镍铁水为主原料300系列不锈钢初炼工艺技术探讨

1、镍铁水为主原料的镍铁水为主原料的300300系列系列不锈钢初炼工艺技术探讨不锈钢初炼工艺技术探讨报告人：储少军报告人：储少军 北京科技大学北京科技大学 冶金与生态工程学院冶金与生态工程学院2011年年11月月12日日 云南丽江云南丽江 经过上世纪经过上世纪9090年代以来的大量投资建年代以来的大量投资建设，中国不锈钢产量自设，中国不锈钢产量自20062006年起超越了日年起超越了日本，现有产能达到本，现有产能达到12001200万吨，占全球产能万吨，占全球产能的的1/31/3，而我国不锈钢的消费规模亦呈快，而我国不锈钢的消费规模亦呈快速增长趋势，自速增长趋势，自20012001年起超过日本、美

2、国年起超过日本、美国居世界第一位。因此，中国已是名副其居世界第一位。因此，中国已是名副其实的不锈钢生产和消耗大国。实的不锈钢生产和消耗大国。发达国家的经验表明，发达国家的经验表明，GDPGDP增幅与该国不锈钢的增幅与该国不锈钢的消费量增长几乎同步。消费量增长几乎同步。 300 300系列不锈钢是不锈钢产品中应用系列不锈钢是不锈钢产品中应用最广、用量最大的不锈钢品种，约占我国最广、用量最大的不锈钢品种，约占我国不锈钢产量的不锈钢产量的60%60%左右。左右。300300系列不锈钢系列不锈钢生产中，使用废钢与镍、铬铁合金等的费生产中，使用废钢与镍、铬铁合金等的费用约占整个不锈钢冶炼成本的用约占整个

3、不锈钢冶炼成本的70% 70% ，世界，世界各国都在寻求直接利用廉价的红土镍矿和各国都在寻求直接利用廉价的红土镍矿和铬粉矿资源替代目前使用的铬、镍合金生铬粉矿资源替代目前使用的铬、镍合金生产不锈钢的新方法。产不锈钢的新方法。Cr-Ni钢钢 (300系系)Cr-Mn钢钢(200系等系等)Cr钢钢 (400系等系等)20102010年中国不锈钢年中国不锈钢粗钢产量粗钢产量1125.61125.6万吨万吨 作为镍资源缺乏的作为镍资源缺乏的中国，近年来并未因国中国，近年来并未因国际市场金属镍价波动而际市场金属镍价波动而影响影响Cr-NiCr-Ni钢钢(300(300系系) )的的生产规模，主要得益于生

4、产规模，主要得益于我国的镍铁合金生产供我国的镍铁合金生产供应，应，20102010年含镍生铁产年含镍生铁产量约为量约为460460万吨左右，万吨左右，折合成金属镍，已占到折合成金属镍，已占到Cr-NiCr-Ni钢钢(300(300系系) )生产用生产用镍总量的镍总量的1/31/3以上，远以上，远高于高于20072007年的水平。年的水平。含镍生铁含镍生铁Ni5%Si5%P0.05%S10%Si0.3%P0.05%转炉吹炼产品转炉吹炼产品 一个一个Ni点点 1500元元一个一个Cr点点 150元元Si 超基数超基数0.5%S 超基数超基数0.05%P 超基数超基数0.005%市场价格随电解镍价市

5、场价格随电解镍价和高碳铬铁价格浮动和高碳铬铁价格浮动扣销售总额的扣销售总额的1%1%n 红土矿红土矿镁质硅酸盐镍矿镁质硅酸盐镍矿 (Garnierite)矿石矿石产地产地化学成分（化学成分（%）Ni/FeP/(Ni+Fe)NiCoFeMgOSiO2CaOAl2O3PSH2O印尼印尼粉矿粉矿1.81 0.03 18.1 15.28 32.912.040.007 0.01931.00.100.035%印尼印尼块矿块矿1.46 0.088.821.91 43.310.660.006 0.00823.30.170.058%菲律宾菲律宾粉矿粉矿1.38 14.1 22.13 27.92 2.520.00

6、8 0.01130.20.100.051%菲律宾菲律宾块矿块矿1.82 5.68 28.83 32.73 2.800.007 0.00825.20.320.093%矿中矿中SiOSiO2 2含量接近含量接近45%45%n 亏碳冶炼工艺与矿热炉设备参数不相适应亏碳冶炼工艺与矿热炉设备参数不相适应 l 二次电压提高二次电压提高l 自焙电极焙烧自焙电极焙烧 速度不够速度不够l 碳素炉衬侵蚀碳素炉衬侵蚀 l 镍的回收率问镍的回收率问题题 n 附加石灰石、白云石熔剂附加石灰石、白云石熔剂 增加渣量和单产消耗、产品中磷的控制问题增加渣量和单产消耗、产品中磷的控制问题冶炼工艺要求冶炼工艺要求:(1) 冶金一

