CN113249540A - 使用aod炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法 - Google Patents

使用aod炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用AOD炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，包括：(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍；(2)将氧化镍与粘结剂混合，制成氧化镍压球；(3)将氧化镍压球送入AOD炉，向AOD炉中兑入预熔液，经过AOD精炼得到钢水；(4)对钢水进行LF精炼、连铸。采用本发明的生产方法不仅能够极大降低生产成本，而且还能够实现高的镍收得率。

Description

使用AOD炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法
技术领域
本发明涉及镍系不锈钢冶炼技术领域，具体涉及一种使用AOD炉以氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法。
背景技术
镍是不锈钢的重要元素，在不锈钢成本中镍合金成本占有较大的比例，为了进一步降低不锈钢冶炼成本，国内外不锈钢厂使用廉价的镍资源降低成本。目前冶炼不锈钢中使用的廉价镍原料包括镍生铁、镍铁等原料，这些原料采用火法冶金，冶炼过程中消耗大量的煤、电等资源，能源消耗高，成本较高且环境污染严重。
氢氧化镍是采用湿法冶金生产的一种产品，其中镍含量在40％～70％，由于其具有较高的氧化性，一般在大型镍生产企业作为原料再经过深加工处理后生产镍板。目前采用湿法工艺生产的氢氧化镍中没有在不锈钢生产企业使用先例。
申请号是201510345428.4的中国发明专利申请公开了一种氢氧化镍生产不锈钢用镍原料的工艺，包括：1)将经过干燥后的氢氧化镍均匀的布入钢带炉的钢带上；2)通入N2排空钢带炉内的空气，然后开始加热升温，升温的同时继续通入N2；3)升温至200℃时，开始向钢带炉内通入H2与N2的混合气体，并继续升温；4)升温至500℃时，通入了混合气体的钢带炉内维持恒温还原，恒温还原时间为90～120min；5)恒温还原结束后得到镍粉；镍粉经中频炉熔化后，直接用于不锈钢冶炼。但是，该方法在高温下采用H2还原NiO，要持续通入N2气、H2气，H2气价格高，导致不锈钢生产成本增加，且H2为易燃气体，生产过程中控制不好，容易出现H2燃烧***等安全事故。同时采用此方法还原后的镍粉中H含量高，会导致后部不锈钢冶炼过程钢中氢含量增加。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法。采用该生产方法不仅能够极大降低生产成本，而且还能够实现高的镍收得率。
具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，包括：
(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍；
(2)将氧化镍与粘结剂混合，制成氧化镍压球；
(3)将氧化镍压球送入AOD炉，向AOD炉中兑入预熔液，经过AOD精炼得到钢水；
(4)对钢水进行LF精炼、连铸。
可选地，在步骤(1)中，氢氧化镍料层的厚度是不超过50mm。
可选地，在步骤(1)中，烘烤的温度是400～600℃，烘烤的时间是4～5小时。
可选地，在步骤(2)中，粘结剂由淀粉和氯化镁按照重量比(70～85):(15～30)组成。
可选地，在步骤(2)中，氧化镍与粘结剂的重量比是1:(0.08～0.13)。
可选地，在步骤(2)中，将氧化镍与粘结剂混合之后采用挤压成型的方式制成氧化镍压球，压力是15～20Mpa。
可选地，在步骤(3)中，以重量百分比计，预熔液中C含量是2.0％～4.0％，Si含量是1.0％～3.0％，Cr含量是12％～18％。
可选地，在步骤(3)中，在AOD精炼过程中，通入惰性气体进行搅拌。
相比于现有技术，本发明的使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，至少具有如下有益效果：
1、使用退火窑或加热炉对氢氧化镍进行烘烤，可去除其中的水分和结晶水，使氢氧化镍转变为氧化镍，减少冶炼过程结晶水的析出，避免了钢中增加氢含量。
2、AOD分批加入氧化镍，在高温条件下，利用预熔液中的Si、C元素充分还原氧化镍中镍，提高镍收得率，同时脱除预熔液中的Si、C元素，减少吹氧量。
3、以氢氧化镍为原料生产镍系不锈钢，可替代价格昂贵的金属镍、进口镍铁等原料，能显著降低不锈钢冶炼成本。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
针对目前镍系不锈钢生产过程中存在的原料、成本、镍收得率等问题，本发明的发明人通过深入研究，创造性地提出了一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法。
