(chǎng)需求空間非常廣闊。目前，國內(nèi)所有用紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的生產(chǎn)工藝，一般是采用高爐和電爐，鎳鐵冶煉技術(shù)基本上屬于粗放型、小規(guī)模、低技術(shù)、高污染的狀況，生產(chǎn)出來的鎳鐵指標(biāo)為Ni:6~12%、S:0.1~1°/o、P:0.080.15%、Si:0.3~7.5%、C:1~7%、Cr:0.6~3%。國內(nèi)目前還沒有哪家公司生產(chǎn)出的鎳鐵各項(xiàng)指標(biāo)能同時(shí)達(dá)到國際發(fā)達(dá)國家的鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)Ni:216%、S:^).03%、P:$0.03%、Si:$0.2%、C:%、Cr:0.1~2.5%。隨著國家行業(yè)整合度進(jìn)一步提高，鎳鐵生產(chǎn)工藝將向集約型、大規(guī)模、完整工藝、低污染、低成本高技術(shù)型方向發(fā)展，因此開發(fā)達(dá)到發(fā)達(dá)國家精制鎳鐵指標(biāo)的鎳鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)和方法，對(duì)我國的鎳鐵發(fā)展至關(guān)重要。如何尋找一種冶煉工藝或精煉方法，把粗鎳鐵中有害金屬元素脫除到下游產(chǎn)品需求的指標(biāo)，已成為鎳冶煉行業(yè)內(nèi)急待解決的課題。當(dāng)前國內(nèi)外開發(fā)出來的生產(chǎn)方法一般為兩步法或是三步法，而且都是用氧氣氧化方式進(jìn)行，這造成了制氧站系統(tǒng)建設(shè)的巨大投資和氧氣制備的生產(chǎn)成本增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的主要是解決國內(nèi)現(xiàn)有高爐、電爐冶煉鎳鐵方法煉出的粗鎳鐵產(chǎn)品雜質(zhì)含量高、鎳含量低，煉不出國際上精制鎳鐵的技術(shù)難題。同時(shí)解決的技術(shù)難題是克服國外現(xiàn)有技術(shù)在粗制鎳鐵精煉除雜過程中，工藝分為幾步進(jìn)行，工藝流程過長，導(dǎo)致投資和運(yùn)行成本增加的技術(shù)難題。因此本發(fā)明提出一種在同一精煉爐內(nèi)，通過空氣進(jìn)行吹煉，一步除去鎳鐵合金中有害雜質(zhì)元素的精煉方法，即粗制鎳鐵空氣一步除雜精煉方法。本發(fā)明用空氣取代氧氣，所有雜質(zhì)均在同一爐內(nèi)脫除，工藝流程簡單，操作簡便，可調(diào)、有效，相對(duì)于目前國內(nèi)外技術(shù)特點(diǎn)，投資成本和運(yùn)行成本更低，更具市場(chǎng)價(jià)值。相比用氧氣氧化方式進(jìn)行的氧氣一步法工藝方法，空氣一步法工藝投資更省生產(chǎn)運(yùn)行成本更為理想。因此無論是對(duì)粗鎳鐵的精煉技術(shù)還是對(duì)投資成本和運(yùn)行成本來說，都更具有重要推廣意義和市場(chǎng)價(jià)值。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的將成份按重量n/。為Ni:6~12%、S:0.11%、P:0.08~0.15%、Si:0.3~7,5%、C:卜7%、Cr:0.63%的粗制鎳鐵放在精煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，在精煉爐內(nèi)金屬爐料全部熔化后，或直接將電爐或高爐冶煉出來的粗制鎳鐵鐵水倒在精煉爐內(nèi)后，具體步驟按以下次序進(jìn)行A、加入復(fù)合造渣助劑及還原劑硅鐵①復(fù)合造渣助劑包括碳酸鈉、石灰石、螢石，②根據(jù)粗制鎳鐵成份與復(fù)合造渣助劑以及還原劑成份按以下重量百分比例配料后混合投入粗制鎳鐵碳酸鈉石灰石螢石還原劑=100:110:318:1~6:1~3，其中石灰石成分按重量百分比為:CaO不低于85。/。、P<0.02%、S<0.2%，粒度530mm;螢石中CaF2>70%，粒度530mm;硅鐵為75硅，粒度530mm;碳酸鈉為市場(chǎng)上出售的標(biāo)準(zhǔn)。B、投入造渣助劑和還原劑1020分鐘后，通過氣源接管接通氣源，向精煉爐內(nèi)輸送氣源氣體，所述氣源氣體是空氣。C、吹煉方式頂吹或底吹兩種，頂吹壓力為0.30.6MPa，底吹壓力1.44MPa。D、吹煉時(shí)間40~80分鐘，E、吹煉溫度1450。C1700。C，待精煉反應(yīng)完成后，磷、硫、碳、硅等雜質(zhì)元素大部份分別生成穩(wěn)定化合物進(jìn)入渣相，傾渣后即制得合格的精制鎳鐵合金液，吹煉渣返回電爐或高爐熔煉回收鎳。F、精制鎳鐵合金產(chǎn)品將氧化精煉制得的鎳鐵合金液注入鐵水包內(nèi)進(jìn)行澆鑄，冷卻脫模后即可制得所需合格的精制鎳鐵合金產(chǎn)品。精制鎳鐵合金成份可根據(jù)客戶需求控制在Ni:1650%、S:0.020.0010/0、P:0.020.0040/0、Si:0.20.001o/o、C:0.10.001%、Cr:0.5~0.03%。