低鎳紅土礦長流程生產(chǎn)不銹鋼工藝簡介(四川金廣)

1、.低鎳紅土礦長流程生產(chǎn)不銹鋼工藝簡介向花亮作者簡介：向花亮，男，四川廣漢人，電話郵箱：xianghualiang. 劉毅（四川金廣實業(yè)（集團）股份有限公司 廣漢 中國 618300）摘要：本文結(jié)合某公司的實際生產(chǎn)情況，簡述了一種利用低品位紅土礦長流程冶煉不銹鋼的工藝裝備條件和生產(chǎn)工藝流程，同時介紹了生產(chǎn)工藝特點，為我國利用低品位紅土礦長流程冶煉不銹鋼提供了工藝實踐。關(guān)鍵詞：長流程；低品位紅土礦；不銹鋼；工藝流程；工藝特點Processing description of stainless steel with the low -grade laterite min

2、e long-process production lineXiang Hualiang1 Liu Yi(Sichuan Jinguang group，Guanghan 618300，China)Summary：This text combine the actual production situation of group .It describes a kind of utilization of low -grade laterite mine for stainless steel production process and equipment condition, It also

3、 introduces the characteristics of technology and can provides the technical practice for our country in useing low grade- laterite mine to produce stainless steel.Key words：Long-flow produce；low-grade laterite mine；stainless steel；process flow；technological characteristics前言我國不銹鋼從上世紀50年代才開始工業(yè)化生產(chǎn)，到2

4、000年我國不銹鋼年產(chǎn)量僅為52.39萬噸。但是，自本世紀以來我國不銹鋼企業(yè)在國家支持和國內(nèi)市場需求的強力推動下，得到了較快的發(fā)展。至2006年我國不銹鋼產(chǎn)銷量首次躍居全球第一，產(chǎn)量達到530萬噸，銷量達到595萬噸，此后我國不銹鋼市場一直領(lǐng)跑全球。2010年，我國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量為1125.6萬噸，不銹鋼表觀消費量940萬噸，且我國不銹鋼材出口量首次超過進口量，徹底扭轉(zhuǎn)了曾經(jīng)大量依賴進口的局面。2012年全國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量1608.7萬噸，不銹鋼表觀消費量1286.5萬噸。同時，我國也成為世界最大的鎳消費國。2013年隨著國內(nèi)幾大新建不銹鋼廠的相繼投產(chǎn)，我國不銹鋼產(chǎn)能將超過2000萬噸，對鎳的

5、需求不斷增加。高效合理利用紅土礦來提取鎳以節(jié)約生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量成為國內(nèi)不銹鋼企業(yè)擴大競爭優(yōu)勢、增加經(jīng)濟效益的主要方法。公司于2012年8月投產(chǎn)一條初煉爐脫硅轉(zhuǎn)爐（還原期兌中頻爐母液）AOD精煉爐LF精煉爐1機1流板坯連鑄機長流程生產(chǎn)不銹鋼裝備線，其裝備條件和技術(shù)水平均達到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平，為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約生產(chǎn)成本提供了強有力的支撐。在此，結(jié)合此公司的主要裝備與工藝實踐，介紹利用低品位紅土礦長流程生產(chǎn)不銹鋼的方法和工藝，為國內(nèi)長流程生產(chǎn)不銹鋼提供技術(shù)參考。1工藝裝備條件主要設備及技術(shù)參數(shù)見表1所示，先進的裝備條件為生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良的不銹鋼板坯奠定了堅實的基礎。表1主要設備參數(shù)主

6、要裝備項目名稱技術(shù)參數(shù)初煉爐座數(shù)利用系數(shù)2座2.633.1脫硅轉(zhuǎn)爐座數(shù)公稱容量爐膛內(nèi)徑熔池深度1座110t4350mm1400mmAOD精煉爐座數(shù)公稱容量爐膛內(nèi)徑熔池深度1座120t5170mm1700mmLF精煉爐臺數(shù)公稱容量變壓器額定容量升溫速度1臺120t20MVA34/min直弧形板坯連鑄機臺數(shù)×機數(shù)×流數(shù)基本弧形半徑鑄坯斷面尺寸直線段長度1×1×1R9180/200×（1000-1600）mm2520mm2生產(chǎn)工藝流程簡介利用低品位紅土礦長流程冶煉不銹鋼主要的生產(chǎn)工藝流程簡介如下：2.1 初煉爐冶煉低鎳生鐵低鎳生鐵是生產(chǎn)不銹鋼的原料。

