制造含镍的铁合金或镍合金钢的方法技术

本发明专利技术提出镍合金钢或不锈钢精炼期间从含硫的镍精矿获得Ｎｉ单元的方法。将精矿中的硫转入并保持在炉渣中，其中控制炉渣组成和温度，炉渣与熔池通过惰性气体的混合程度和熔池中铝量。炉渣脱硫程度，炉渣重量和钢中硫规定确定了加入熔池的精矿量。炉渣与铁熔池之重量比为０．１０－０．３０，熔池温度保持为１５５０－１７００℃。炉渣碱度控制为１．０－３．５，炉渣中Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］组分保持为１５－２５ｗｔ％，而ＭｇＯ组分保持为１２－２０ｗｔ％。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含镍的铁合金或合金钢制造方法。更具体地讲，不锈钢中至少一些合金Ni单元可通过向铁水或熔化铁中加入含硫的镍精矿而得到。该方法利用铁熔池精炼过程中存在的利用率不足的炉渣，其中在熔池和炉渣在还原条件下充分混合时炉渣可去除并保持硫。已知在电弧炉中将含有一或多种含镍的废渣或碎屑，镍铁或镍粒的进料熔融或熔化即可制成镍合金不锈钢。在进料熔炼完成之后，将铁水转入精炼炉中，在其中用氧气和惰性气体的混合物搅动或冲洗而使熔池脱碳。可将另外的金属镍，镍铁或镍粒加入熔池中以使其符合镍规格或要求。在废料中所含的Ni单元与镍铁中的Ni单元大约同价并构成了制造镍合金不锈钢的最为昂贵的材料。由于从一般含少于3wt％(重量百分比)Ni的矿石中释放镍的生产成本高，所以镍铁或镍粒中的Ni单元昂贵。镍矿石一般有两种类型，即硫化物矿和红土。在含硫的矿石中，镍主要以镍黄铁矿，可能还伴随有磁黄铁矿和黄铜矿的镍-铁硫化物形式存在。含硫的矿石一般含有1-3wt％Ni和不同量的Cu和Co。可用粉碎，研磨和泡沫浮选法使有价值的金属富集并且除去尽可能多的脉石。之后，可采用选择性浮选和磁性分离法将精矿或富集矿分成在高温冶金工艺中进一步处理的富含镍，铜和铁的组分。用富集矿或精矿进行焙烧工艺以除去最多一半的硫并同时使铁氧化即可使镍进一步富集。该富集矿在1200℃熔炼成由Ni，Fe，Cu和S组成的锍并除去炉渣。可将锍放在转炉中并吹空气而进一步氧化铁和硫。在将锍冷却时，分别按Fe-Cu-Ni-S相图所示沉淀出明显区别开的Ni-Fe硫化物和硫化铜晶体。在粉碎和研磨之后，含两种晶体的硫化物组分经泡沫浮选分成硫化铜和Ni-Fe硫化物精矿。Ni-Fe硫化物精矿再经过几次高能操作阶段而得到镍铁和镍粒。可在流化床中将Ni-Fe硫化物转化成粒状Ni-Fe氧化物烧结矿，再从中电解生产出镍阴极。另一方面，Ni-Fe精矿可在氯化工艺中经历转化成Ni和Fe羰基合物，再分解成镍和铁粉。已知可通过将含镍的红土矿直接加入设炉顶吹氧管和炉底吹搅动气体的风口的精炼炉中而制成不锈钢。这种矿石含最多3％Ni，其中80％以上的矿石重量转化成炉渣。US 5,047,082提出在利用低硫含量的含镍矿石而不用镍铁的吹氧转炉中获得所需的Ni单元，从而得到不锈钢。镍矿石用溶于熔化铁或铁水中的碳及炉渣中的木炭还原。US 5,039,480提出在转炉中依次熔炼和还原低硫含量的含镍矿石和铬铁矿，而不用镍铁和铬铁制造不锈钢。矿石用溶于铁水的碳和炉渣中的木炭还原。由于红土矿几乎不含硫，所以制造不锈钢所需的大部分Ni单元可来自该矿石。但是，伴随Ni单元的大量炉渣除了进行精炼部分之外还需进行独立的高能熔炼步骤，因此需要延长加工处理时间并可能需要单独的反应炉。控制熔池中硫含量是铁精炼过程中最早和最广泛关心的问题之一。自从在早期高炉中熔炼铁以来，已知与铁水接触的炉渣提供了去除来自用作燃料的焦炭的一些硫的途径。最近，已查明在熔炼过程中除去硫的关键因素包括根据炉渣中气态氧分压控制炉渣碱度并控制炉渣温度。不过，炉渣中硫的溶解度限度在用镍成为合金的不锈钢常规精炼过程中通常并不能达到，因为在精炼炉中从在电弧炉中熔炼固体进料而得到的总硫负荷低。因此，在精炼炉中炉渣脱硫容量或能力并没有完全利用起来。而且，炉渣重量加大，在熔池中存在残留还原剂和对炉渣组成的控制都可能使这种利用率不足的程度提高。此外，长期以来都在盼望降低可用于铁合金或合金钢如含镍的合金钢和奥氏体不锈钢制造工艺的合金镍或镍合金单元成本，同时又不需要很高的投资。本专利技术即涉及制造合镍的铁合金或不锈钢的方法，其中通过向熔融金属中加入含硫的镍精矿而获得至少一些铁或钢中所需的Ni合金或合金Ni单元。