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一种不锈钢母液的制备方法
申请号	CN201710233751.1	申请日	2017-04-11	公开(公告)号	CN106957984A	公开(公告)日	2017-07-18
申请人	江苏省冶金设计院有限公司;			发明人	闫方兴; 任中山; 曹志成; 徐刚; 吴道洪;
摘要	本发明涉及一种不锈钢母液的制备方法。所述方法包括步骤：将红土镍矿、含碳还原剂混合均匀，得到第一混合料；将铬铁矿、含碳还原剂、粘结剂混合均匀，得到第二混合料；第一混合料经造球处理，得到第一球团；第一球团作为母球放入第二混合料中继续长大，经烘干处理后得到第二球团；第二球团在还原气氛下进行焙烧，得到预还原球团；将预还原球团运送至熔炼炉中进行熔融，然后经分离、排渣，得到不锈钢母液。本发明的方法制备周期较短，选用的原料来源广泛、价格低廉，并能够充分利用各物料不同的还原性质和熔化性质，来制备复合含碳球团，通过“一步法”制备不锈钢母液，工艺流程较短、成本较低、能耗较低。
权利要求	1.一种不锈钢母液的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤： A、将红土镍矿、含碳还原剂混合均匀，得到第一混合料； B、将铬铁矿、含碳还原剂、粘结剂混合均匀，得到第二混合料； C、所述第一混合料经造球处理，得到第一球团； D、所述第一球团作为母球放入所述第二混合料中继续长大，经烘干处理后得到第二球团； E、所述第二球团在还原气氛下进行焙烧，得到预还原球团； F、将所述预还原球团运送至熔炼炉中进行熔融，然后经分离、排渣，得到不锈钢母液。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含碳还原剂选用无烟煤、焦粉、兰炭中的一种；所述含碳还原剂中固定碳的质量含量为75％～95％；所述粘结剂选用膨润土或腐植酸钠；所述第二混合料中，所述粘结剂的质量占所述铬铁矿质量的2％～5％。 3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤A之前还包括步骤：将红土镍矿原料、含碳还原剂原料研磨至粒径≤0.074mm的颗粒的质量含量≥80％，得到所述红土镍矿和所述含碳还原剂。 4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤A中，所述红土镍矿中含有镍氧化物和铁氧化物，所述镍氧化物和铁氧化物中氧的质量之和为m1，所述含碳还原剂中固定碳的质量为n1，其中，n1/m1＝0.4～0.8。 5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤B之前还包括步骤：将铬铁矿原料、含碳还原剂原料、粘结剂原料研磨至粒径≤0.074mm的颗粒的质量含量≥80％，得到所述铬铁矿、含碳还原剂和粘结剂。 6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述铬铁矿中含有铬氧化物和铁氧化物，所述铬氧化物和铁氧化物中氧的质量之和为m2，所述含碳还原剂中固定碳的质量为n2，其中，n2/m2＝0.8～1.2。 7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一球团的粒度为6～10mm；所述第二球团的粒度为12～25mm；所述第二球团的含水量≤2％。 8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤E中，控制所述焙烧过程的温度为 1300～1500℃，时间为25～60min。 9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤F中，所述运送方式选用链板式热送或罐式热装热送；控制所述熔融过程的温度为1650～1800℃。 10.一种不锈钢母液，其特征在于，所述不锈钢母液由权利要求1至9任一所述的方法制备，所述不锈钢母液中铬的质量含量为15％～30％，镍的质量含量为1.5％～6％。
