本發(fā)明涉及不銹鋼冶煉領(lǐng)域，具體涉及一種不銹鋼母液的制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國不銹鋼的產(chǎn)能增長迅速，對于鉻鐵和鎳的需求不斷增加。傳統(tǒng)的不銹鋼冶煉主要是以鉻鐵合金和純鎳(或鎳鐵合金)作為主要的合金原料。隨著全球礦產(chǎn)資源的劣質(zhì)化，鉻鐵和含鎳原料的生產(chǎn)成本升高，因此增加了不銹鋼的生產(chǎn)成本。

目前，國內(nèi)外制備不銹鋼母液時主要采用電爐、中頻爐、轉(zhuǎn)爐等傳統(tǒng)的冶煉設(shè)備。采用電爐和中頻爐熔煉高碳鉻鐵、鎳鉻生鐵或鎳板制備不銹鋼母液時，熔煉成本較高。并且，電爐吹氧會導(dǎo)致貴重金屬鉻和鎳受損。同時，設(shè)備重復(fù)配置，投資成本大，能耗高。采用轉(zhuǎn)爐冶煉工藝時，原料選用普通鐵水和固態(tài)的高碳鉻鐵(或鎳鐵合金)，世界上絕大多數(shù)的不銹鋼企業(yè)采用該種方法。

在傳統(tǒng)的不銹鋼母液制備過程中，鎳鐵合金和鉻鐵合金的熔煉為兩個分別獨立的過程，導(dǎo)致工藝流程較長。并且，工藝流程比較復(fù)雜、能耗高、污染嚴(yán)重、操作成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本發(fā)明旨在提供一種原料成本低、生產(chǎn)工藝簡單、鎳和鉻回收率較高的不銹鋼母液的制備方法。

本發(fā)明提供了一種不銹鋼母液的制備方法，所述方法包括步驟：

a、將紅土鎳礦、含碳還原劑混合均勻，得到第一混合料；

b、將鉻鐵礦、含碳還原劑、粘結(jié)劑混合均勻，得到第二混合料；

c、所述第一混合料經(jīng)造球處理，得到第一球團(tuán)；

d、所述第一球團(tuán)作為母球放入所述第二混合料中繼續(xù)長大，經(jīng)烘干處理后得到第二球團(tuán)；

e、所述第二球團(tuán)在還原氣氛下進(jìn)行焙燒，得到預(yù)還原球團(tuán)；

f、將所述預(yù)還原球團(tuán)運(yùn)送至熔煉爐中進(jìn)行熔融，然后經(jīng)分離、排渣，得到不銹鋼母液。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述含碳還原劑選用無煙煤、焦粉、蘭炭中的一種；所述含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量含量為75％～95％；所述粘結(jié)劑選用膨潤土或腐植酸鈉；所述第二混合料中，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量占所述鉻鐵礦質(zhì)量的2％～5％。

上述不銹鋼母液的制備方法中，在步驟a之前還包括步驟：將紅土鎳礦原料、含碳還原劑原料研磨至粒徑≤0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量≥80％，得到所述紅土鎳礦和所述含碳還原劑。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在步驟a中，所述紅土鎳礦中含有鎳氧化物和鐵氧化物，所述鎳氧化物和鐵氧化物中氧的質(zhì)量之和為m1，所述含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量為n1，其中，n1/m1＝0.4～0.8。

上述不銹鋼母液的制備方法中，在步驟b之前還包括步驟：將鉻鐵礦原料、含碳還原劑原料、粘結(jié)劑原料研磨至粒徑≤0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量≥80％，得到所述鉻鐵礦、含碳還原劑和粘結(jié)劑。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟b中，所述鉻鐵礦中含有鉻氧化物和鐵氧化物，所述鉻氧化物和鐵氧化物中氧的質(zhì)量之和為m2，所述含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量為n2，其中，n2/m2＝0.8～1.2。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第一球團(tuán)的粒度為6～10mm；所述第二球團(tuán)的粒度為12～25mm；所述第二球團(tuán)的含水量≤2％。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟e中，控制所述焙燒過程的溫度為1300～1500℃，時間為25～60min。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟f中，所述運(yùn)送方式選用鏈板式熱送或罐式熱裝熱送；控制所述熔融過程的溫度為1650～1800℃。