7、國內(nèi)外冶煉不銹鋼主要是用鐵水加入鎳板或鎳鐵冶煉，但近幾年不銹鋼價格不斷下降，國內(nèi)外主要廠家都努力尋求降低成本的方法。初煉爐用低鎳紅土礦冶煉出的低鎳生鐵，鎳含量可達1.5%-4%，用作不銹鋼的原料，冶煉過程中再補加不足的鎳，可大大降低不銹鋼的成本1。公司初煉爐采用的主要原料是高鐵低鎳紅土礦，成分如表2所示。紅土礦用初練爐生產(chǎn)低鎳生鐵的工藝流程與高爐煉鐵流程沒有本質(zhì)的區(qū)別，主要工序為：氧化鎳礦的破碎篩分配料燒結(jié)燒結(jié)礦的配料冶煉低鎳生鐵。表2 低品位紅土礦的主要化學成分（%）NiCr2O3SiO2PFeAl2O3CaOMgOH2O結(jié)晶水塊占比0.902.905.960.00648.235.500.1

8、33.5932.6011.321.002.2 脫硅轉(zhuǎn)爐粗煉這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣，通過噴槍頂?shù)讖痛祵⒀鯕夤娜肴廴诘纳F里，使雜質(zhì)硅、碳等氧化，在氧化的過程中放出大量的熱量，可使爐內(nèi)達到足夠高的溫度，因此脫硅轉(zhuǎn)爐不需要另外使用燃料。脫硅轉(zhuǎn)爐主要對低鎳生鐵進行粗煉，即對低鎳生鐵進行一定程度的脫硅、脫碳和升溫，提供給AOD精煉的預熔體，并利用在冶煉后期兌入中頻爐的合金液進行頂?shù)讖痛禂嚢柽€原，提高金屬的回收。同時，冶煉前期會加入一定量的高碳鉻鐵進行鉻的部分合金化，以減輕AOD精煉負擔，避免因合金加入太多降溫而造成的冶煉熱力學條件不足、增加還原劑消耗、影響金屬回收率等問題。2.3 AOD精煉爐精煉

9、 AOD精煉爐是從奧鋼聯(lián)引進的冶煉不銹鋼的精煉爐，其供氣管路通過安裝在爐子底側(cè)部的6個套管式噴嘴和頂槍向熔池吹入可調(diào)成份的氧氣、氮氣、氬氣混合氣體。AOD爐精煉不銹鋼工藝是在爐內(nèi)進行高合金熔體脫碳、還原、合金化，最終使鋼水的化學成份和溫度都達到指定標準，其冶煉過程可以分四期：三個氧化期一個還原期（天高鎳業(yè)公司AOD爐配備智能操作系統(tǒng)，根據(jù)鋼液溫度和成分的變化，冶煉過程氣體比例可以連續(xù)變化），具體的工藝流程如圖1所示。圖1 AOD精煉爐冶煉工藝流程AOD也稱氬氧精煉爐，它的核心冶煉任務就是對預熔體進行“深度脫碳、脫硫”，并進行鉻、鎳、錳、硅等元素的合金化（核心元素為鉻）。在這個過程中 “脫碳保鉻

10、”為AOD的核心冶煉任務。AOD進行精煉時，為保證精煉溫度，還通過在氧化后期不斷降低一氧化碳的分壓來達到“脫碳保鉻”的目的，同時利用二級自動冶煉模型進行溫度和成分的失效、精準控制。2.4 板坯連鑄機成型工藝公司采用的板坯連鑄機是直弧形連鑄機，此機型在國內(nèi)外比較成熟，配備有大包下渣自動檢測系統(tǒng)、結(jié)晶器液面波動渦流檢測自動控制系統(tǒng)、結(jié)晶器非正弦反向振動系統(tǒng)、浸入式水口在線快換系統(tǒng)、中間包自動對中系統(tǒng)、二冷動態(tài)配水系統(tǒng)、交接坯位置自動跟蹤系統(tǒng)等，具體的工藝流程見圖2所示。圖2 連鑄機工藝流程3生產(chǎn)工藝特點3.1 高效、環(huán)保利用低鎳品位紅土礦紅土礦是成分復雜的低鎳品位復合鐵礦，且物理水和結(jié)晶水總量約4

