專利名稱：一種含鎳海綿鐵及其制備方法，以及生產(chǎn)鎳合金鋼坯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉中的海綿鐵，特別是涉及一種含有鎳的海綿鐵，以及這種含鎳海綿鐵的生產(chǎn)方法。本發(fā)明還涉及利用這種含鎳海綿鐵制造鎳合金鋼坯的方法。
背景技術(shù)：
鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料，是合金鋼中的重要合金元素，特別是鎳還是鋼中形成奧氏體的元素，是不銹鋼的重要組成部分。
隨著鎳基耐熱合金與含鎳20％以下高強(qiáng)鋼的大規(guī)模發(fā)展與應(yīng)用，以及化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展對不銹鋼的需要量越來越大，對于金屬鎳的需求也與日俱增，尤其是中國的不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛，2003年，中國不銹鋼消費(fèi)已突破400萬噸，自產(chǎn)不銹鋼能力也達(dá)到了160萬噸。然而，由于世界上的鎳儲量較少，且又集中分布在少數(shù)地區(qū)，因此在世界范圍內(nèi)造成了鎳的供求緊張。在中國，鎳的價格在2004年元月已攀升到14年來的最高點(diǎn)，根據(jù)insg的預(yù)測，在未來的2004年及2005年兩年中，中國的鎳供應(yīng)將會有很大缺口，這就使得我國快速增長的不銹鋼生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)必將面對由于鎳的短缺而造成的被動局面。
一方面是在全世界范圍內(nèi)，作為生產(chǎn)不銹鋼重要原料之一的鎳供需緊張，而另一方面，我國在生產(chǎn)不銹鋼時產(chǎn)生的煙道灰、層泥、鐵鱗等副產(chǎn)物質(zhì)卻因至今沒有一種合適的回收方法而大量堆積拋棄，無法回收再生利用。將這些廢棄物堆積拋棄，不但需要占用大量的空閑場地，而且會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。特別是由于在這些廢棄物中含有大約1～4％不等的貴重金屬鎳，以及諸如鉻、鈦、錳、鉬、銅、鈮、磷等許多其它元素，而這些元素又是在冶煉不銹鋼時需要另外添加的元素，如果直接丟棄，不回收利用，勢必會造成極大的資源浪費(fèi)，不利于我國不銹鋼工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，研究開發(fā)一種將這些冶煉不銹鋼廢棄物回收利用的方法，必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是充分利用冶煉不銹鋼產(chǎn)生的廢棄物，提供一種利用冶煉不銹鋼廢棄物回收制備的含鎳海綿鐵，以及該含鎳海綿鐵的制備方法。
提供一種利用含鎳海綿鐵生產(chǎn)鎳合金鋼坯的方法，是本發(fā)明的另一發(fā)明目的。
由于原料冶煉不銹鋼廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的成分并不固定，有一定的隨機(jī)性，本發(fā)明含鎳海綿鐵的組成含量也不能完全確定，具體可由下述方法制備以冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，擠壓成型后裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原，得到含鎳海綿鐵。
同時，在上述廢棄物的原料中還可以添加一定量的不銹鋼切割渣，但添加量應(yīng)不超過原料總重量的50％。
本發(fā)明含鎳海綿鐵的具體制備方法包括以下步驟a.以冶煉不銹鋼廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種，或幾種的任意比例混合物為原料，裝入擠壓機(jī)中擠壓成型，制成粗坯。
在擠壓成型制粗坯前，還可以在原料中加入不超過原料總重量50％的不銹鋼切割渣，并混合均勻，共同擠壓成粗坯。
用于將原料擠壓成型的擠壓機(jī)壓力為0.1～5t，根據(jù)原料中配料比例的不同，擠壓壓力相應(yīng)作適應(yīng)性調(diào)整。
b.將制成的粗坯裝入還原罐中，再加入占粗坯重量15～30％的還原劑。其中所述的還原劑是由煤焦粉與脫硫劑按照3～6∶1的重量比混合制成，脫硫劑可以采用石灰石或者白云石。
c.把裝好的還原罐一齊帶入冶煉窯中，升溫至1000～1500℃，恒溫焙燒5～10h，制成含鎳海綿鐵。
用于制備含鎳海綿鐵的冶煉窯最好是隧道窯，也可以采用側(cè)煙窯或者縮式窯等形式的冶煉窯。
一般地，上述制備方法得到的含鎳海綿鐵，TFe含量在50％以上，并含有5％左右的Ni，可以直接作為冶煉不銹鋼的原料使用。當(dāng)然，也可以將含鎳海綿鐵進(jìn)一步冶煉加工成為鎳合金鋼坯，使TFe和Ni的含量進(jìn)一步提高后，再作為冶煉不銹鋼的原料使用。
本發(fā)明的鎳合金鋼坯的具體制備方法是，將含鎳海綿鐵與硅鐵粉、石灰石粉、炭粉按照1∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2的重量比加入到電弧爐中，以常規(guī)技術(shù)方法進(jìn)行冶煉，制成鎳合金鋼坯。
本發(fā)明制成的鎳合金鋼坯，TFe含量提高到80％以上，Ni含量提高到8％左右。
采用本發(fā)明的上述含鎳海綿鐵和鎳合金鋼坯的制備方法，使用100t不銹鋼廢棄物原料，最終可以生產(chǎn)出50～60t左右的鎳合金鋼坯。
本發(fā)明制成的鎳合金鋼坯主要是作為原料應(yīng)用在不銹鋼的冶煉生產(chǎn)中。
