一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统及方法技术方案

技术编号：40538959 阅读：3 留言：0更新日期：2024-03-05 18:53

一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统，包括还原炉和真空精炼炉。所述还原炉上设有铁氧化物入口、铬氧化物入口、镍氧化物入口、第一还原性气体入口、第二还原性气体入口、金属单质出口。铁氧化物入口位于还原炉侧壁的中上部。铬氧化物入口位于还原炉侧壁的中下部。镍氧化物入口位于还原炉顶部。第一还原性气体入口位于还原炉侧壁的中部。第二还原性气体入口位于还原炉的底部。金属单质出口位于还原炉的顶部。还原炉的金属单质出口连接至真空精炼炉。本发明专利技术系统仅包括新型还原炉和真空精炼炉，即本发明专利技术利用各金属氧化物不同的还原反应温度和还原介质，提出了流态化还原+真空熔炼的两步法来制备铬、镍系不锈钢，缩短了工艺流程。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铬、镍系不锈钢的制备技术，具体涉及一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统及方法，属于钢铁冶炼。

技术介绍

1、不锈钢通常指含镍、铬的铁基耐蚀合金钢，是指一系列在空气、水、盐的水溶液、酸以及其它腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢种。不锈钢按化学成分可分为铬系不锈钢和铬镍系不锈钢，按金相组织的不同又可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。不锈钢因其具有优良的耐蚀性、成型性、加工性以及强韧性等材料特点，是民用、军工、核电及航天领域不可或缺的特殊钢材料。2020年全球不锈钢产量突破5000万吨大关，我国不锈钢年产量也由1980年的45万吨增长到2020年的3014万吨，占全球不锈钢年产量一半以上。伴随着国民经济的飞速发展，我国未来仍有大量的不锈钢材料需求。

2、不锈钢冶炼最初采用的是坩埚法，后来发展到电炉冶炼。20世纪60年代aod、vod等炉外精炼新技术的出现，开辟了不锈钢冶炼的新纪元。20世纪70年代以后，不锈钢冶炼工艺有了飞速的发展，已逐步进入三步炼钢阶段。目前世界上不锈钢的冶炼方法多种多样，大中型企业普遍采用三联(三步)法，中小企业一般采用炉外精炼的双联炼钢法。其中，三步法即为初炼炉(第一步)→精炼炉(第二步)→真空精炼炉(第三步)：

3、(1)初炼炉

4、初炼炉只起熔化初炼作用，负责向精炼炉提供初炼钢水，或称之为不锈钢母液。视原料条件和规格不同可选择感应炉、电炉或转炉。以返回废钢作为主原料时，感应炉和电炉均可作为初炼炉，而感应炉一般用于小规模

5、若原料中废钢量和合金比例较大时，需选择电炉熔化合金和废钢，提供混匀不锈钢母液成分和温度的功能；若原料中合金大量来源于矿石时，如铬矿、铁矿和镍矿，可采用转炉作为初炼炉还原矿石中合金元素，如日本川崎就采用了铬矿石还原获得金属铬。

6、一般认为，转炉作为初炼炉是不经济的。因为它需要高炉铁水提供母液和热量来源，延长了工艺路线，一次性投资增加。只有在电力匮乏的情况下，考虑选用转炉作为初炼炉。

7、(2)精炼炉

8、精炼炉的功能主要是降碳保铬，同时伴随脱硫的过程。最常用的精炼炉是转炉，主要有aod,k-bop、k-obm-s、mrp、clu、kcr-s等。

9、aod通常称为氩氧炉，是最常见的精炼炉，不锈钢精炼炉中约有70％为aod，大量使用在二步法和三步法冶炼工艺中。传统的aod是在转炉下部安装侧吹风嘴、喷吹氧气和氩气进行脱碳和精炼。目前在aod转炉的基础上增加顶枪、喷吹氧气和混合气体，称之为aod-l精炼炉，可以加快脱碳速度、缩短冶炼周期和提高生产能力。日本大同(daido)制钢公司在aod转炉的基础上增加真空系统，定义为aod-vcr精炼炉，可用于生产低碳不锈钢，还可降低氩气和硅铁消耗，缩短冶炼周期。