11、0%45%，其成分不同于高爐生鐵冶煉所用的富鐵礦2。絕大多數(shù)不銹鋼企業(yè)利用以高品位紅土礦為原料的RKEF工藝所生產(chǎn)出高鎳鐵或高鎳鐵水（含鎳10%18%）、再進入精煉爐（AOD、VOD、RH等）添加鎳板和高碳鉻鐵進行不銹鋼精煉3-4生產(chǎn)不銹鋼。而此公司采用的是低鎳品位紅土礦冶煉不銹鋼，主要工藝特點如下：（1）渣系選擇紅土礦由于成分的特殊性，特別是MgO含量較高，造渣制度難以遵循現(xiàn)代高爐煉鐵工藝的造渣制度，否則渣量將過大，能耗非常高。公司初煉爐將爐渣堿度CaO/SiO2控制在0.60.8左右、MgO控制在12%15%，使爐渣的成分落在了圖3中的B區(qū)內(nèi)，這就最大程度地降低了造渣熔劑的消耗，節(jié)約了成本

12、，同時還盡可能地降低了渣量，且爐渣的熔點較低，流動性好，利于渣鐵分離和初練爐的順行，進一步降低鎳生鐵的冶煉成本。圖3 CaO-MgO-SiO2三元爐渣相圖2（2）渣流動性控制紅土礦初煉爐冶煉存在渣量大、爐缸鐵水溫度低、鐵水流動性差等問題2。由于紅土礦中含有一定的Cr2O3（含量為2.54.5%），Cr2O3熔點高，并且粘度大，更加劇了爐渣變稠，不利于對流傳熱與傳導傳熱，從而導致爐缸鐵水的溫度更低，進一步影響鐵水流動性。為了解決初煉爐鐵水溫度低和渣流動性差的問題，一是將入爐熱風的溫度提高到1100，進而提高風口區(qū)的理論燃燒溫度，以整體性提高爐渣與液態(tài)鎳鐵合金的溫度；二是在冶煉過程中向爐內(nèi)加入稀渣

13、劑，加入量為1%3%，不僅改善了渣的流動性，而且避免了鐵水溫度下降導致鐵水流動性變差的問題。（3）爐料透氣性改善由于紅土礦的成分和渣系的不同，用初煉爐冶煉紅土礦時初煉爐的軟熔帶位置不同于現(xiàn)代高爐煉鐵工藝，渣量大使得軟熔帶的位置更可能偏上，惡化了初煉爐上部爐料的透氣性。為了改善初煉爐上部爐料的透氣性，采取了多種辦法，主要是從布料控制和入爐噸礦焦炭量入手來改善爐料透氣性。布料采用無料鐘布料裝置，入爐噸礦焦炭量比傳統(tǒng)的高爐煉鐵有所增加，約為365kg左右，礦焦比2.74:1，有效的改善了初煉爐爐料的透氣性，明顯降低了初煉爐的休風率（0.5%）。（4）煤氣循環(huán)有效利用煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源，在鋼

14、鐵企業(yè)能源組成中占有極其重要的地位。充分利用煤氣，減少排放，是節(jié)能降耗中的重要工作。初煉爐產(chǎn)生的含粉塵煤氣出爐后，進入重力除塵器，除去大顆粒粉塵，然后進入布袋除塵除去細顆粒粉塵，之后煤氣有四種用途：一是直接進入熱風爐燃燒，通過風口鼓風為初煉爐提供熱量；二是將煤氣用作燒結(jié)時的燃料；三是煤氣為煉鋼廠18臺烘烤器提供燃料，四是用煤氣來烘干紅土原礦。初煉爐所產(chǎn)生的煤氣全部循環(huán)有效利用，降低了生產(chǎn)成本和減少了環(huán)境污染。3.2 高效利用熱量，減少冷料溫降本工藝流程中利用初煉爐冶煉的低鎳鐵水（出爐溫度大于1400）進入脫硅轉(zhuǎn)爐進行冶煉，有以下優(yōu)點：（1）高效利用熱量，減少了短流程冶煉不銹鋼過程中因電爐熔化大

15、量鎳鐵產(chǎn)生的電耗；（2）初煉爐出來的低鎳生鐵含有0.6%1.3%的硅，在鐵水入脫硅轉(zhuǎn)爐后通過吹氧脫硅，可以快速的升溫，為“脫碳保鉻”提供了冶金熱力學條件；（3）低鎳鐵水中含有1.65%左右的鎳，在脫硅轉(zhuǎn)爐和AOD冶煉過程中，可以減少合金（鎳板或鎳鐵）的加入，避免了因冷料加入而造成過大的溫降，從而更好地保證了“脫碳保鉻”的熱力學條件；（4）縮短了冶煉周期，同時還可以節(jié)約還原劑硅鐵和氣體（氧氣、氮氣、氬氣）的消耗，更大程度的節(jié)約了成本。3.3高效利用中頻爐熔體中的硅，提高金屬回收率，節(jié)約能耗本工藝中40t中頻爐主要熔化高碳鉻鐵合金，中頻爐中熔體硅含量2%3%。本工藝采用在脫硅轉(zhuǎn)爐氧化后期兌入中頻爐

