CN101603140B

CN101603140B - 用红土矿冶炼含镍铁水的方法

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Publication number: CN101603140B
Application number: CN2009100750098A
Authority: CN
Inventors: 刘复兴; 高祥明; 张华�; 薜丹宏; 郭�东; 范建军; 罗胜
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2009-07-25
Filing date: 2009-07-25
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-07-25
Also published as: CN101603140A

Abstract

一种用红土矿冶炼含镍铁水的方法，它包括下述依次的步骤：混料→压团→配料→燃料→出含铬铁水。(一)混料将红土矿、膨润土、熔剂主要原料与水混合均匀；(二)压团把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度；(三)配料将烘干或养护好的团块，加入焦炭；(四)冶炼；将上述配好的原料从炉口加到具有铁口与风口的小型高炉或竖炉中冶炼；(五)出铁将冶炼成的含镍铁水送往炼钢厂或铸造成铁锭。本用红土矿冶炼含镍铁水的方法冶炼含镍铁水的产成本较低、减少环境污染。

Description

用红土矿冶炼含镍铁水的方法

技术领域

本发明涉及一种用红土矿冶炼含镍铁水的方法。

背景技术

近20多年来镍价起伏跌宕是造成不锈钢产业收益性不稳定的主要因素，获取廉价的镍资源是不锈钢企业追求的目标之一。含镍矿主要有硫化矿和红土矿(氧化矿)两种，由于硫化矿枯竭，用红土矿冶炼含镍铁水便被冶金行业重视。现在，用红土矿冶炼含镍铁水的工艺主要分为火法、湿法两种。氧化矿冶炼工艺有电炉法，高压酸浸出法和小型高炉法。湿法由于环境污染与回收率等问题在国内应用并不多见，火法中的电炉法的耗电量(25千kwh/吨)过多，竞争力不足(2.6U$/lb)；烧结、小型高炉法尽管成本较低，但由于环保国家政策的限定逐步淘汰，失去了其竞争力，这样取消烧结工艺改用冷固结团块和特殊竖炉工艺的开发研究工作。

发明内容

为了克服现有用红土矿冷固结团块冶炼含镍铁水的上述不足，本发明提供一种成本低、满足环保的要求的用红土矿冷固结团块冶炼含镍铁水的方法。

本用红土矿冶炼含镍铁水的工艺流程包括下述依次的步骤：混料、压团、配料、冶炼、竖炉冶炼出含镍铁水，将含镍铁水送往炼钢厂或将含镍铁水铸造成铁锭。

下面分步说明本用红土矿冶炼含镍铁水的方法，它包括下述依次的步骤：

(一)混料

采用下述原料的三组配比方式中的任一种，制备红土矿混合料。

(1)组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿：68～88 膨润土：1～2水：7～10

将红土矿、膨润土、熔剂与水混合均匀。

(2)组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿：48～83 膨润土：1～2

水：7～10 煤粉：5～20

将红土矿、膨润土、熔剂、煤粉与水混合均匀。

(3)组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿：34～83 膨润土：1～2

水：7～10 钢厂伴生废料混合料：3.4～44

上述三组配比中还可加入6～11份的水泥作为粘接剂。

钢厂伴生废料主要是铁鳞、除尘灰及铁屑。

把红土矿、钢厂伴生废料、膨润土与水料混合均匀。

上述三组原料中的所有的固体原料均需磨细到公制200目以下的比例占到60％以上，最大粒径为1mm。对红土矿的成分无特殊要求。

(二)压团

把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度(强度的要求≥700N/个；团块直径或每个边长在1.5～5cm之内，形状无要求。)

(三)配料

将烘干或养护好的团块，按照一批焦炭与一批冷固团块及熔剂的方式，加入具有铁口与风口的小型高炉或竖炉中，上述原料的质量份配比为：

团块60～80 焦炭20～40 熔剂：5～20

熔剂指白灰、石灰石、硅石与萤石中的一种或两种或三种或四种。

可加入6～10份的渣钢，渣钢为炼钢渣经破碎、磁选等工序后铁品位在85％以上、粒度在10mm～200mm的附产品。

(四)冶炼

将上述配好的原料从炉口加到竖炉或具有铁口与风口(一般用单铁口与单风口)的小型高炉中，并加入焦炭冶炼，冶炼时的热风温度不低于530℃，一般为530℃～1150℃，富氧率0～20％，利用系数2.0～10。热风可由耐火材料砌筑的简易热交换器提供。炉料不断下降的同时不断升温，原料温度达到800℃后，含碳球内部发生氧化镍、氧化铁与碳的直接还原反应；随着炉料下降，温度升高，达到1200℃后，发生氧化铬与碳的直接还原反应；炉料的继续下降，含镍及铁的金属液形成，并进行渣铁分离，最后进行出渣、出铁完成不锈钢母液的冶炼。铁水中的磷与镍的质量百分比达到下述要求即可：