说明书全文	一种不锈钢母液的制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及不锈钢冶炼领域，具体涉及一种不锈钢母液的制备方法。背景技术 [0002] 近年来，我国不锈钢的产能增长迅速，对于铬铁和镍的需求不断增加。传统的不锈钢冶炼主要是以铬铁合金和纯镍(或镍铁合金)作为主要的合金原料。随着全球矿产资源的劣质化，铬铁和含镍原料的生产成本升高，因此增加了不锈钢的生产成本。 [0003] 目前，国内外制备不锈钢母液时主要采用电炉、中频炉、转炉等传统的冶炼设备。采用电炉和中频炉熔炼高碳铬铁、镍铬生铁或镍板制备不锈钢母液时，熔炼成本较高。并且，电炉吹氧会导致贵重金属铬和镍受损。同时，设备重复配置，投资成本大，能耗高。采用转炉冶炼工艺时，原料选用普通铁水和固态的高碳铬铁(或镍铁合金)，世界上绝大多数的不锈钢企业采用该种方法。 [0004] 在传统的不锈钢母液制备过程中，镍铁合金和铬铁合金的熔炼为两个分别独立的过程，导致工艺流程较长。并且，工艺流程比较复杂、能耗高、污染严重、操作成本高。发明内容 [0005] 针对现有技术中存在的缺点和不足，本发明旨在提供一种原料成本低、生产工艺简单、镍和铬回收率较高的不锈钢母液的制备方法。 [0006] 本发明提供了一种不锈钢母液的制备方法，所述方法包括步骤： [0007] A、将红土镍矿、含碳还原剂混合均匀，得到第一混合料； [0008] B、将铬铁矿、含碳还原剂、粘结剂混合均匀，得到第二混合料； [0009] C、所述第一混合料经造球处理，得到第一球团； [0010] D、所述第一球团作为母球放入所述第二混合料中继续长大，经烘干处理后得到第二球团； [0011] E、所述第二球团在还原气氛下进行焙烧，得到预还原球团； [0012] F、将所述预还原球团运送至熔炼炉中进行熔融，然后经分离、排渣，得到不锈钢母液。 [0013] 作为本发明的优选方案，所述含碳还原剂选用无烟煤、焦粉、兰炭中的一种；所述含碳还原剂中固定碳的质量含量为75％～95％；所述粘结剂选用膨润土或腐植酸钠；所述第二混合料中，所述粘结剂的质量占所述铬铁矿质量的2％～5％。 [0014] 上述不锈钢母液的制备方法中，在步骤A之前还包括步骤：将红土镍矿原料、含碳还原剂原料研磨至粒径≤0.074mm的颗粒的质量含量≥80％，得到所述红土镍矿和所述含碳还原剂。 [0015] 作为本发明的优选方案，在步骤A中，所述红土镍矿中含有镍氧化物和铁氧化物，所述镍氧化物和铁氧化物中氧的质量之和为m1，所述含碳还原剂中固定碳的质量为n1，其中，n1/m1＝0.4～0.8。 [0016] 上述不锈钢母液的制备方法中，在步骤B之前还包括步骤：将铬铁矿原料、含碳还原剂原料、粘结剂原料研磨至粒径≤0.074mm的颗粒的质量含量≥80％，得到所述铬铁矿、含碳还原剂和粘结剂。 [0017] 作为本发明的优选方案，步骤B中，所述铬铁矿中含有铬氧化物和铁氧化物，所述铬氧化物和铁氧化物中氧的质量之和为m2，所述含碳还原剂中固定碳的质量为n2，其中，n2/m2＝0.8～1.2。 [0018] 作为本发明的优选方案，所述第一球团的粒度为6～10mm；所述第二球团的粒度为12～25mm；所述第二球团的含水量≤2％。 [0019] 作为本发明的优选方案，步骤E中，控制所述焙烧过程的温度为1300～1500℃，时间为25～60min。 [0020] 作为本发明的优选方案，步骤F中，所述运送方式选用链板式热送或罐式热装热送；控制所述熔融过程的温度为1650～1800℃。 [0021] 本发明还提供了一种不锈钢母液，所述不锈钢母液由上述方法制备，所述不锈钢母液中铬的质量含量为15％～30％，镍的质量含量为1.5％～6％。 [0022] 本发明提出的不锈钢母液的制备方法与现有技术相比，制备周期大大缩短。选用的原料为来源广泛、价格低廉的红土镍矿和铬铁矿，有效降低了成本。本发明提出的内层和外层分别选用不同的物料，来制备复合含碳球团的方法，充分利用了各个物料不同的还原性质和熔化性质。 [0023] 与传统的镍铁合金和铬铁合金分别作为两个独立的工艺进行处理相比，本发明能够以红土镍矿和铬铁矿为原料，“一步法”制备不锈钢母液，工艺流程较短、成本较低、能耗较低。 [0024] 本发明的方法中增加了球团的预还原焙烧步骤，保证了铁、镍和铬具有一定的金属化率，能够有效降低熔炼炉中熔融过程的能耗。附图说明 [0025] 图1为本发明中不锈钢母液的制备方法流程示意图。具体实施方式 [0026] 以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。 [0027] 由图1所示，本发明是通过如下技术方案实现的： [0028] (1)将红土镍矿原料、含碳还原剂原料研磨，直至得到的颗粒中粒径≤0.074mm的颗粒的质量含量≥80％，得到红土镍矿和含碳还原剂。然后，将红土镍矿、含碳还原剂混合均匀，得到第一混合料。 [0029] 本发明中，含碳还原剂选用无烟煤、焦粉、兰炭中的一种。含碳还原剂中固定碳的质量含量为75％～95％。 [0030] 红土镍矿中含有镍氧化物和铁氧化物，本发明中令镍氧化物和铁氧化物中氧的质量之和为m1，并且令含碳还原剂中固定碳的质量为n1。