16、熔體進行鉻合金化的技術(shù)路線，此技術(shù)路線可以高效利用中頻爐中的硅還原“在脫硅、脫碳、升溫過程中低鎳鐵水被氧化的金屬，同時強烈的轉(zhuǎn)爐低吹攪拌能提供很好的動力學條件使被氧化金屬充分還原，最大限度地提高金屬收得率。3.4生產(chǎn)含鈷、低鎳不銹鋼鈷元素在鋼中主要是強化鋼的基體、提高鋼的硬度和強度、提高不銹鋼的抗氧化性能，含鈷不銹鋼可以用作制造機械刃具、剪刀及手術(shù)刀片等5。本工藝流程采取火法直接處理紅土礦，減少了濕法處理單獨提鈷的高成本、高消耗和高污染，同時由于鈷在高溫下很難氧化且在紅土礦中含量少（鈷含量一般小于0.05%），因此本工藝流程中鈷的回收率接近100%6-9。經(jīng)化驗分析：本工藝生產(chǎn)的低鎳鐵水中鈷含

17、量為0.1%0.3%。對于生產(chǎn)含鈷的不銹鋼，本工藝可以節(jié)約高昂的鈷元素帶來的費用，同時也可以提高本廠產(chǎn)品的綜合性能。3.5 結(jié)晶器非正弦振動控制模型由于不銹鋼具有高的抗氧化性，鑄坯振痕不能通過加熱中的氧化和軋制完全消除，合理的結(jié)晶器振動方式能降低鑄坯振痕深度，提高產(chǎn)品質(zhì)量10。連鑄結(jié)晶器振動控制模型非常靈活，可以實現(xiàn)非正弦同步振動、非正弦反向振動和正弦振動，具體的控制參數(shù)為：振頻的計算公式振幅的計算公式偏斜率目前，公司連鑄結(jié)晶器振動采用的是反向控制模型，即：隨著拉速的增加，頻率減少、振幅增加，有效的減少了結(jié)晶器振動的負滑脫時間、增加了保護渣的消耗、降低了坯殼與結(jié)晶器銅壁之間的摩擦力，鑄坯表面振

18、痕深度控制為0.5mm以內(nèi)。4結(jié)論采用長流程，初煉爐脫硅轉(zhuǎn)爐（還原期兌中頻爐母液）AOD精煉爐LF精煉爐連鑄機生產(chǎn)不銹鋼，通過一系列高效的生產(chǎn)工藝控制，解決了初煉爐冶煉紅土礦面臨的渣量大、渣流動性差、爐料透氣性差、環(huán)保差的問題；高效利用煤氣和鐵水熱量，節(jié)約了生產(chǎn)成本；合理制定生產(chǎn)工藝流程，最大限度的提高了金屬收得率和降低了能耗。隨著紅土礦開發(fā)技術(shù)的研究與推廣，高效、節(jié)能、環(huán)保開發(fā)利用低品位紅土礦不僅是國家戰(zhàn)略規(guī)劃，而且也將成為未來利用鎳資源的發(fā)展趨勢。利用低品位紅土礦長流程工藝冶煉不銹鋼必將成為將來高效利用鎳資源生產(chǎn)不銹鋼的熱點，許多關(guān)鍵技術(shù)和工藝難點仍待工程技術(shù)人員、科技人員研究和開發(fā)。參考

19、文獻1 張友平等.紅土礦高爐法生產(chǎn)低鎳生鐵工藝技術(shù)分析J.2007中國鋼鐵年會論文集，2007:338-341.2 郭培民等.高爐冶煉紅土礦生產(chǎn)鎳鐵合金關(guān)鍵技術(shù)分析與發(fā)展方向J.有色金屬（冶煉部分），2011，5:3-6.3 朱德慶，鄭國林等.低品位紅土鎳礦制備鎳精礦的試驗研究J.中南大學學報（自然科學版）,2013（1）:2-7.4 XU Xiaofeng.Study on preparing low ferronickel alloy from nickeliferous laterite ores by preenrichment reduction smeltingD.Changsha:Central South University.School of Mineral