轉(zhuǎn)爐中鎳礦直接還原合金化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)爐中鎳礦直接還原合金化的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎳是不銹鋼、合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼鐵材料中最重要的合金元素之一，在鋼中 含量達(dá)到一定值時(shí)，能提高鋼的強(qiáng)度、淬硬性、沖擊韌性和抗腐蝕能力，含鎳合金結(jié)構(gòu)鋼在 低溫下的沖擊韌性可達(dá)到最佳水平，且在不銹鋼中與鉻共同作用，可改變鋼材組織，使不銹 鋼的耐腐蝕性能和綜合機(jī)械性能得到優(yōu)化，目前含鎳鋼鐵材料廣泛應(yīng)用于軍工制造、民用 耐酸和耐熱鋼結(jié)構(gòu)鋼制造、多種機(jī)械制造等領(lǐng)域。
[0003] 在目前條件下，為提高鋼中的鎳含量，主要是在冶煉或精煉過程中加入鎳鐵或金 屬鎳進(jìn)行鎳合金化操作。而鎳鐵和金屬鎳主要以紅土鎳礦為原料，通過火法冶煉而成，以當(dāng) 前最為先進(jìn)和通用的回轉(zhuǎn)窯+電爐工藝（RKEF法）為例，產(chǎn)出品位為20~30 %的鎳鐵，平 均電耗為7000~8000kW · h/t，而制造金屬鎳的電耗進(jìn)一步增加，屬于典型的高耗能行業(yè)， 且附帶產(chǎn)出占原料總量5~15%的粉塵，即使在除塵效果良好的情況下，也難免造成生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)條件嚴(yán)重惡化，大量粉塵積壓又成為新的污染源，給環(huán)境帶來巨大壓力。
[0004] 如果直接將初步處理的鎳礦球團(tuán)或壓塊加入鋼鐵冶煉過程，利用冶煉初期鐵水中 高碳、高硅的還原條件，通過一定方法將氧化鎳還原進(jìn)入鋼液中完成鋼液鎳合金化，將直接 省去鎳鐵或鎳的制造環(huán)節(jié)，提高資源利用率，大量節(jié)約電力能源消耗，減輕環(huán)境壓力，同時(shí) 節(jié)約鋼液鎳合金化成本。目前全球已探明的1. 6億噸鎳礦儲(chǔ)量中，硫化鎳礦約占30%，紅 土鎳礦約占70%，隨著全球硫化鎳礦資源量迅速接近枯竭，氧化鎳礦（即紅土鎳礦）的開 采和利用成為主流而迅速發(fā)展，但與錳礦、鉻礦等可在轉(zhuǎn)爐中熔融還原的礦物相比，紅土鎳 礦的品位偏低（鎳含量1. 5~4% )、成分更為復(fù)雜、水分含量較高，如果用以冶煉高鎳不銹 鋼，因鎳礦中鎳含量低，缺乏現(xiàn)實(shí)意義，如果向轉(zhuǎn)爐中加入以生產(chǎn)含鎳鋼水，最終生產(chǎn)含鎳 的中、低合金鋼，雖然具備一定的現(xiàn)實(shí)意義，但該操作將對(duì)過程渣料控制、溫度控制及穩(wěn)定 性控制均產(chǎn)生明顯影響，因此，技術(shù)實(shí)現(xiàn)有一定難度，目前尚未見有關(guān)轉(zhuǎn)爐中鎳礦熔融還原 直接合金化的論文、專利或報(bào)道。
[0005] 在當(dāng)前礦物預(yù)處理造球、壓塊和脫水等工藝十分成熟、成本極為低廉的背景下，結(jié) 合特定的鐵水條件、高水平的轉(zhuǎn)爐過程控制工藝，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐中紅土鎳礦直接熔融還原合金 化、生產(chǎn)含鎳鋼液成為可能，且鎳自身的極高氧勢(shì)可保證其收得率處于較好水平，同時(shí)紅土 鎳礦中的氧化鐵利于轉(zhuǎn)爐化渣，提高冶煉效率，還可部分還原進(jìn)入鋼液，提高鋼鐵料收得 率，MgO可替代白云石進(jìn)入渣料，減少渣料消耗，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。實(shí)現(xiàn)鎳礦熔融還原 合金化的條件包括以下幾個(gè)方面：
[0006] 1)較高的鎳含量和合理的其他礦物成分含量；
[0007] 2)基于目前鎳含量高于2%的紅土鎳礦中SiO2含量均超過30%的現(xiàn)實(shí)，鐵水硅含 量應(yīng)處于合理的低水平，以保證爐渣堿度處于3. 2~3. 8的范圍，進(jìn)而保證脫磷率；
[0008] 3)鎳礦熔融還原是吸熱過程，因此，應(yīng)保證較高的入爐鐵水溫度，并減少?gòu)U鋼裝入 比例，以達(dá)到總體熱平衡。