本發(fā)明中所述的精煉爐為非真空中頻感應(yīng)爐、電弧爐、工頻感應(yīng)爐，所述各種精煉爐在煉鋼過程中均為成熟操作技術(shù)和設(shè)備，在本發(fā)明中，只是將該類設(shè)備用于鎳鐵的精煉，同時(shí)對(duì)精煉爐標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行簡單改造，即在頂部或底部加上透氣磚氣源接管接通氣源，向精煉爐內(nèi)輸送氣源氣體。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、整個(gè)工藝流程簡捷、合理。僅用一步法進(jìn)行空氣吹煉操作，即只在一個(gè)爐內(nèi)一次性操作，就完全可以把粗鎳鐵中的各種雜質(zhì)元素一次性脫除。2、本發(fā)明生產(chǎn)所得精制鎳鐵合金中的C、Si、P、S、Cr等各種雜質(zhì)以及鎳品位可以按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求進(jìn)行靈活控制，適用于生產(chǎn)各種牌號(hào)精制鎳鐵產(chǎn)品，應(yīng)用范圍廣闊。3、本發(fā)明對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)成分復(fù)雜、波動(dòng)大及各種成份不同的粗鎳鐵的精煉，有較好的推廣價(jià)值。4、本發(fā)明用空氣取代氧氣進(jìn)行操作，在工藝上省去了制氧站系統(tǒng)，因此投資和運(yùn)行成本比氧氣氧化一步法更低，更具市場(chǎng)價(jià)值，便于規(guī)?；瘜?shí)施，直接用于大型工業(yè)化生產(chǎn)。5、空氣一步法生產(chǎn)的精制鎳鐵合金中，對(duì)各雜質(zhì)元素的雜質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國內(nèi)外公布的數(shù)據(jù)，即空氣一步法生產(chǎn)的精制鎳鐵達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)更高。6、對(duì)改進(jìn)和簡化鎳鐵冶煉工藝將更具市場(chǎng)價(jià)值和行業(yè)推廣意義。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:冷料頂吹本實(shí)施例中應(yīng)用的精煉爐為容量160kg的頂吹式非真空中頻感應(yīng)爐，原料為紅河恒昊礦業(yè)股份公司華通錳業(yè)生產(chǎn)的粗制鎳鐵，成份見表1，表1粗制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)NiPScSiCrCuCoMn9.610惡0.113.154.271,790.0770.090.087將100kg成品粗制鎳鐵放在精煉爐內(nèi)進(jìn)行升溫熔煉，在精煉爐內(nèi)金屬爐料全部烙化后按以下次序?qū)嵤┚唧w步驟A、合金液溫度1473'C，加入復(fù)合造渣助劑和還原劑，配方如下名稱粗制鎳鐵碳酸鈉石灰石螢石還原劑配方100kg1.5kg4kg1.0kg1.0kgB、投入復(fù)合造渣助劑和還原劑10分鐘后，通過氣源接管接通氣源，所述氣源氣體是空氣；根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，向精煉爐內(nèi)輸送空氣。C、吹入空氣方式為頂吹，頂吹壓力為0.6Mpa,D、吹煉時(shí)間50分鐘，E、吹煉溫度1450°C~1700°C，F(xiàn)、精制鎳鐵合金產(chǎn)品本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標(biāo)見表2，表2精制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)NiPScSiCrCuCoMn16.210.0070.00410.00540.0440.0180.140.240細(xì)9實(shí)施例2:熱料頂吹本實(shí)施例中的精煉爐為容量160kg的頂吹式非真空中頻感應(yīng)爐，原料為紅河恒昊礦業(yè)股份公司華通錳業(yè)生產(chǎn)、剛出電爐的粗制鎳鐵合金液體，成份見表3表3粗制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>將剛出爐的粗制鎳鐵合金液，計(jì)量后倒入非真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)，重量為112kg，具體步驟按以下次序進(jìn)行A、合金液溫度1457-C，加入復(fù)合造渣助劑，配方如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>B、投入復(fù)合造渣助劑和還原劑20分鐘后，通過氣源接管接通氣源，所述氣源氣體是空氣；根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，向精煉爐內(nèi)輸送空氣。C、吹入空氣方式為頂吹，頂吹壓力為0.6MPa。