本發(fā)明利用冶煉不銹鋼產(chǎn)生的廢棄物為原料，生產(chǎn)含鎳海綿鐵，進(jìn)而生產(chǎn)鎳合金鋼坯，作為不銹鋼冶煉生產(chǎn)的原料，一方面可以使煙道灰、層泥、鐵鱗等廢棄物得以回收再生利用，既解決了長期堆置占用場地的問題，也消除了對環(huán)境的污染問題；另一方面，本發(fā)明也把廢棄物變成了可利用資源，節(jié)省了大量的珍貴資源；而且使用本發(fā)明的產(chǎn)品作為原料冶煉不銹鋼，可以減少冶煉過程中其它元素的添加量，使不銹鋼的生產(chǎn)成本大大降低。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰，粉碎至需要的細(xì)度后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以0.2t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細(xì)粉后，按照3∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入6.5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1000℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒6h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 55.90％，Ni 4.52％，Cr 8.76％，S 0.31％，P 0.16％，C 0.20％。
實(shí)施例2取冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰和鐵鱗，分別粉碎至需要的細(xì)度，按照6∶4的重量比混合均勻后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以0.8t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細(xì)粉后，按照5∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入4Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1300℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒5h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 54.87％，Ni 4.93％，Cr 7.49％，S 0.22％，P 0.23％，C 0.08％。
實(shí)施例3取冶煉不銹鋼的廢棄物鐵鱗，以及不銹鋼切割渣，分別粉碎至需要的細(xì)度，按照7∶3的重量比混合均勻后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以3t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細(xì)粉后，按照5.5∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入4.5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1350℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒6h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 56.13％，Ni 5.72％，Cr 7.94％，S 0.17％，P 0.25％，C 0.23％。
實(shí)施例4取冶煉不銹鋼的廢棄物層泥和鐵鱗，以及不銹鋼切割渣，分別粉碎至需要的細(xì)度，按照4∶3∶3的重量比混合均勻后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以1.5t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與白云石分別粉碎成細(xì)粉后，按照5∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入6Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1400℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒8h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 53.72％，Ni 5.47％，Cr 7.77％，S 0.19％，P 0.31％，C 0.18％。
實(shí)施例5取冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰和層泥，以及不銹鋼切割渣，分別粉碎至需要的細(xì)度，按照4∶2∶4的重量比混合均勻后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以1t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與白云石分別粉碎成細(xì)粉后，按照4.5∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入5.5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1350℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒8h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 52.67％，Ni 6.03％，Cr 8.17％，S 0.08％，P 0.15％，C 0.23％。
實(shí)施例6取冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰、層泥和鐵鱗，分別粉碎至需要的細(xì)度，按照5∶2∶3的重量比混合均勻后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以1t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細(xì)粉后，按照5.5∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入5Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1300℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒8h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 55.15％，Ni 5.87％，Cr 8.35％，S 0.17％，P 0.09％，C 0.17％。