[0009] 以上條件基本滿足的前提下，通過合理的轉(zhuǎn)爐過程控制和終點(diǎn)控制，可將鎳的收 得率穩(wěn)定在85%以上，且轉(zhuǎn)爐脫磷效果保持穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)鎳礦熔融直接還原合金化預(yù)期 的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鎳礦直接還原合金化的方法，該方法利用 冶煉初期鐵水中高碳、高硅的還原條件，將氧化鎳還原進(jìn)入鋼液中完成鋼液鎳合金化，從而 省去鎳鐵或鎳的制造環(huán)節(jié)，提高資源利用率，節(jié)約能源，降低消耗，減輕環(huán)境壓力，同時(shí)節(jié)約 鋼液鎳合金化成本。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，
[0012] 本發(fā)明采用技術(shù)方案的為：
[0013] 以武鋼90t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐為例，該轉(zhuǎn)爐一般情況下鐵水裝入量80t左右，現(xiàn)有技術(shù) 下要裝入廢鋼，廢鋼裝入比例為10~15%，以活性石灰為主要造渣料，活性石灰消耗量為 40~60kg/t鐵水，終渣量80~100kg/t鐵水。
[0014] 在鐵水進(jìn)行預(yù)處理脫硫的條件下，以該型90噸轉(zhuǎn)爐為基礎(chǔ)，制訂鎳礦直接合金化 冶煉低鎳合金結(jié)構(gòu)鋼鋼液的實(shí)施方案如下：
[0015] 1)初始鋼鐵料及鎳礦裝入步驟：
[0016] 鐵水兌入轉(zhuǎn)爐前溫度彡1300°C，鐵水硅含量不高于0.2%，裝料時(shí)，不再裝入廢 鋼，直接裝入50~60kg/t鐵水的球團(tuán)狀鎳礦，之后兌入全部鐵水，所述球團(tuán)狀鎳礦由紅土 鎳礦經(jīng)造球和焙燒而成，粒徑在30~80mm之間的比例超過95 %，水份含量不高于2 %，入 爐前經(jīng)烘烤1小時(shí)以上，加入轉(zhuǎn)爐前溫度達(dá)到l〇〇°C以上，所述紅土鎳礦中按重量百分比鎳 含量大于2%，SiO 2含量不低于30%。
[0017] 2)渣料加入及吹氧冶煉步驟：采用單爐雙渣兩步法冶煉工藝，首先進(jìn)行第一步吹 煉，即第一次造渣過程，吹煉開始前按15~20kg/t鐵水的比例向爐內(nèi)加入活性石灰，即刻 開始于1.8米高槍位（正常開吹槍位1.5米）吹氧，控制氧槍氧壓在0. SMPa的水平，減輕對(duì) 鋼液熔池的攪拌，以避免未完全熔化的渣料及上浮的鎳礦產(chǎn)生噴濺，并提高升溫效率，吹氧 開始100~120s后，再加入第二批活性石灰10~15kg/t鐵水，降低槍位至1. 6米，將氧壓 提升至〇. 95MPa的正常水平，繼續(xù)吹氧至400~420秒時(shí)，停止吹煉，提起氧槍，倒?fàn)t，倒出 爐中低堿度渣料的60~70%，第一步吹煉完成；然后搖正爐體開始第二步吹煉，即第二次 造渣過程，再次下槍開始吹氧，槍位首先定在1. 7米，氧壓穩(wěn)定在0. 95MPa不變，再次加入鎳 礦10~20kg/t鐵水，同時(shí)加入活性石灰5~10kg/t鐵水、吹氧至450~480秒時(shí)，將氧槍 槍位下降至1. 6米，吹氧時(shí)間至540s~570s之間，再加入活性石灰5~10kg/t鐵水，吹氧 結(jié)束前180s，不再加入任何渣料，總吹氧時(shí)間為950~980s，冶煉全程不加入任何化渣劑、 冷卻劑和護(hù)爐用輕燒白云石，吹氧完成后將氧槍提出轉(zhuǎn)爐，最后調(diào)整終點(diǎn)溫度和成分，終點(diǎn) 鋼水碳含量控制在〇. 06~0. 08%的水平，終點(diǎn)溫度控制為1650~1680°C，按正常程序出 鋼。
[0018] 3)底吹步驟：采用動(dòng)態(tài)底吹法，第一次倒?fàn)t前，底吹強(qiáng)度維持在0. 07Nm3/min 的 水平，第一次倒?fàn)t倒渣并搖正爐體，開始第二步吹煉，采用強(qiáng)化型底吹模式，底吹強(qiáng)度保持 在0. 08~0. lNm3/min · t，后攪拌時(shí)間彡60s，以提高礦石恪融還原的效率。
[0019] 4)點(diǎn)吹步驟：常規(guī)吹煉結(jié)束后點(diǎn)吹氧氣的槍位為1. 5米，不超過兩次。
[0020] 5)其他：其他按常規(guī)鋼種的相關(guān)工藝方法進(jìn)行。
[0021] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中，所述紅土鎳礦中，按重量百分比，NiO含量為2.8~ 3. 0 %，F(xiàn)e2O3含量為35~38 %，MgO含量為25~30