冶炼镍铁的生产实践0

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1、冶炼镍铁的生产实践-合炼镍铁的生产实践康国柱杜永慧贾宝钢舒莉摘要论述了利用2万吨镍矿先后分周期冶炼镍铁,在合金成分的控制,渣型的选择,冶炼制度和炉衬的维护上取得了一些经验和教训.根据生产实践总结规律,为镍铁生产提供参考.前言近年来,随着我国不锈钢产量的迅速扩大,镍铁生产发展迅速.借鉴利用国外成熟的工艺流程是当前镍铁发展的捷径.电炉冶炼镍铁是采用碳质还原剂还原红七矿中的金属氧化物.而选择性还原是该T艺的主要特点.为提高金属中的镍含量,利用铼优于铁还原的特性,按铁的还原度小于90%计算冶炼参数.1镍铁的冶炼原理和生产工艺11冶炼原理从氧化物的生成自由能与温度的关系图中可以看jJ,氧化物的稳定性的排

2、列顺序为:Ca0>MgO>kI20.>Ti02>SiO2>MnO>Cr203>05>FeO>NiO.存1600以下,碳可以还原Ni0,FeO,Cr0.,Mn0和Si0.在图中还可以看出,c0的生成自由能随温度的升高而降低,并与NiO,FeO,P20的生Z圈l液态C-Fc-Ni台盒的量度Fig.1Thetcmpe咖ofliquidC-Fe-Nialloy成自由能曲线比较相交于小于800C的范围内,说明用碳还原上述氧化物的温度低于800C.Ni0+C=Ni+C0(1)AG=I33250177.99TT开=748KFeO+C=Fe+CO(2)G口

3、=148003.38150.3lrT=985K而红土镍矿的熔点在16231703K之间,即在镍矿形成熔渣的过程中还原反应已经完成.国外镍铁生产的主要工艺由以下工序组成:(1)干燥:镍矿进入同转干燥筒去除水分.(2)配料:将红土矿与无烟煤和灰石按比例配料,混合.(3)预还原:在回转窑内预还原.(4)冶炼:热料直接入炉冶炼.(5)精炼:对合金进行脱硫和脱硅,脱碳精炼.(6)浇注或粒化:粒化,干燥,包装或浇铸机铸锭.(7)烟气净化:废气进除尘器后排放和电炉煤气回收.1.2合金成分与渣型C-FeNi合金熔点如图l.SiO2/MgOOI.Faioondo田2.CarroMatosoo.3.Morrode

4、NiqueI“4.P丁AnekaTambang5.Pamoo厶6.SUNOQ7.PTnco珊8.Codemin朋9.LomadeNiquel27图2镍铁炉渣出炉温度与si02/MgO比由图(i)看出,含镍量在10%左右时,合金熔点2镍铁标准随合金碳含量的增加而降低,在碳含量为2%左右收集到的有日本标准JISG23161986,德国标时,其合金温度为l3001400C.准DIN175681970.1,法国标准NFA136O1一l98O渣型的控制非常重要.通常冶炼镍铁的渣铁比和国际标准ISO6501:1988(E)和进口的镍铁成分.大于5.由图2可看出,国外冶炼厂控制渣中SiO/其化学成分见表1.

5、MgO为1.52.0,炉渣温度控制在150041600左右.3镍铁原料及其处理炉渣和炉料的导电性质对镍铁电炉冶炼l工艺镍铁是从红土矿中提炼出来的.红土矿含镍量大参数选择十分重要.约占世界镍资源的70%以上,40%的红土矿可以用图3为能源输入电炉的几种模式田.电阻型式于冶炼镍铁.近年来红土矿提炼镍的比例越来越大.是应用炉渣的电阻热冶炼,如钨铁冶炼;埋弧冶炼预计2012年世界50%0的镍由红土矿提炼,见表2.模式是利用混合料的电阻热,如高碳铬铁和硅铁冶红土矿的矿物和化学成分波动很大,特别是含炼;遮弧模式是应用炉渣和电弧的电阻热冶炼,遮镍量,Mg0/SiO,重量比,物理水和化学水.弧操作要求炉渣的熔

6、点高于合金熔点,现代大型红土矿中含有大量化合水,入炉冶炼前需要对FeNi电炉的炉渣成分符合使用遮弧操作.红土矿焙烧脱水.-厂厂,厂.,混台科TJ/I他苜付炉料炉料一炉料金属金属金属遮弧模式电阻模式埋弧模式圈3偿曩输入型式川Fig.3EnergyinputpatternsII一般去除矿石中吸附水的温度为120200C.中.由于分解过程伴随有晶格转变,其开始分解温化合水的分解温度普遍较高.化合水以0H一根形式度略高,约300左右;而脉石中的高岭土(Al0.?存在于针铁矿(Fe203?H20系的QFeO?OH和25i0H0)拜来石(Fe?A1)203?3Si02?2f20的晶格中yFeO?OH)和水

7、锰矿MnO?Mn(OH),系的MnO?OH的0H一均需要500才开始分解.表1镍铁的化学成分Tab.1TheohemicaIcompositiOnffer1”013iokeI化学成分类别牌号CSiPSCrCuCo日本高碳FNiH1>16.0>3>3<0.05<0.03<2.0<O.10FNiI2>16.0<3<5低碳FNiL1>28.0<0.02<0.3<0.03FNi12l726<0.02<0<0.O3德国高碳FeNi25C20430<2.0<4.0<0.04<0.0