P≤0.035％Ni 1.5～8.0％。

(五)出含镍铁水

将冶炼成的含镍铁水将含镍铁水送往炼钢厂或铸造成铁锭。

冶炼出的含镍铁水成分的质量百分配比为：

C：4.0～5.5％Si：0.8～3.5％Mn：0.5～2.5％P：0.025～0.060％

S：0.09～1.00％Cr：1.5～6.5％Ni：1.5～6.5％，

冶炼钢渣组成为：

CaO：30～40％；SiO₂30～40％；MgO：4.0～13％；Al₂O₃：7～23％；Cr₂O₃：0.1～1.5％；NiO：0.005～0.1％。

上述用红土矿冷固结团块冶炼含镍铁水的方法在(四)冶炼步骤中，

用竖炉冶炼效果较好。

冶炼采用的红土矿主要成分为：

TFe：20～50％Ni：0.8～3.5％SiO₂：4～10％MgO：2～5％

Al₂O₃：4～8％Cr：0.5～3％P：≤0.010％MnO：0.5～1.5％

附图说明

本用红土矿冶炼含镍铁水的方法，将红土矿配合其它原料制成红土矿冷固结团块冶，本红土矿冶炼含镍铁水的方法可以利用各种红土矿廉价原料，获取镍资源并能处理部分钢厂伴生废料，冶炼出的含镍铁水可替代部分昂贵的镍资源，降低了冶炼不锈钢的成本。本发明省去现有用红土矿烧结冶炼含镍铁水的污染严重的烧结工艺，避免了镍矿的细小微粉的扬尘，克服了堵塞料仓的料嘴产生的下料不畅的缺点。

图1是环保竖炉的结构图。

图2是本环保小型竖炉结构图。

图3是本用红土矿冶炼不锈钢母液方法用环保竖炉主要设备图。

图4是本用红土矿冶炼不锈钢母液方法采用小高炉主要设备图。

上述图中：

1-料斗2-料钟3-炉喉4-炉壳5-炉衬

6-风口7-热风围管8-出渣口9-出铁10-基座

11-炉缸12-吹氧口13-炉腰14-炉身15-炉体

16-炉腔17-煤气上升18-煤气围管19-煤气管

20-鼓风机21-上料设备22-热风管23-煤气管

24-热交换器25-鼓风机26-耐火砖层27-内热风管

28-燃烧室29-喷嘴30-煤气管31-除尘设备

32-竖炉33-煤气上升管34-小型高炉35-热风围管

具体实施方式

36-出铁37-吹氧口

下结结合实施例及其附图详细说明本用红土矿冶炼含镍铁水的方法的具体实施方式，但本用红土矿冶炼含镍铁水的方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。

在描述实施例之前，先介绍本发明采用的竖炉的基本结构，见图1，

本竖炉包括料斗1、料钟2、竖直的炉体15、热风围管7，在竖直炉体15下为基座10，炉体15外有钢板围成的炉壳4，炉壳4内侧设置着耐火材料砌筑的炉衬5，炉衬5的内侧为炉腔16，炉腔16的下部为炉缸11，炉缸11上为炉腰13，在炉体15设置着出铁口9、出渣口8、风口6，风口6的两端分别与热风围管7和炉腔16相通，高速吹氧口12与热风围管7相通，在竖直炉体15的上部外侧设置着煤气围管18，煤气围管18经煤气上升口17与炉腔16的上部相通。煤气围管18联接着能同时抽风与排风的鼓风机20，竖炉的主要特征是炉腔16的内径上下相等，不像小型高炉的炉腔的内径中部大上下小。竖直炉体15的高度一般为10～15m；容积50～200m³；一般有风口10～15个；炉型基本为直筒型；直径1～5m(内径)一个出铁口9，一个出渣口8。根据需要可设置多个出铁口9，有多个煤气上升口17。

也可用高4m，容积1m3，内径1m的小型竖炉，见图2，小型竖炉有一个出铁口9与一个风口6，一至三个煤气上升管17，没有鼓风机20。

本发明的冶炼不锈钢母液的方法，配置耐火材料砌筑的简易的热交换器24，见图3，热交换器有耐火砖层26构成的壳体，耐火砖层26的内侧为燃烧室28，上下弯成U型的内热风管27设置在燃烧室28内，内热风管27的进风端与鼓风机25联接，内热风管27的出风口经热风管22与热风围管7联接通，在燃烧室28内设置着若干喷嘴29，喷嘴29与煤气管30联接，煤气管30经除尘设备31、鼓风机20及煤气管19与煤气围管18联接。热交换器24可提供530℃～1150℃的热风。设置上料设备21。