本發(fā)明還提供了一種不銹鋼母液，所述不銹鋼母液由上述方法制備，所述不銹鋼母液中鉻的質(zhì)量含量為15％～30％，鎳的質(zhì)量含量為1.5％～6％。

本發(fā)明提出的不銹鋼母液的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備周期大大縮短。選用的原料為來源廣泛、價格低廉的紅土鎳礦和鉻鐵礦，有效降低了成本。本發(fā)明提出的內(nèi)層和外層分別選用不同的物料，來制備復(fù)合含碳球團(tuán)的方法，充分利用了各個物料不同的還原性質(zhì)和熔化性質(zhì)。

與傳統(tǒng)的鎳鐵合金和鉻鐵合金分別作為兩個獨立的工藝進(jìn)行處理相比，本發(fā)明能夠以紅土鎳礦和鉻鐵礦為原料，“一步法”制備不銹鋼母液，工藝流程較短、成本較低、能耗較低。

本發(fā)明的方法中增加了球團(tuán)的預(yù)還原焙燒步驟，保證了鐵、鎳和鉻具有一定的金屬化率，能夠有效降低熔煉爐中熔融過程的能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中不銹鋼母液的制備方法流程示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

由圖1所示，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

(1)將紅土鎳礦原料、含碳還原劑原料研磨，直至得到的顆粒中粒徑≤0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量≥80％，得到紅土鎳礦和含碳還原劑。然后，將紅土鎳礦、含碳還原劑混合均勻，得到第一混合料。

本發(fā)明中，含碳還原劑選用無煙煤、焦粉、蘭炭中的一種。含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量含量為75％～95％。

紅土鎳礦中含有鎳氧化物和鐵氧化物，本發(fā)明中令鎳氧化物和鐵氧化物中氧的質(zhì)量之和為m1，并且令含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量為n1。第一混合料中，紅土鎳礦和含碳還原劑的質(zhì)量配比滿足：n1/m1＝0.4～0.8。

(2)對鉻鐵礦原料、含碳還原劑原料、粘結(jié)劑原料進(jìn)行研磨處理，直至得到的顆粒中，粒徑≤0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量≥80％，得到鉻鐵礦、含碳還原劑和粘結(jié)劑。將鉻鐵礦、含碳還原劑、粘結(jié)劑混合均勻，得到第二混合料。

本發(fā)明中，粘結(jié)劑選用膨潤土或腐植酸鈉。

該步驟中的含碳還原劑也選用無煙煤、焦粉、蘭炭中的一種。并且，含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量含量為75％～95％。

鉻鐵礦中含有鉻氧化物和鐵氧化物，本發(fā)明中令鉻氧化物和鐵氧化物中氧的質(zhì)量之和為m2，令含碳還原劑中固定碳的質(zhì)量為n2。第二混合料中，鉻鐵礦和含碳還原劑的質(zhì)量配比滿足：n2/m2＝0.8～1.2。并且，第二混合料中加入的粘結(jié)劑的質(zhì)量占鉻鐵礦質(zhì)量的2％～5％。

(3)向第一混合料中加水進(jìn)行造球處理，得到第一球團(tuán)。本發(fā)明中，控制第一球團(tuán)的粒度為6～10mm。

(4)將第一球團(tuán)作為母球，并放入第二混合料中繼續(xù)造球長大，烘干之后得到第二球團(tuán)。

本發(fā)明中，控制第二球團(tuán)的粒度為12～25mm。并且，將第二球團(tuán)烘干至水分的質(zhì)量含量≤2％，即第二球團(tuán)的含水量≤2％。

(5)將第二球團(tuán)送入還原爐中，在還原氣氛下進(jìn)行焙燒，得到預(yù)還原球團(tuán)。

本發(fā)明中，控制還原焙燒過程的溫度為1300～1500℃，焙燒時間為25～60min。

(6)將預(yù)還原球團(tuán)運(yùn)送至熔煉爐中進(jìn)行熔融，然后經(jīng)分離、排渣，得到不銹鋼母液。

該步驟中，運(yùn)送方式選用鏈板式熱送或罐式熱裝熱送，保證預(yù)還原球團(tuán)送入熔煉爐中的溫度為600～1000℃，從而降低熔融過程的能耗。本發(fā)明中，控制熔融過程的溫度為1650～1800℃。