D、吹煉時(shí)間80分鐘，E、吹煉溫度1450°C~1700°C，F(xiàn)、精制鎳鐵合金產(chǎn)品本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標(biāo)見表4，表4精制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3:冷料底吹本實(shí)施例中應(yīng)用的精煉爐為容量160kg的頂吹式非真空中頻感應(yīng)爐，原料為紅河恒昊礦業(yè)股份公司華通錳業(yè)生產(chǎn)的粗制鎳鐵，成份見表5，表5粗制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>將100kg粗制鎳鐵放在精煉爐內(nèi)進(jìn)行升溫熔煉，在精煉爐內(nèi)金屬爐料全部熔化后實(shí)施，具體步驟按以下次序進(jìn)行A、加入復(fù)合造渣助劑和還原劑，合金液溫度1457i:，配方如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>B、投入復(fù)合造渣助劑16分鐘后，通過氣源接管接通氣源，所述氣源氣體是空氣；根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，向精煉爐內(nèi)輸送空氣。C、吹入空氣方式為底吹，壓力為2.0MPa。D、吹煉時(shí)間50分鐘，E、吹煉溫度1450。C1700。C，F(xiàn)、精制鎳鐵合金產(chǎn)品本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標(biāo)見表6，表6精制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例4:電弧爐冷料頂吹本實(shí)施例中應(yīng)用的精煉爐為容量3t的頂吹式電弧爐，電弧爐參數(shù)為額定容量3t，最大容量為5t，爐殼內(nèi)徑2.5m，電極直徑200mm。原料為紅河恒昊礦業(yè)股份公司華通錳業(yè)生產(chǎn)的粗制鎳鐵，成份見表7，表7粗制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>將lOOOkg成品粗制鎳鐵放在精煉爐內(nèi)進(jìn)行升溫熔煉，在精煉爐內(nèi)金屬爐料全部熔化后實(shí)施，具體步驟按以下次序進(jìn)行A、合金液溫度1513'C，加入復(fù)合造渣助劑和還原劑，配方如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>B、投入復(fù)合造渣助劑和還原劑15分鐘后，通過氣源接管接通氣源，所述氣源氣體是空氣；根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，向精煉爐內(nèi)輸送空氣。C、吹入空氣方式為頂吹，頂吹壓力為0.6MPa。D、吹煉時(shí)間50分鐘，E、吹煉溫度1450。C1700。C，F(xiàn)、精制鎳鐵合金產(chǎn)品本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標(biāo)見表8，表8精制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例5:工頻爐冷料頂吹本實(shí)施例中應(yīng)用的精煉爐為容量0.5t的頂吹式工頻感應(yīng)爐，工頻感應(yīng)爐參數(shù)為額定容量0.5t，感應(yīng)輸入功率450KW，感應(yīng)器額定電壓380V，相數(shù)3。原料為紅河恒昊礦業(yè)股份公司華通錳業(yè)生產(chǎn)的粗制鎳鐵，成份見表9表9粗制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>將1000kg成品粗制鎳鐵放在精煉爐內(nèi)進(jìn)行升溫熔煉，在精煉爐內(nèi)金屬爐料全部熔化后實(shí)施，具體步驟按以下次序進(jìn)行A、加入復(fù)合造渣助劑和還原劑，合金液溫度1463t:，配方如下名稱粗制鎳鐵碳酸鈉石灰石螢石還原劑配方1000kg20kg40kg15kg15kgB、投入復(fù)合造渣助劑和還原劑15分鐘后，通過氣源接管接通氣源，所述氣源氣體是空氣；根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，向精煉爐內(nèi)輸送空氣。C、吹入空氣方式為頂吹，頂吹壓力為0.6MPa。D、吹煉時(shí)間60分鐘，E、吹煉溫度1450°C~1700°C，F(xiàn)、精制鎳鐵合金產(chǎn)品本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標(biāo)見表IO，表10精制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例6:工頻爐熱料頂吹本實(shí)施例中應(yīng)用的精煉爐為容量0.5t的頂吹式工頻感應(yīng)爐，工頻感應(yīng)爐參數(shù)為額定容量0.5t,感應(yīng)輸入功率450KW，感應(yīng)器額定電壓380V，相數(shù)3。