本发明的冶炼不锈钢母液的方法也可采用小型高炉，配置热交换器24，见图4，小型高炉34炉体的高度一般为10～15m；容积50～200m³；风口10～15个；直径1～5m，一个出铁口36。根据需要可设置多个出铁口36，也可制成高4m；容积1m3，内径1m的小型高炉。

实施例一

本实施例采用的是图2描述的小型竖炉，本实施例的竖炉试验炉的炉容4m³、直径约1m，高4m，一个出铁口9，一个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器21，结构见图3。人工上料，人工过秤。热风温度：530～660℃，炉体喷淋冷却。炉前设置一小型铸铁小车与八个模子，一次可铸铁300kg左右。出铁口9的孔径20mm。出渣口8无冷却套。

本实施例的步骤依次如下：

(一)混料

组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿78.5水泥10膨润土1.5另外混合料维持10份的水；

同时所有的原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。

其中红土矿的主要成分的质量百分比为：

Fe₂O₃：62.3FeO：0.29SiO₂：7.71AI₂O₃：7.67CaO：0.54MgO：2.71P：0.007S：0.110Ni：1.08MnO：0.83H₂O：16

将上述的所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量份数配完料后装入混料器混和均匀。

(二)压团

将混合料置入压团机把红土矿混合料压成压团块压球，压球的粒度为3mm×2.5mm×3mm，然后将团块烘干。压团的成分质量百分比为：

TFe：31.39 FeO：0.21 SiO₂：14.3

AI₂O₃：6.2 CaO：14.4 MgO：2.0

P：0.024 Cr：0.024 Ni：0.8

其余为不可避免的杂质。

(三)配料

每批料的组成

100kg的压球48kg的焦炭硅石7kg白灰9kg萤石1kg

通过装料设备或人工由炉顶装入竖炉。

每小时装入800kg的压球；384kg的焦炭；

焦炭的主要指标见表1(质量份配比)

表1焦炭的主要指标及组成％

水份	灰份	挥发份	硫	固定碳	M40	M10
							9.4	12.00	1.31	0.60	87	79	8.2

(四)冶炼

将上述配好的炉料加到小型竖炉中冶炼，从装入料后到炉内，在风口区理论燃烧温度达到1750℃，风量40m³/min，炉料经过1小时40分钟到达风口区。120分鈡炼成含镍铁水，冶炼时从单风口6进入热风，热风温度控制在530℃～660℃，富氧率0，利用系数2.0～10。热风由耐火材料砌筑的热交换器24提供。

每炉铁400kg，渣量550kg，每天出16炉。

装料制度：一车压球、一车焦炭；送风制度：风量40m³/min；造渣制度：CaO/SiO₂小于1.0；热制度：铁水温度大于1400℃。

(五)出含镍铁水

经化验含镍铁水的成分质量百分比达下述要求出炉，送往炼钢厂作为冶炼不锈钢的原料。

C：5.12％ Si：1.18％Mn：1.15％Ni：2.2％

P：0.045％ S：0.100％

其余为Fe与不可避免的杂质。镍回收率98％。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处有三点：步骤(一)混料时所用的原料不同，在混料中加入煤粉，按下述的配比混料

(一)混料

组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿69水泥10膨润土1煤粉10

另外混合料维持10份的水；

将上述的所有原料都加工成200目以下的占60％以上的粉状。按上述质量份数配完料后装入混料器混和均匀。

另外在步骤(五)出铁水的成分与实施例一的不同，本实施例的含镍铁水的成分质量百分比为：

C：4.5％ Si：0.85％ Mn：1.30％Ni：2.15％

P：0.051％ S：0.180％其余为Fe与不可避免的杂质。

其它配料与工艺步骤与实施例一的相同。

镍回收率98.2％。

第三不同点是本实施例由于在压团的原料中加入了煤粉，还原速度较快，铁的日产量提高20％。

本实施例的(二)压团、(三)配料、(四)冶炼及(五)出含镍铁水的工艺步骤与实施例一的相同。

实施例三

本实施例与实施例一的主要不同点是在(一)混料时所用的原料不同，本实施例在红土矿混合料中还加入不锈钢除尘灰，红土矿混合料按下述的质量份配比混料：

红土矿40 不锈钢除尘灰39 水泥11

膨润土1.5 配水量为8份。

将上述的压球需要的原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量份数配完料后装入混料器混和均匀。

压球的成分的质量百分比见表2

表2

Fe₂O₃	FeO	SiO₂	AI₂O₃	CaO	MgO	P	Cr₂O₃	NiO	C
										46.88	6.09	6.57	3.0	8.21	2.99	0.024	10.38	2.59	8.0