该方法利用了铁熔池精炼过程中存在的大部分炉渣重量，其中在熔池于还原条件下充分混合时炉渣可去除和保持另外的或多余的硫。本专利技术的主要目的是在含镍的合金钢或称为镍合金钢或不锈钢制造过程中直接用含硫的镍精矿提供廉价的Ni单元。本专利技术另一目的是在镍合金钢或不锈钢制造过程中通过直接加入含硫的镍精矿而利用炉渣脱硫容量或能力的未利用部分。本专利技术包括在设有炉底风口的精炼炉中制造含镍的铁合金，镍合金刚或不锈钢的方法。该方法进一步包括在精炼炉中提供用炉渣覆盖的铁基或以铁为基础的熔池，其中该熔池又包括含硫的镍精矿和还原剂，经炉底风口吹入惰性气体以充分冲洗或搅动熔池而使精矿密切或充分混合并且继续搅动熔池直到从熔池转入最终炉渣的硫量达到最大和接近动态平衡而使熔池变成为含镍的合金为止。本专利技术另一特征是最终炉渣重量与熔池重量之比至少0.1。本专利技术另一特征是上述炉渣的碱度至少1.0。本专利技术另一特征是上述最终炉渣含有至少12wt％MgO。本专利技术另一特征是上述方法包括经风口吹入氧气以在用惰性气体搅动之前从铁熔池中去除过量碳的还原步骤。本专利技术另一特征是上述熔池在还原步骤中进行搅动时达到至少1550℃温度。本专利技术另一特征是上述铁熔池用铬合金化。本专利技术另一特征是上述还原剂为铝，硅，钛，钙，镁和锆中的一或多种；在含镍的合金熔池中还原剂浓度至少0.01wt％。本专利技术另一特征是将上述精矿和还原剂加入电弧炉内的铁熔池中。本专利技术另一特征包括将进料或原料加入电弧炉，该进料包括铁废料或碎屑，精矿和一或多种选自CaO，MgO，Al2O3，SiO2和CaF2的成渣剂，将该进料熔融或熔化成铁熔池并将该铁熔池转入炉中的另外的或附加步骤。本专利技术另一特征是上述含镍的熔池为含≤2.0wt％Al，≤2.0wt％Si，≤0.03wt％S，≤26wt％Cr和≤20wt％Ni的不锈钢。本专利技术优点是提出在镍合金不锈钢制造过程中提供廉价合金Ni单元的方法。从以下详细说明中可清楚地看出本专利技术上述及其他目的，特征和优点。本专利技术涉及到利用廉价镍源制造含镍的铁合金，镍合金钢或镍合金不锈钢。该镍源为含硫的镍精矿，可为镍铁和镍粒制造过程中湿法冶金或高能熔炼工艺或含硫的镍矿原料选矿工艺的中间产物。所得精矿的镍合量取决于所用矿石种类和工艺过程。来自熔炼锍的Ni-Fe硫化物沉淀而得到的精矿成分分析结果为16-28wt％Ni，35-40wt％Fe，30wt％S，＜1wt％Cu和1wt％Co。而造矿工艺所得的精矿成分分析结果为9wt％Ni，40wt％Fe，30wt％S，1wt％Cu，余量为SiO2，Al2O3，CaO和MgO。本专利技术优选含硫的精矿可用镍黄铁矿制成，该矿以(Fe，Ni)9S8作为其中主要的Ni物质。若精矿用于制造不锈钢，则该精矿还可包括合金Cr单元源。而合适的铬源包括未还原的铬铁矿精矿和部分还原的铬铁矿精矿。用这些精矿得到的合金Ni单元可在精炼炉中得以回收。这类精炼炉的例子包括顶和底吹精炼炉(TBRR)，氩-氧脱碳炉(AOD)或真空氧气脱碳炉(VOD)。不管是何种类型的精炼炉，其中均装设有至少一个或多个风口，孔塞，同心管等，以下称为风口，可用其在精炼不锈钢的过程中将还原剂加入熔池中以从炉渣中回收Cr单元时的还原期间将惰性气体送入炉内所含有的铁熔池中。惰性气体用来充分冲洗或搅动铁熔池以使含硫的镍精矿和溶于熔池中的任何还原剂或成渣剂充分或密切混合。持续冲洗或搅动直到从铁熔池转入炉渣的硫量达到最大并且在熔池和炉渣之间接近硫平衡或准平衡为止。所谓“准平衡”，是指铁水本文档来自技高网...

【技术保护点】
在设有炉底风口的精炼炉中制造含镍的铁合金或镍合金钢的方法，其中包括：在精炼炉中提供用炉渣覆盖的基于铁的熔池，该熔池中包括含硫精矿和还原剂，经炉底风口通入惰性气体以充分搅动熔池而使精矿充分混合，以及继续搅动熔池直到从熔池转入最终炉渣的硫量达到最大并且接近动态平衡而使熔池变成含镍的合金为止。２．权利要求１的方法，其中炉渣重量与熔池重量比至少为０．１０。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DM孔德拉特，
申请(专利权)人：阿姆科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]