原料為紅河恒昊礦業(yè)股份公司華通錳業(yè)生產(chǎn)、剛出電爐的粗制鎳鐵合金液體，成份見表9，表11粗制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>將剛出爐的粗制鎳鐵合金液，計(jì)量后倒入精煉爐內(nèi)，重量為400kg，具體步驟按以下次序進(jìn)行A、合金液溫度1470。C，加入復(fù)合造渣助劑和還原劑，配方如下名稱粗制鎳鐵碳酸鈉石灰石螢石還原劑配方橋kg12kg16kg5kg5kgB、投入復(fù)合造渣助劑和還原劑20分鐘后，通過氣源接管接通氣源，所述氣源氣體是空氣；根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上設(shè)置的調(diào)節(jié)閥，向精煉爐內(nèi)輸送空氣。C、吹入空氣方式為頂吹，頂吹壓力為0.6MPa。D、吹煉時(shí)間60分鐘，E、吹煉溫度1450。C1700。C，F(xiàn)、精制鎳鐵合金產(chǎn)品本實(shí)例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標(biāo)見表IO，表12精制鎳鐵化學(xué)成分表(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、粗制鎳鐵空氣一步除雜精煉方法，其特征在于將成份按重量％為Ni6～12％、S0.1～1％、P0.08～0.15％、Si0.3～7.5％、C1～7％、Cr0.6～3％的粗制鎳鐵放在一個(gè)精煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉得到精制鎳鐵，具體步驟如下A、將粗制鎳鐵放在精煉爐內(nèi)，金屬爐料全部熔化后，加入復(fù)合造渣助劑及還原劑硅鐵進(jìn)行吹煉①復(fù)合造渣助劑包括碳酸鈉、石灰石、螢石，②根據(jù)粗制鎳鐵的重量份，復(fù)合造渣熔劑以及還原劑按以下重量百分比例配料后混合投入粗制鎳鐵∶碳酸鈉∶石灰石∶螢石∶還原劑＝100∶1～10∶3～18∶1～6∶1～3；B、投入復(fù)合造渣助劑和還原劑10～20分鐘后，通過氣源接管接通氣源，向精煉爐內(nèi)輸送氣源氣體，所述氣源氣體是空氣；C、吹煉方式為頂吹或底吹，頂吹時(shí)輸送的氣源氣體壓力為0.2～0.6MPa，底吹時(shí)輸送的氣源氣體壓力1.4～4Mpa，吹煉時(shí)間40～80分鐘，吹煉溫度為1450℃～1700℃；D、將氧化精煉制得的鎳鐵合金液注入鐵水包內(nèi)進(jìn)行澆鑄，冷卻脫模后即可制得精制鎳鐵合金產(chǎn)品。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗制鎳鐵空氣一步除雜精煉方法，其特征在于直接將電爐或高爐冶煉出來的粗制鎳鐵鐵水送入精煉爐內(nèi)，加入復(fù)合造渣助劑及還原劑硅鐵進(jìn)行吹煉。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯紅土鎳礦富集鎳鐵精礦的方法，其特征在于所述精煉爐為現(xiàn)有的非真空中頻感應(yīng)爐或電弧爐或工頻感應(yīng)爐，在爐體頂部或底部裝上用于接通氣源的透氣磚氣源接管，向精煉爐內(nèi)輸送氣源氣體。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯紅土鎳礦富集鎳鐵精礦的方法，其特征在于復(fù)合造渣助劑中的石灰石按重量百分比為CaO不低于85。/。、P<0.02%、S<0.2%，粒度530mm。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯紅土鎳礦富集鎳鐵精礦的方法，其特征在于螢石中CaF2>70°/o，粒度530mm。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯紅土鎳礦富集鎳鐵精礦的方法，其特征在于硅鐵為75硅，粒度530mm。全文摘要本發(fā)明提出一種粗制鎳鐵空氣一步除雜精煉方法，將粗制鎳鐵在精煉爐內(nèi)金屬爐料全部熔化后，或直接將電爐或高爐冶煉出來的粗制鎳鐵鐵水倒在精煉爐內(nèi)，按一定比例配料后加入碳酸鈉、石灰石、螢石組成的復(fù)合造渣助劑及還原劑硅鐵混合定進(jìn)行吹煉，投入造渣助劑和還原劑10～20分鐘后，向精煉爐內(nèi)通過頂吹或底吹方式輸送空氣，吹煉時(shí)間40～80分鐘，吹煉溫度1450℃～1700℃，將氧化精煉制得的鎳鐵合金液注入鐵水包內(nèi)進(jìn)行澆鑄，冷卻脫模后即可制得所需合格的精制鎳鐵合金產(chǎn)品；本發(fā)明只在一個(gè)爐內(nèi)一次性操作，就把粗鎳鐵中的各種雜質(zhì)元素一次性脫除，可以按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或客戶要求進(jìn)行靈活控制，適用于生產(chǎn)各種牌號(hào)精制鎳鐵產(chǎn)品。文檔編號(hào)C21C7/076GK101323897SQ20081005873公開日2008年12月17日申請(qǐng)日期2008年7月28日優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日發(fā)明者張克梅,朱星榮,殷國平申請(qǐng)人:紅河恒昊礦業(yè)股份有限公司