發(fā)明人經(jīng)大量實驗發(fā)現(xiàn)：紅土鎳礦的熔點較低，單獨制備鎳鐵粒時極易熔化，冶煉溫度的區(qū)間較窄，難以控制。然而，鉻鐵礦的熔點較高，其中cr2o3的還原難度較大，由鉻鐵礦還原制備高碳鉻鐵時需要提供1600℃以上的溫度。針對這些難題，本發(fā)明提出，以紅土鎳礦含碳球團(tuán)(第一球團(tuán))作為內(nèi)核母球，以鉻鐵礦含碳物料(第二混合料)為外殼，制備得到復(fù)合含碳球團(tuán)(第二球團(tuán))。第二球團(tuán)在1300～1500℃的溫度下進(jìn)行還原焙燒，內(nèi)層的紅土鎳礦還原熔融形成鎳鐵粒，外層的鉻鐵礦被還原產(chǎn)生金屬鐵、金屬鉻及其碳化物，并形成分散的金屬小顆粒。金屬小顆粒隨著還原焙燒時間的延長，在高溫下遷移進(jìn)入鎳鐵粒中。同時，由于外層結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變的尖晶石未達(dá)到熔點，仍然能夠維持球團(tuán)的形狀，從而實現(xiàn)鎳、鉻的初步還原，降低后序熔融過程的能耗。

由上述方法制備的不銹鋼母液中，鉻的質(zhì)量含量為tcr＝15％～30％，鎳的質(zhì)量含量為tni＝1.5％～6％。

本發(fā)明選用的主要原料為紅土鎳礦和鉻鐵礦，該兩種原料的來源廣泛、價格低廉。采用本發(fā)明的方法制備不銹鋼母液時，克服了現(xiàn)有技術(shù)工藝中鎳鐵合金和鉻鐵合金需要分別單獨處理的復(fù)雜工序。本發(fā)明的方法能夠有效避免現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜、流程長、能耗高、污染嚴(yán)重、操作成本高的缺陷。

實施例1

(1)紅土鎳礦、無煙煤按照質(zhì)量比為100：5混合均勻，得到第一混合料。其中，紅土鎳礦中鐵(fe)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tfe＝17.0％、tni＝1.69％。紅土鎳礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為91.2％。無煙煤中固定碳的質(zhì)量含量為82.6％。

(2)鉻鐵礦、無煙煤、膨潤土按照質(zhì)量比為100：24：3混合均勻，得到第二混合料。其中，鉻鐵礦中鐵(fe)和鉻(cr)的質(zhì)量含量為：tfe＝19.2％、cr2o3＝43.4％。鉻鐵礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為88.7％。無煙煤中固定碳的質(zhì)量含量為82.6％。

(3)向第一混合料中加水造球，得到粒度為8～10mm的第一球團(tuán)。

(4)將第一球團(tuán)作為母球，加入第二混合料中繼續(xù)造球長大，烘干之后，得到粒度為16～20mm、水分質(zhì)量含量為1.2％的第二球團(tuán)。

(5)將第二球團(tuán)放入還原爐中，在1400℃的溫度下還原焙燒40min得到預(yù)還原球團(tuán)。

(6)將預(yù)還原球團(tuán)運(yùn)送至熔煉爐中，在1650℃的溫度下進(jìn)行熔融，并分離、排渣，得到不銹鋼母液。

本實施例制備的不銹鋼母液中，鉻(cr)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tcr＝22.5％、tni＝4.2％。

實施例2

(1)紅土鎳礦、蘭炭按照質(zhì)量比為100：3混合均勻，得到第一混合料。其中，紅土鎳礦中鐵(fe)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tfe＝14.6％、tni＝0.98％。紅土鎳礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為93.3％。蘭炭中固定碳的質(zhì)量含量為79.7％。