10、k-bop是川崎制钢公司(kawasaki steel corporation)在顶吹碱性氧气转炉bof基础上增加了底吹喷嘴，可喷吹氧气和冷却介质甲烷，还可喷吹石灰。

11、k-obm-s是由奥钢联公司(va1)在k-bop基础上改进和发展的技术，它在顶吹碱性氧气转炉bof上增加了底吹喷嘴或侧吹喷嘴。实际上k-bop和k-0bm-s最初都是顶底复吹碱性氧气转炉，最近k-obm-s又增加使用了侧吹喷嘴，与aod-l非常类似。k-bop和k-obm-s适用于现有的顶底复吹碱性氧气转炉，局部改造后可生产不锈钢。

12、gor是乌克兰在顶底复吹碱性氧气转炉上开发的，底吹喷嘴采用天然气或碳氢化合物进行保护，与k-bop和k-obm-s相当。

13、mrp是metal refining process的缩写，由曼内斯曼德马克胡金根厂(mannesmanndemaghut-tentechnik)在底吹转炉基础上发展的，早期通过底吹喷嘴交替喷吹氧气和惰性气体。后期又增加了顶枪，顶部喷吹氧气，底吹喷吹惰性气体，形成mrp-l型精炼炉。

14、clu类似于aod，但底吹稀释气体改成了水蒸汽，并且是从底部吹入。

15、kcb-s是krupp combined biowingstainless的缩写，由krupp stahl ag公司在aod炉的基础上增加了顶吹，与aod-l相当。

16、(3)真空吹氧精炼炉

17、真空吹氧精炼炉(主要有vod和rh-ob/rh-ktb等)的功能是在真空状态下进一步脱碳，完成最终成分的微调、纯净度的控制。该法最初用于生产超低碳、超低氮的不锈钢，当ar气气源不能保证或不够充足时，也常在二步法后增设真空吹氧精炼炉，从而降低ar气消耗，达到同样的精炼效果。

18、vod和rh-ob/rh-ktb是在vd真空炉和rh真空炉的基础上增加了一套氧枪。rh-ob在真空室侧壁上安装氧枪,而vod和rh-ktb则在真空室顶部安装了氧枪，目的都是向真空室内的钢水喷吹氧气。

19、三步法逐渐成为现阶段冶炼不锈钢的主要方法，但三步法存在工艺流程长、设备系统复杂、占地面积大、系统能耗高、碳排放量大、投资和生产成本高等缺点，不符合国家低碳低能耗的产业政策。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提出一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统及方法。该系统包括还原炉和设置在还原炉下游的真空精炼炉。还原炉内还原生成的金属单质进入真空精炼炉，生产铬、镍系不锈钢。本方案系统结构简单，仅包括还原炉和真空精炼炉，即本专利技术基于冶炼原料的反应特性，利用铁的氧化物、铬的氧化物和镍的氧化物三者不同的还原反应温度和还原介质，提出了流态化还原+真空熔炼的两步法来制备铬、镍系不锈钢，大大缩短了工艺流程，降低了系统能耗。而且，本专利技术所述还原炉为新型炉管，即在还原炉的不同位置分别设置各金属氧化物的入口和各还原性气体的入口，使得各金属氧化物及各还原性气体能够从不同位置进入还原炉内，从而使得各金属氧化物能够匹配各自的还原反应温度和还原介质，提高各金属氧化物的还原效率，进而提高金属单质的收得率。

2、根据本专利技术的第一种实施方案，提供基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统。

3、一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统，该系统包括还原炉和设置在还原炉下游的真空精炼炉。所述还原炉上设有铁氧化物入口、铬氧化物入口、镍氧化物入口、第一还原性气体入口、第二还原性气体入口、金属单质出口。其中，铁氧化物入口位于还原炉侧壁的中上部。铬氧化物入口位于还原炉侧壁的中下部。镍氧化物入口位于还原炉顶部。第一还原性气体入口位于还原炉侧壁的中部。第二还原性气体入口位于还原炉的底部。金属单质出口位于还原炉的上部或顶部。还原炉的金属单质出口连接至真空精炼炉。