第一混合料中，红土镍矿和含碳还原剂的质量配比满足：n1/m1＝0.4～0.8。 [0031] (2)对铬铁矿原料、含碳还原剂原料、粘结剂原料进行研磨处理，直至得到的颗粒中，粒径≤0.074mm的颗粒的质量含量≥80％，得到铬铁矿、含碳还原剂和粘结剂。将铬铁矿、含碳还原剂、粘结剂混合均匀，得到第二混合料。 [0032] 本发明中，粘结剂选用膨润土或腐植酸钠。 [0033] 该步骤中的含碳还原剂也选用无烟煤、焦粉、兰炭中的一种。并且，含碳还原剂中固定碳的质量含量为75％～95％。 [0034] 铬铁矿中含有铬氧化物和铁氧化物，本发明中令铬氧化物和铁氧化物中氧的质量之和为m2，令含碳还原剂中固定碳的质量为n2。第二混合料中，铬铁矿和含碳还原剂的质量配比满足：n2/m2＝0.8～1.2。并且，第二混合料中加入的粘结剂的质量占铬铁矿质量的2％～5％。 [0035] (3)向第一混合料中加水进行造球处理，得到第一球团。本发明中，控制第一球团的粒度为6～10mm。 [0036] (4)将第一球团作为母球，并放入第二混合料中继续造球长大，烘干之后得到第二球团。 [0037] 本发明中，控制第二球团的粒度为12～25mm。并且，将第二球团烘干至水分的质量含量≤2％，即第二球团的含水量≤2％。 [0038] (5)将第二球团送入还原炉中，在还原气氛下进行焙烧，得到预还原球团。 [0039] 本发明中，控制还原焙烧过程的温度为1300～1500℃，焙烧时间为25～60min。 [0040] (6)将预还原球团运送至熔炼炉中进行熔融，然后经分离、排渣，得到不锈钢母液。 [0041] 该步骤中，运送方式选用链板式热送或罐式热装热送，保证预还原球团送入熔炼炉中的温度为600～1000℃，从而降低熔融过程的能耗。本发明中，控制熔融过程的温度为1650～1800℃。 [0042] 发明人经大量实验发现：红土镍矿的熔点较低，单独制备镍铁粒时极易熔化，冶炼温度的区间较窄，难以控制。然而，铬铁矿的熔点较高，其中Cr2O3的还原难度较大，由铬铁矿还原制备高碳铬铁时需要提供1600℃以上的温度。针对这些难题，本发明提出，以红土镍矿含碳球团(第一球团)作为内核母球，以铬铁矿含碳物料(第二混合料)为外壳，制备得到复合含碳球团(第二球团)。第二球团在1300～1500℃的温度下进行还原焙烧，内层的红土镍矿还原熔融形成镍铁粒，外层的铬铁矿被还原产生金属铁、金属铬及其碳化物，并形成分散的金属小颗粒。金属小颗粒随着还原焙烧时间的延长，在高温下迁移进入镍铁粒中。同时，由于外层结构已经改变的尖晶石未达到熔点，仍然能够维持球团的形状，从而实现镍、铬的初步还原，降低后序熔融过程的能耗。 [0043] 由上述方法制备的不锈钢母液中，铬的质量含量为TCr＝15％～30％，镍的质量含量为TNi＝1.5％～6％。 [0044] 本发明选用的主要原料为红土镍矿和铬铁矿，该两种原料的来源广泛、价格低廉。采用本发明的方法制备不锈钢母液时，克服了现有技术工艺中镍铁合金和铬铁合金需要分别单独处理的复杂工序。本发明的方法能够有效避免现有技术中工艺复杂、流程长、能耗高、污染严重、操作成本高的缺陷。 [0045] 实施例1 [0046] (1)红土镍矿、无烟煤按照质量比为100：5混合均匀，得到第一混合料。其中，红土镍矿中铁(Fe)和镍(Ni)的质量含量为：TFe＝17.0％、TNi＝1.69％。红土镍矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为91.2％。无烟煤中固定碳的质量含量为82.6％。 [0047] (2)铬铁矿、无烟煤、膨润土按照质量比为100：24：3混合均匀，得到第二混合料。其中，铬铁矿中铁(Fe)和铬(Cr)的质量含量为：TFe＝19.2％、Cr2O3＝43.4％。铬铁矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为88.7％。无烟煤中固定碳的质量含量为82.6％。 [0048] (3)向第一混合料中加水造球，得到粒度为8～10mm的第一球团。 [0049] (4)将第一球团作为母球，加入第二混合料中继续造球长大，烘干之后，得到粒度为16～20mm、水分质量含量为1.2％的第二球团。 [0050] (5)将第二球团放入还原炉中，在1400℃的温度下还原焙烧40min得到预还原球团。 [0051] (6)将预还原球团运送至熔炼炉中，在1650℃的温度下进行熔融，并分离、排渣，得到不锈钢母液。 [0052] 本实施例制备的不锈钢母液中，铬(Cr)和镍(Ni)的质量含量为：TCr＝22.5％、TNi＝4.2％。 [0053] 实施例2 [0054] (1)红土镍矿、兰炭按照质量比为100：3混合均匀，得到第一混合料。其中，红土镍矿中铁(Fe)和镍(Ni)的质量含量为：TFe＝14.6％、TNi＝0.98％。红土镍矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为93.3％。兰炭中固定碳的质量含量为79.7％。 [0055] (2)铬铁矿、兰炭、腐植酸钠按照质量比为100：20：2混合均匀，得到第二混合料。其中，铬铁矿中铁(Fe)和铬(Cr)的质量含量为：TFe＝21.2％、Cr2O3＝41.3％。铬铁矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为85.6％。兰炭中固定碳的质量含量为79.7％。 [0056] (3)向第一混合料中加水造球，得到粒度为6～8mm的第一球团。 [0057] (4)将第一球团作为母球，加入第二混合料中继续造球长大，烘干之后，得到粒度为12～16mm、水分质量含量为0.9％的第二球团。 [0058] (5)将第二球团放入还原炉中，在1450℃的温度下还原焙烧30min得到预还原球团。 [0059] (6)将预还原球团运送至熔炼炉中，在1700℃的温度下进行熔融，并分离、排渣，得到不锈钢母液。 [0060] 本实施例制备的不锈钢母液中，铬(Cr)和镍(Ni)的质量含量为：TCr＝19.9％、TNi＝3.4％。 [0061] 实施例3 [0062] (1)红土镍矿、焦粉按照质量比为100：15混合均匀，得到第一混合料。其中，红土镍矿中铁(Fe)和镍(Ni)的质量含量为：TFe＝34.3％、TNi＝1.12％。红土镍矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为86.9％。焦粉中固定碳的质量含量为83.2％。 [0063] (2)铬铁矿、焦粉、膨润土按照质量比为100：24：3混合均匀，得到第二混合料。其中，铬铁矿中铁(Fe)和铬(Cr)的质量含量为：TFe＝18.7％、Cr2O3＝36.1％。铬铁矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为90.3％。焦粉中固定碳的质量含量为83.2％。 [0064] (3)向第一混合料中加水造球，得到粒度为6～10mm的第一球团。 [0065] (4)将第一球团作为母球，加入第二混合料中继续造球长大，烘干之后，得到粒度为16～20mm、水分质量含量为1.6％的第二球团。 [0066] (5)将第二球团放入还原炉中，在1350℃的温度下还原焙烧45min得到预还原球团。 [0067] (6)将预还原球团运送至熔炼炉中，在1750℃的温度下进行熔融，并分离、排渣，得到不锈钢母液。 [0068] 本实施例制备的不锈钢母液中，铬(Cr)和镍(Ni)的质量含量为：TCr＝17.1％、TNi＝1.98％。 [0069] 实施例4 [0070] (1)红土镍矿、无烟煤按照质量比为100：7混合均匀，得到第一混合料。其中，红土镍矿中铁(Fe)和镍(Ni)的质量含量为：TFe＝15.6％、TNi＝1.23％。红土镍矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为86.3％。无烟煤中固定碳的质量含量为83.1％。 [0071] (2)铬铁矿、无烟煤、腐植酸钠按照质量比为100：20：5混合均匀，得到第二混合料。其中，铬铁矿中铁(Fe)和铬(Cr)的质量含量为：TFe＝18.9％、Cr2O3＝37.2％。铬铁矿中，粒度小于0.074mm的颗粒的质量含量为86.1％。无烟煤中固定碳的质量含量为80.4％。 [0072] (3)向第一混合料中加水造球，得到粒度为8～10mm的第一球团。 [0073] (4)将第一球团作为母球，加入第二混合料中继续造球长大，烘干之后，得到粒度为20～25mm、水分质量含量为1.1％的第二球团。 [0074] (5)将第二球团放入还原炉中，在1300℃的温度下还原焙烧60min得到预还原球团。 [0075] (6)将预还原球团运送至熔炼炉中，在1800℃的温度下进行熔融，并分离、排渣，得到不锈钢母液。 [0076] 本实施例制备的不锈钢母液中，铬(Cr)和镍(Ni)的质量含量为：TCr＝18.7％、TNi＝2.6％。 [0077] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

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