(2)鉻鐵礦、蘭炭、腐植酸鈉按照質(zhì)量比為100：20：2混合均勻，得到第二混合料。其中，鉻鐵礦中鐵(fe)和鉻(cr)的質(zhì)量含量為：tfe＝21.2％、cr2o3＝41.3％。鉻鐵礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為85.6％。蘭炭中固定碳的質(zhì)量含量為79.7％。

(3)向第一混合料中加水造球，得到粒度為6～8mm的第一球團(tuán)。

(4)將第一球團(tuán)作為母球，加入第二混合料中繼續(xù)造球長大，烘干之后，得到粒度為12～16mm、水分質(zhì)量含量為0.9％的第二球團(tuán)。

(5)將第二球團(tuán)放入還原爐中，在1450℃的溫度下還原焙燒30min得到預(yù)還原球團(tuán)。

(6)將預(yù)還原球團(tuán)運(yùn)送至熔煉爐中，在1700℃的溫度下進(jìn)行熔融，并分離、排渣，得到不銹鋼母液。

本實施例制備的不銹鋼母液中，鉻(cr)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tcr＝19.9％、tni＝3.4％。

實施例3

(1)紅土鎳礦、焦粉按照質(zhì)量比為100：15混合均勻，得到第一混合料。其中，紅土鎳礦中鐵(fe)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tfe＝34.3％、tni＝1.12％。紅土鎳礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為86.9％。焦粉中固定碳的質(zhì)量含量為83.2％。

(2)鉻鐵礦、焦粉、膨潤土按照質(zhì)量比為100：24：3混合均勻，得到第二混合料。其中，鉻鐵礦中鐵(fe)和鉻(cr)的質(zhì)量含量為：tfe＝18.7％、cr2o3＝36.1％。鉻鐵礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為90.3％。焦粉中固定碳的質(zhì)量含量為83.2％。

(3)向第一混合料中加水造球，得到粒度為6～10mm的第一球團(tuán)。

(4)將第一球團(tuán)作為母球，加入第二混合料中繼續(xù)造球長大，烘干之后，得到粒度為16～20mm、水分質(zhì)量含量為1.6％的第二球團(tuán)。

(5)將第二球團(tuán)放入還原爐中，在1350℃的溫度下還原焙燒45min得到預(yù)還原球團(tuán)。

(6)將預(yù)還原球團(tuán)運(yùn)送至熔煉爐中，在1750℃的溫度下進(jìn)行熔融，并分離、排渣，得到不銹鋼母液。

本實施例制備的不銹鋼母液中，鉻(cr)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tcr＝17.1％、tni＝1.98％。

實施例4

(1)紅土鎳礦、無煙煤按照質(zhì)量比為100：7混合均勻，得到第一混合料。其中，紅土鎳礦中鐵(fe)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tfe＝15.6％、tni＝1.23％。紅土鎳礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為86.3％。無煙煤中固定碳的質(zhì)量含量為83.1％。

(2)鉻鐵礦、無煙煤、腐植酸鈉按照質(zhì)量比為100：20：5混合均勻，得到第二混合料。其中，鉻鐵礦中鐵(fe)和鉻(cr)的質(zhì)量含量為：tfe＝18.9％、cr2o3＝37.2％。鉻鐵礦中，粒度小于0.074mm的顆粒的質(zhì)量含量為86.1％。無煙煤中固定碳的質(zhì)量含量為80.4％。

(3)向第一混合料中加水造球，得到粒度為8～10mm的第一球團(tuán)。

(4)將第一球團(tuán)作為母球，加入第二混合料中繼續(xù)造球長大，烘干之后，得到粒度為20～25mm、水分質(zhì)量含量為1.1％的第二球團(tuán)。

(5)將第二球團(tuán)放入還原爐中，在1300℃的溫度下還原焙燒60min得到預(yù)還原球團(tuán)。

(6)將預(yù)還原球團(tuán)運(yùn)送至熔煉爐中，在1800℃的溫度下進(jìn)行熔融，并分離、排渣，得到不銹鋼母液。

本實施例制備的不銹鋼母液中，鉻(cr)和鎳(ni)的質(zhì)量含量為：tcr＝18.7％、tni＝2.6％。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。