其余为不可避免的杂质

(二)压团的步骤与工艺与实施例一相同。

(三)配料

入竖炉时，每批炉料的质量份数组成：

压球：100kg 渣钢：11kg 焦炭：63kg

硅石：6.2kg 萤石：1.22kg

石灰石11.4kg

人工将炉料由炉顶装入小型竖炉。

每小时装入800kg的压球；88kg的渣钢；焦炭500kg。

(四)冶炼过程与实施例一的相同。

(五)出含镍铁水

本实施例的含镍铁水的成分的质量百分配比为：

C：5.12％ Si：1.18％ Mn：1.30％ Ni：2.83％

Cr：6.2％ P：0.056％ S：0.380％

其余为Fe与不可避免的杂质。

渣钢铬、镍及铁等金属品位为：97％。

其它配料与工艺步骤与实施例一的相同。

铬的回收率95％。

镍回收率98％。

实施例四

本实施例采用的是图1与图3描述的竖炉32，炉容85m³、直径3m，高12m，一个出铁口9，10个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器24。用设置的上料设备21上料，人工过秤。热风温度：530～660℃，炉体喷淋冷却。炉前设置铸铁车与八个模子，一次可铸铁900kg。出铁口9的孔径30mm。出渣口8无冷却套。

本实施例的步骤依次如下：

(一)混料红土矿混合料的原料的质量份配比与实施例一的相同。

将所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量份数配完料后装入混料器混和均匀。

(二)压团压团的成分与粒度与实施例一的相同。

(三)配料

每批炉料的组成

压球：3000kg 焦炭：1440kg 硅石210kg

白灰270kg 萤石30kg

用上料设备21将炉料由炉顶装入竖炉32。

每小时装入12000kg压球；5760kg的焦炭

(四)冶炼

将上述配好的炉料加到竖炉32中冶炼，从装入料后到炉内，在风口区理论燃烧温度达到1750℃，风量1000m³/min，j炉料经过1小时40分钟到达风口区。120分鈡炼成含镍铁水，冶炼时从单风口6进入热风，热风温度控制在530℃～660℃，富氧率0，利用系数2.0～10。热风由耐火材料砌筑的热交换器21提供。

每炉铁6000kg，渣量5800kg，每天出24炉。

装料制度：一车压球、一车焦炭；送风制度：风量1000m³/min；(40的36倍)造渣制度：CaO/SiO₂小于1.05；热制度：铁水温度大于1400℃。

(五)出含镍铁水

C：5.23％ Si：0.85％ Mn：1.05％ Ni：2.2％

P：0.045％ S：0.100％

其余为Fe与不可避免的杂质。镍回收率98％。

实施例五

本实施例与实施例四的不同是在(一)混料时所用的原料不同，本实施例是在混料所用原料中再加入煤粉，按下述的配比混料。

(一)混料

组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿69水泥10膨润土1煤粉10另外混合料维持10份的水；将上述的所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量份数配完料后装入混料器混和均匀，造块后按实施例四进行配料及装料。