下面结合图1，对本发明的使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法进行详细说明。
一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法包括如下步骤：
(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍。
在本步骤中，可以采用烘烤炉或者退火窑进行烘烤。
作为一种优选的实施方案，可以先将粉状的氢氧化镍放入金属盘内，氢氧化镍物料厚度≤50mm，将金属盘放入烘烤炉或退火窑内加热升温，温度控制在400～600℃，烘烤4～5小时，使其转变为氧化镍。
在本步骤中，主要发生的化学反应是Ni(OH)2＝NiO+H2O↑。
在本步骤中，通过将氢氧化镍物料厚度控制在不超过50mm，并结合烘烤的温度400～600℃和烘烤的时间4～5小时，能够保证使氢氧化镍完全转变为氧化镍。
在本步骤中，使用退火窑或加热炉对氢氧化镍进行烘烤，可去除其中的水分和结晶水，使氢氧化镍转变为氧化镍，减少冶炼过程结晶水的析出，避免了钢中增加氢含量。
氢氧化镍中Ni＞40％，杂质元素尽量少，其他品质没有特殊要求。氢氧化镍原料主要通过市场购买获得。
(2)制备氧化镍压球。
在本步骤中，将氧化镍与粘结剂混合之后，通过挤压成型制成氧化镍压球。
作为一种优选的实施方案，将氧化镍与粘结剂按照重量比为1:(0.08～0.13)的比例搅拌均匀，采用对辊压球机将混匀的氧化镍挤压成型，压力为15-20Mpa，得到成品氧化镍压球。将氧化镍压球干燥后放入AOD高位料仓内。
在本步骤中，粘结剂包含淀粉和氯化镁。具体地，粘结剂由淀粉和氯化镁按照重量比(70～85):(15～30)组成。采用此压球工艺成球率达到95％，压球强度平均达2100N，具有较高的强度，在运输和加料过程中不易粉化。
(3)AOD炉精炼。
在本步骤中，将预熔液兑入AOD炉中，对氧化镍压球进行精炼。
作为一种优选的实施方案，预熔液是采用中频炉或电炉熔化高碳铬铁、不锈废钢等原料而得到的，熔化后的预熔液中C含量是2.0％～4.0％(重量)，Si含量是1.0％～3.0％(重量)。AOD炉兑入高温预熔液，重量为150-170吨，温度1500～1550℃，AOD吹氧冶炼，冶炼过程中将氧化镍压球分批加入AOD炉内，氧化镍压球加入量10～20吨(氧化镍压球加入量主要是根据入炉预熔液中Ni含量确定)，采用氮气、氩气等惰性气体进行强搅拌，搅拌时间3～5min。利用预熔液中的Si、C元素还原氧化镍。AOD进行吹氧脱碳，脱碳2期顶枪流量190m3/min，脱碳3期顶枪流量150m3/min，吹氧量减少400～800m3。AOD脱碳结束后加入硅铁、硅锰进行还原，硅铁加入量18～25kg/t，硅锰加入量10～15kg/t，加入石灰还原脱硫，石灰加入量5-10kg/t，还原结束后钢水成分满足钢种要求，钢中硫含量S≤0.005％，温度达到1630-1650℃，出钢。
在本步骤中，主要发生了以下化学反应：
C+NiO＝Ni+CO↑
Si+2NiO＝2Ni+SiO2
在本步骤中，在高温条件(例如，1500-1550℃)下，利用预熔液中的Si、C元素充分还原氧化镍中镍，提高镍收得率，同时脱除预熔液中的Si、C元素，减少AOD吹氧量。
(4)LF精炼与连铸。
AOD炉精炼得到的钢水送入至LF炉中进行LF精炼，随后进行连铸得到铸坯。
本步骤可以采用本领域的常规方法进行。在实际生产过程中，本领域技术人员可以根据需要选择合适的操作方式，此处不做赘述。
在此，应当说明的是，除了上述各步骤的工艺参数能够给本发明带来预料不到的效果之外，本发明还在于上述工艺路线，即：氢氧化镍烘烤—氧化镍压球—中频炉或电炉熔化高铬、不锈废钢—AOD使用氧化镍—LF精炼—连铸，借助于这些工艺步骤的先后顺序和组合方式，从而极大降低生产成本并且实现高的镍收得率。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1：180吨AOD炉采用氢氧化镍生产304不锈钢
本实施例采用180吨AOD炉冶炼304不锈钢(304不锈钢的主要成分：C≤0.03％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，P≤0.040％，S≤0.005％，Cr：17.5～18.5％，Ni：7.8～8.5％)。本实施例的工艺流程：氢氧化镍烘烤—氧化镍压球—氧化镍压球送入AOD料仓—中频炉熔化高铬、废钢—180吨AOD炉加入氧化镍、精炼—连铸。
本实施例具体如下：
(1)将氢氧化镍(Ni含量为43wt％)装入钢铁料盘中，氢氧化镍厚度50mm，将料盘放入烘烤炉内，加热升温到500℃脱水变为氧化镍，保温5小时，冷却后为粉状氧化镍。
(2)将氧化镍粉与粘结剂按照1:0.1的比例搅拌混匀，粘结剂包括淀粉、氯化镁(淀粉与氯化镁的比例75:25)。采用对辊压球机将混匀的氧化镍粉挤压成型，压力为18Mpa，得到成品氧化镍压球，烘干后的氧化镍放入AOD高位料仓内。