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【技术保护点】

1.一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的系统，其特征在于：该系统包括还原炉(1)和设置在还原炉(1)下游的真空精炼炉(2)；所述还原炉(1)上设有铁氧化物入口(101)、铬氧化物入口(102)、镍氧化物入口(103)、第一还原性气体入口(104)、第二还原性气体入口(105)、金属单质出口(106)；其中，铁氧化物入口(101)位于还原炉(1)侧壁的中上部；铬氧化物入口(102)位于还原炉(1)侧壁的中下部；镍氧化物入口(103)位于还原炉(1)顶部；第一还原性气体入口(104)位于还原炉(1)侧壁的中部；第二还原性气体入口(105)位于还原炉(1)的底部；金属单质出口(106)位于还原炉(1)的上部或顶部；还原炉(1)的金属单质出口(106)连接至真空精炼炉(2)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还包括铁氧化物下料管(3)、铬氧化物下料管(4)、镍氧化物下料管(5)；所述铁氧化物下料管(3)穿过铁氧化物入口(101)斜向下伸入还原炉(1)中；所述铬氧化物下料管(4)穿过铬氧化物入口(102)斜向下伸入还原炉(1)中；所述镍氧化物下料管(5)穿过镍氧

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：铁氧化物下料管(3)上开设有铁氧化物下料孔(301)；铬氧化物下料管(4)上开设有铬氧化物下料孔(401)；镍氧化物下料管(5)上开设有镍氧化物下料孔(501)；优选，镍氧化物下料孔(501)的孔径小于铁氧化物下料孔(301)的孔径小于铬氧化物下料孔(401)的孔径；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述还原炉(1)上设有多个铁氧化物入口(101)和多个铬氧化物入口(102)；所述多个铁氧化物入口(101)在还原炉(1)侧壁的中上部均匀分布；所述多个铬氧化物入口(102)在还原炉(1)侧壁的中下部均匀分布；

5.一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的方法或使用权利要求1-4中任一项所述系统来制备铬、镍系不锈钢的方法，该方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述铁的氧化物为Fe2O3或包括Fe2O3在内的多种铁氧化物的混合物；所述铬的氧化物为Cr2O3或包括Cr2O3在内的多种铬氧化物的混合物；所述镍的氧化物为NiO或包括NiO在内的多种镍氧化物的混合物；和/或

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在铁的氧化物中，Fe2O3的含量大于80％，优选为大于85％，更优选为大于90％；在铬的氧化物中，Cr2O3的含量大于50％，优选为大于60％，更优选为大于70％；在镍的氧化物中，NiO的含量大于20％，优选为大于30％，更优选为大于40％；和/或

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：在还原炉(1)内添加的所有金属氧化物中，铁的氧化物的添加量为金属氧化物总添加量的60％～85％，铬的氧化物的添加量为金属氧化物总添加量的10％～25％，镍的氧化物的添加量为金属氧化物总添加量的5％～15％；和/或

9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)具体为：将铁的氧化物、铬的氧化物和镍的氧化物分别磨粉，然后将符合粒度要求的铁氧化物粉末、铬氧化物粉末、镍氧化物粉末分别从还原炉(1)的中上部、中下部、顶部输送至炉内；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在步骤4)中，调整第一还原性气体和第二还原性气体的流速，控制铁氧化物粉末悬浮于还原炉(1)的中上部，铬氧化物粉末悬浮于还原炉(1)的中下部，镍氧化物粉末悬浮于还原炉(1)内；在步骤5)中，还原生成的金属单质被气流喷吹至真空精炼炉(2)，生产铬、镍系不锈钢；

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在还原炉(1)的中上部，铁的氧化物的还原反应温度为1000～1300℃，优选为1030～1250℃；铁的氧化物的还原反应时间为0.5～4h，优选为1～3.5h；和/或

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【技术特征摘要】

5.一种基于新型炉管制备铬、镍系不锈钢的方法或使用权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，马钟琛，张鹏羽，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人