實(shí)施例7取冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰、層泥和鐵鱗，以及不銹鋼切割渣，分別粉碎至需要的細(xì)度，按照3∶2∶2∶3的重量比混合均勻后，加適量水，裝入擠壓機(jī)中，以2t的壓力擠壓成粗坯。
將煤焦粉與石灰石分別粉碎成細(xì)粉后，按照5∶1的重量比混合均勻，制成還原劑。
把擠壓成型的粗坯裝入還原罐中，每罐裝入25Kg，再加入6Kg的上述還原劑，填充在還原罐內(nèi)的空隙處，加蓋。
將全部裝好的還原罐一起帶入已升溫至1250℃并恒溫的隧道窯中，恒溫焙燒10h后，出窯冷卻，從還原罐中倒出產(chǎn)品，并清除干凈附著在表面的殘余還原劑后，得到含鎳海綿鐵產(chǎn)品。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 58.66％，Ni 6.74％，Cr 8.51％，S 0.09％，P 0.15％，C 0.21％。
實(shí)施例8
取實(shí)施例1含鎳海綿鐵產(chǎn)品4t，硅鐵粉0.5t，石灰石0.5t，炭粉0.5t，一起加入電弧爐中，按照常規(guī)技術(shù)方法冶煉，并將鋼水澆注成鎳合金鋼坯。本例中每使用100t廢棄物原料，可以生產(chǎn)出鎳合金鋼坯58t左右。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 83.72％，Ni 7.49％，Cr 11.26％。
實(shí)施例9取實(shí)施例5含鎳海綿鐵產(chǎn)品4t，硅鐵粉0.6t，石灰石0.6t，炭粉0.6t，一起加入電弧爐中，按照常規(guī)技術(shù)方法冶煉，并將鋼水澆注成鎳合金鋼坯。本例中每使用100t廢棄物原料，可以生產(chǎn)出鎳合金鋼坯54t左右。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 85.91％，Ni 8.31％，Cr 10.59％。
實(shí)施例10取實(shí)施例7含鎳海綿鐵產(chǎn)品3.5t，硅鐵粉0.5t，石灰石0.5t，炭粉0.5t，一起加入電弧爐中，按照常規(guī)技術(shù)方法冶煉，并將鋼水澆注成鎳合金鋼坯。本例中每使用100t廢棄物原料，可以生產(chǎn)出鎳合金鋼坯62t左右。
經(jīng)對上述產(chǎn)品的成分試驗(yàn)分析，含有TFe 86.18％，Ni 8.71％，Cr 12.45％。
權(quán)利要求
1.一種含鎳海綿鐵，其組成并不確定，可由下述方法制備以冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，擠壓成型后裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原，得到含鎳海綿鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎳海綿鐵，其特征是在原料中還可以添加不銹鋼切割渣，其添加量不超過原料總重量的50％。
3.一種制備權(quán)利要求1或2含鎳海綿鐵的方法，包括以下步驟a.以冶煉不銹鋼廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種，或幾種的任意比例混合物為原料，并加入不超過原料總重量50％的不銹鋼切割渣，或者不加不銹鋼切割渣，混合后擠壓成型制成粗坯；b.將粗坯裝入還原罐中，加入占粗坯重量15～30％的還原劑；c.還原罐入窯，升溫至1000～1500℃，恒溫焙燒5～10h，制成含鎳海綿鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備含鎳海綿鐵方法，其特征是所述的還原劑是由煤焦粉與脫硫劑按照3～6∶1的重量比混合制成，其中的脫硫劑采用石灰石或者白云石。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備含鎳海綿鐵方法，其特征是制備含鎳海綿鐵使用的冶煉窯為隧道窯、側(cè)煙窯或者縮式窯中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備含鎳海綿鐵方法，其特征是以0.1～5t的壓力將原料擠壓成型為粗坯。
7.一種生產(chǎn)鎳合金鋼坯的方法，是將權(quán)利要求1或2的含鎳海綿鐵與硅鐵粉、石灰石粉、炭粉按照1∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2的重量比加入到電弧爐中冶煉，制成鎳合金鋼坯。
8.權(quán)利要求7的鎳合金鋼坯在冶煉不銹鋼中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含鎳海綿鐵及其生產(chǎn)方法，以及利用這種含鎳海綿鐵制造鎳合金鋼坯的方法。具體是以冶煉不銹鋼的廢棄物煙道灰、層泥、鐵鱗中的一種或幾種的任意比例混合物為原料，擠壓成型后裝入還原罐中，加入還原劑，入窯在1000～1500℃焙燒還原得到含鎳海綿鐵。進(jìn)而將含鎳海綿鐵與硅鐵粉、石灰石粉、炭粉加入電弧爐中，以常規(guī)技術(shù)冶煉制成鎳合金鋼坯。制成的鎳合金鋼坯主要用于冶煉不銹鋼。本發(fā)明利用冶煉不銹鋼廢棄物生產(chǎn)含鎳海綿鐵，進(jìn)而生產(chǎn)鎳合金鋼坯，可以回收利用廢棄物，將廢棄物變成可利用資源，降低不銹鋼的生產(chǎn)成本。
文檔編號C21B13/04GK1624160SQ20041009240
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者李增元 申請人:李增元