本实施例出铁的成分与实施例四的不同，本实施例的含镍铁水的成分质量百分配比为：

C：4.5％ Si：0.87％ Mn：1.20％ Ni：2.35％

P：0.051％ S：0.110％

其余为Fe与不可避免的杂质。

镍回收率98％。

本实施例的(二)压团、(三)配料、(四)冶炼及(五)出含镍铁水的工艺步骤与实施例四的相同。本实施例由于在压团的原料中加入了煤粉，还原速度较快，铁产量提高20％。

实施例六

本实施例与实施例四的主要不同点是在(一)混料时所用的原料不同，本实施例在红土矿混合料中还加入不锈钢除尘灰与水泥，红土矿混合料按下述的质量份配比混料：

红土矿45不锈钢除尘灰43.5膨润土1.5配水量为10份

(二)压团的步骤与工艺与实施例四的相同。

(三)配料

入竖炉时，每批炉料的质量份数组成：

压球：3600kg 焦炭：1800kg 硅石186kg

萤石37kg 石灰石330kg

用上料设备21将炉料由炉顶装入竖炉32。

每小时装入14400kg的压球焦炭7200kg。

(四)冶炼过程与实施例四的相同。

(五)出含镍铁水

本实施例的含镍铁水的成分的质量百分配比为：

C：5.42％ Si：1.08％ Mn：1.52％ Ni：3.23％

Cr：5.8％ P：0.056％ S：0.260％

其余为Fe与不可避免的杂质。

渣钢的成分的质量百分比为：97％

其它配料与工艺步骤与实施例四的相同。

铬的回收率95％。

镍回收率98％。

实施例七

本实施例与实施例四的主要不同点是采用的是图4中描述的小型高炉34冶炼，其次是混料时所用的原料不同。小型高炉34的炉容148m³，炉缸直径3m，高10m，一个出铁口9，10个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器24。用设置的上料设备21上料，人工过秤。热风温度：530～660℃，炉体喷淋冷却。

炉前设置铸铁车与八个模子，一次可铸铁900kg。出铁口9的孔径30mm。出渣口8无冷却套。

本实施例的(一)混料、(二)压团、(三)配料、(四)冶炼及(五)出含镍铁水的工艺步骤与实施例四的相同。

本实施例的含镍铁水的成分的质量百分配比为：

C：5.24％ Si：0.86％ Mn：1.17％

Ni：2.1％ P：0.049％ S：0.52％

其余为Fe与不可避免的杂质。

其它配料与工艺步骤与实施例四的相同。

铬的回收率95％；镍回收率98％。

Claims

1.一种用红土矿冶炼含镍铁水的方法，它包括下述依次的步骤：混料、压团、配料、冶炼与出含镍铁水，将含镍铁水送往炼钢厂或将含镍铁水铸造成铁锭，其特征是：

(一)混料

采用下述原料的三组配比方式中的任一种，制备红土矿混合料；

(1)组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿：68～88膨润土：1～2水：7～10

将红土矿、膨润土与水混合均匀；

(2)组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿：48～83膨润土：1～2

水：7～10煤粉：5～20

将红土矿、膨润土、煤粉与水混合均匀；

(3)组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：

红土矿：34～83膨润土：1～2

水：7～10钢厂伴生废料：3.4～44

钢厂伴生废料主要是铁鳞、除尘灰及铁屑；

把红土矿、钢厂伴生废料、膨润土与水料混合均匀；

上述三组原料中的所有的固体原料均需磨细到公制200目以下的比例占到60％以上，最大粒径为1mm，对红土矿的成分无特殊要求；

(二)压团

把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度，强度的要求≥700N/个；

(三)配料

将烘干或养护好的团块，按照一批焦炭与一批冷固团块及熔剂的方式加入具有铁口与风口的小型高炉或竖炉中，上述原料的质量份配比为：团块60～80焦炭20～40熔剂：5～20；

上述的竖炉包括料斗、料钟、竖直的炉体、热风围管，在竖直炉体下为基座，炉体外有钢板围成的炉壳，炉壳内侧设置着耐火材料砌筑的炉衬，炉衬的内侧为炉腔，炉腔的下部为炉缸，炉缸上为炉腰，在炉体设置着出铁口、出渣口、风口，风口的两端分别与热风围管和炉腔相通，高速吹氧口与热风围管相通，在竖直炉体的上部外侧设置着煤气围管，煤气围管经煤气上升口与炉腔的上部相通；煤气围管联接着能同时抽风与排风的鼓风机，竖炉的主要特征是炉腔的内径上下相等；竖直炉体的高度为10～15m；容积50～200m³；有风口10～15个；炉型基本为直筒型；内直径1～5m，一个出渣口，最少一个出铁口，有多个煤气上升口；

上述小型高炉炉体的高度为10～15m；容积50～200m³；风口10～15个；直径1～5m，最少一个出铁口；

(四)冶炼

将上述配好的原料从炉口加到具有铁口与风口的小型高炉或竖炉中冶炼，冶炼时的热风温度不低于530℃，富氧率0～20％，利用系数2.0～10；热风由耐火材料砌筑的简易热交换器提供；铁水中的磷与镍的质量百分比达到下述要求即可：

P≤0.035％Ni 1.5～8.0％；

(五)出含镍铁水

将冶炼成的含镍铁水送往炼钢厂或铸造成铁锭。

2.根据权利要求1所述的用红土矿冶炼含镍铁水的方法，其特征是：在步骤(三)配料中加入质量份为6～10份的渣钢。

3.根据权利要求1所述的用红土矿冶炼含镍铁水的方法，其特征是：在步骤(一)混料中加入质量份为6～11份的水泥。

4.根据权利要求2所述的用红土矿冶炼含镍铁水的方法，其特征是：在步骤(一)混料中加入质量份为6～11份的水泥。