(3)采用中频炉熔化高碳铬铁、不锈废钢等不锈钢原料，熔化成高温预熔液，其中C：3.0％，Si：2.0％，兑入AOD炉内。
AOD兑入1510℃的高温预熔液，分批加入氧化镍压球10吨，采用氮气/氩气等惰性气体进行强搅拌，搅拌时间5min。AOD吹氧脱硅脱碳，脱碳2期顶枪流量190m3/min，脱碳3期顶枪流量150m3/min。相比AOD采用进口镍铁合金化方法，吹氧量减少500m3。
AOD吹炼脱碳结束后采用硅铁、硅锰进行还原，同时加入石灰进行深脱硫。温度达到1650℃，成分合适后出钢，出钢的钢中各元素的质量百分比含量为：C：0.0213％，Si：0.43％，Mn：1.63％，P：0.0341％，S：0.0038％，Cr：18.124％，Ni：8.01％，N：0.0553％，其余为铁及不可避免的杂质元素。
(4)AOD出钢后，钢水吊到LF炉进行精炼及温度调整，吊到连铸工序进行连铸。
本实施例采用氧化镍直接进行镍合金化冶炼304不锈钢，镍收得率99％，与AOD使用进口镍铁进行镍合金化相比，降低成本200元/t。
实施例2：160吨AOD采用氢氧化镍生产316L不锈钢
本实施例采用160吨AOD冶炼316L不锈钢(316L不锈钢的主要成分：C≤0.03％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，P≤0.040％，S≤0.005％，Cr：16.0～18.0％，Ni：10.0～14.0％)。本实施例的工艺流程：氢氧化镍烘烤—氧化镍压球—氧化镍压球送入AOD料仓—中频炉熔化高铬、废钢—180吨AOD炉加入氧化镍、精炼—连铸。
本实施例具体如下：
(1)将氢氧化镍(Ni含量为51wt％)装入钢铁料盘中，氢氧化镍厚度50mm，将料盘放入烘烤炉内，加热升温到500℃脱水变为氧化镍，保温5小时，冷却后为粉状氧化镍。
(2)将氧化镍粉与粘结剂按照1:0.1的比例搅拌混匀，粘结剂包括淀粉、氯化镁(淀粉与氯化镁的重量比例为75:25)。采用对辊压球机将混匀的氧化镍粉挤压成型，压力为18Mpa，得到成品氧化镍压球，烘干后的氧化镍压球放入AOD高位料仓内。
(3)采用中频炉熔化高碳铬铁、不锈废钢等不锈钢原料，熔化成高温预熔液，其中C：3.0％，Si：2.0％，兑入AOD炉内。
AOD兑入1520℃的高温预熔液，分批加入氧化镍压球12吨，采用氮气/氩气等惰性气体进行强搅拌，搅拌时间5min。AOD吹氧脱硅脱碳，脱碳2期顶枪流量190m3/min，脱碳3期顶枪流量150m3/min。相比于采用进口镍铁进行镍合金化方法，吹氧量减少500m3。
AOD吹炼脱碳结束后采用硅铁、硅锰进行还原，加入石灰进行深脱硫。温度1650℃、成分合适后出钢。出钢的钢中各元素的质量百分比含量为：C：0.0189％，Si：0.41％，Mn：1.21％，P：0.0323％，S：0.0018％，Cr：16.67％，Ni：10.03％，N：0.0512％，其余为铁及不可避免的杂质元素。
(4)AOD出钢后，钢水到LF炉进行精炼及温度调整，吊到连铸工序进行连铸。
本实施例采用氧化镍直接进行镍合金化冶炼316L，AOD镍收得率99％，与采用进口镍铁进行镍合金化相比，降低成本260元/t。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用氢氧化镍为原料冶炼镍系不锈钢的生产方法，其特征在于，包括：
(1)烘烤氢氧化镍使其转变为氧化镍；
(2)将氧化镍与粘结剂混合，制成氧化镍压球；
(3)将氧化镍压球送入AOD炉，向AOD炉中兑入预熔液，经过AOD精炼得到钢水；
(4)对钢水进行LF精炼、连铸。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，氢氧化镍料层的厚度是不超过50mm。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，烘烤的温度是400～600℃，烘烤的时间是4～5小时。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，粘结剂由淀粉和氯化镁按照重量比(70～85):(15～30)组成。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，氧化镍与粘结剂的重量比是1:(0.08～0.13)。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，将氧化镍与粘结剂混合之后采用挤压成型的方式制成氧化镍压球，压力是15～20Mpa。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，以重量百分比计，预熔液中C含量是2.0％～4.0％，Si含量是1.0％～3.0％。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，在AOD精炼过程中，通入惰性气体进行搅拌。
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