7、级石灰冶金一级石灰 CaO:90%, P:0.035%(2) 炉渣碱度小于炉渣碱度小于1.0石灰质量对镍铁中磷含量的影响石灰质量对镍铁中磷含量的影响CaO:90%，P:0.035%CaO:50%，P:0.007%CaO:90%，P:0.007% VOD炉（炉（Vacuum Oxygen Decarburization）AOD炉（炉（Argon Oxygen Decarburization） 主要功能：脱主要功能：脱C C、保、保CrCr初炼钢水要求：低初炼钢水要求：低Si Si、低、低P P 炉衬材料：炉衬材料： 碱性碱性初炼钢水成分初炼钢水成分： C3% P0.030%Ni：6.80% Cr

8、：17.00%Si：0.18% Mn：0.54%S0.035%C1.5% P0.025%Ni：9.2% Cr：18%Si：1.0% Mn：1.25%S0.035%不锈钢三步法冶炼工艺不锈钢两步法冶炼工艺l 利用铁合金熔体中利用铁合金熔体中Si Si对对C C的置换性质，的置换性质， 生产出低碳的中间合金生产出低碳的中间合金锰硅、铬硅铁合金锰硅、铬硅铁合金l 低碳高硅中间合金与锰矿或铬矿脱硅反应获低碳高硅中间合金与锰矿或铬矿脱硅反应获 得中、低碳锰铁或铬铁产品得中、低碳锰铁或铬铁产品碳含量：碳含量：0.1% 2%降碳：降碳：脱硅：脱硅：高硅镍冶炼高硅镍冶炼300300系列不锈钢母液短流程工艺示意

9、图系列不锈钢母液短流程工艺示意图名称名称合金化学成分（合金化学成分（% %）FeFeNiNiCrCrSiSiMnMnC CP PS S镍硅铁镍硅铁80.0080.009 910100.0780.078产品产品1 171.1071.107.057.0516.5516.551.121.121.371.371.501.500.110.110.020.02产品产品2 272.7272.727.487.4816.4316.430.390.39-2.032.030.100.100.030.03含碳量含碳量/%含硅量含硅量/%锰硅合金中硅含量与碳含量关系锰硅合金中硅含量与碳含量关系铬硅合金中硅含量与碳含量关

10、系铬硅合金中硅含量与碳含量关系研究目标：研究目标： 高硅镍铁主成分设计高硅镍铁主成分设计 镍铁矿热炉冶炼工艺制定镍铁矿热炉冶炼工艺制定3CaSi+2P=(Ca3P2)+3Si ?Ca4P4SiCa5P8Si6Ca4P16Si9复合脱磷产物研究目标：研究目标：l 脱磷剂与顶渣组脱磷剂与顶渣组 分的选择分的选择l 脱磷渣的处理与脱磷渣的处理与 环保评估环保评估两种铬矿矿相两种铬矿矿相铬镁尖晶石铬镁尖晶石菲菲律律宾宾矿矿蛇纹石蛇纹石土土耳耳其其矿矿橄榄石橄榄石铬铁矿铬铁矿石灰石灰富富CrCr碱碱性多元性多元渣系渣系研究目标：研究目标：l 原料选择；原料选择；l 快速造渣理论指导。快速造渣理论指导。理

11、论问题：理论问题：l 轻相液体表面以抛物轻相液体表面以抛物 面运动形式与轻、重面运动形式与轻、重 液体两相界面正弦波液体两相界面正弦波 动形式之间的关联性；动形式之间的关联性；l 相界面发生卷渣的工相界面发生卷渣的工 况条件。况条件。研究目标：研究目标：l 摇包反应器放摇包反应器放 大设计；大设计；l 摇包作业规程；摇包作业规程；l 吹气摇包。吹气摇包。油水界面荷叶型运动规律油水界面荷叶型运动规律理论问题：理论问题：l 液液- -液两相混合均液两相混合均 匀，将促进二相界匀，将促进二相界 面的传质过程；面的传质过程；l 相界面传质过程引相界面传质过程引 起界面表面张力变起界面表面张力变 化化(

12、Marangoni(Marangoni效应效应) ) 促进两相混匀过程，促进两相混匀过程， 并对传质过程产生并对传质过程产生 增强作用。增强作用。研究目标：研究目标：l 提高冶金反应提高冶金反应 速率途径；速率途径；l 减少钢减少钢- -液夹带液夹带 损失；损失；l 铬矿熔融硅热铬矿熔融硅热 还原工艺中镍硅还原工艺中镍硅 合金熔体初脱合金熔体初脱SiSi 的程度。的程度。元素元素NiSiCPS%8.0922.270.070.020.03元素元素NiCrSiCPS%5.5829.930.700.070.0180.03元素元素CCrNiMnPSSi%0.1517.0 7.0 6.00.0600.0301.00原料原料脱脱P合金合金石灰石灰熔剂熔剂配比10.50.5原料原料铬粉矿铬粉矿石灰石灰配比10.6原料原料纯铁纯铁低碳锰铁低碳锰铁镍板镍板配比10.20.1 低低P高高Si镍铁镍铁不锈钢不锈钢基料基料201系系不锈钢不锈钢元素元素NiSiCPS%8.2621.390.530.040.05高高Si镍铁镍铁l 结合镍、铬不锈钢生产典型的物质转化工艺结合镍、铬不锈钢生产典型的物质