8、4FeNi25S2030<2.0<4.0<0.04<0.328法国高碳FeNi20C1525<2.54<0.03<0.4<2<0.2FeNi30C2535国标标准FeNi20LCl5(250.030O.200.020O.0300.100.20注2FeNi3OLC25(35FeNi40LC35<45FeNi5OLC45<60PeNi7OLC>/-60(80FeNi20LCLPl5<250.0300.2O0.0200.0300.1O0.20注2FeNi3OLCLP25(35FeNi40LCLP35<45FeNi50

9、LCLP45<60FeNi70LCLP6O(80hNi2OMCl5<25>0.0301.00.0300.100.500.20注2FeNi30MC25<351.0FeNi40MC35(45FeNi50MC45(60hNi7OMC60<80PeNi20MCLP15(25>0.0301.00.0200.100.500.20注2hNi30MCLP25<351.0FeNi4OMCLP35<45hNi50MCIP45<60hNi70MCLP60<80PeNi20HCl5<25>1.04.00.0300.402.00.20主2hNi3O

10、HC25<352.5hNi40HC35<45FeNi50HC45<60FeNi7HC60<80注:1.日本标准FN_Hf的锰含量要求小于0.3%;2.国际标准钴要求为co/=1/20-I/40.表2喀里多尼亚镍精矿化学成分%lab.2lhechemicaIcompositionofCaIedoniannickeIOFeconGlnirateNic0FeCr03MgOSio2A103PCaO化合水进厂矿1.820.0453.06118.3343.481.530.0082.5224.75试样量/g353.1水型试验试验温度/8001300对所使用的镍矿的焙烧温度进行了实验,

11、试验试验的数据见图4.条件如下:试验电炉型号SSG2816试样(1)是将镍矿研磨通过120目后加人5%最高工作温度/1600焦粉和10%白灰,加适量水玻璃溶液混匀,压成小炉膛尺寸/mm2150x200块,装入瓷杯,称重,人电阻炉(达指定温度),保温29l086们-o4o20Si/%一一B一数据卜B的线性拟合圈4红土矿加热曩魔和失率的关系Fig.4.I1博relationshipbetweenheatingtemperatureoflamrltenickelolandloratio40min,冷却称重.在800烧减为22.22,相当于化合水全部脱除.在1000C时试样失重率达3O.85%,在13

12、00时为3l%.计算表明:在镍还原95%,铁还原9O%,铬还原70%时的失重牢为5%,说明1000C时氧化镍和氧化铁已经充分还原.温度低则几乎没有预还原反应,温度过高则对预还原反应促进作用不大,反而易于结窑.试验对镍矿焙烧温度选择进行了试验.试样(2)为镍矿全部通过120目后,下成小块.装入瓷杯,称重,入电阻炉加热,达到指定温度,保温40min,冷却称重.800就可将矿中化合水排除,大约为15%.升高温度对焙烧镍矿作用不人.试验还对只加还原剂不添加熔剂试样进行了试验.试样(3)是将镍矿研磨通过120目后配5%的焦粉,加适量水溶液混匀,压成小块,185.C烘卜1h,装入瓷杯,称重,入电阻炉(达指

13、定温度),保温40min,冷却称重.试验表明:在相同温度条件下,只配炭而不加熔剂则红土矿还原反应进行不完全.3.2回转窑焙烧由于设备条件限制,该厂将镍矿焙烧温度控制较低,窑内温度在800C左右,窑头温度4l0510,热料温度>500.C.4渣型的选择和合金成分的控制先后进行了两个炉龄的冶炼.冶炼电炉参数如下:电炉容量/MVA6.3炉壳直径/mm8200炉壳高度/liim4000炉膛直径/mm6600炉膛深度/mm2000第一次冶炼使用工作电压为125V,总计生产时间为30天,结果如下:产量377.5t:平均含镍量9.5%o;回收率90.22%.入库317.543t,包括炉底铁60t,共3

14、77.543t(平均镍含量9.5%).回收率:90.22%,单位电耗:6336kWh/t(包括烘炉电),6180kWh/t(不包括烘炉电).由于炉衬侵蚀严重,在生产l51炉后停炉.生产出的镍铁和炉渣成分见表4,表5.表3回转窑参数Tab.3TheparameterSofrotarykiIn表4镍铁产品平均成分%Tab.4AveragecompositionOfferFenickeIproducts%可以看出,初次冶炼的产品合金硅含量高,距离标准成分含量差距大,降低合金硅量是亟待解决的问题.第二次冶炼于2009年8月初开始.此次冶炼表5镍铁炉渣成分%Tab.5ThecompositionOffe

15、rFenickeISIag%30的目标是:将合金硅控制在4%以下,达到国际标准的要求,同时,延长炉衬寿命也是需要控制的问题.对冶炼设备做了调整:使用12.5MVA变压器,二次电压为224V,其它电炉参数与第一次冶炼相同.其工艺过程为:镍矿经回转窑焙烧后入热料罐,配入还原剂和熔剂入炉冶炼,定期出铁和排渣,合金入浇铸机铸锭,炉渣水淬,见表6,表7.表6第二次生产前60炉合金成分%Tab.6Thecompositonof60fumaoesalloysbeforethesecOndDrOducti0nCNiSiPSCrCoFeO.79128150.02O.0050.80.465根据产品合金成分对合金硅

16、与碳,硫的关系进行了分析.硅,碳,硫三者之间的关系见图5和图6.1086.4220Si/%一一B一数据1B的线性拟合圈S含金翻与合金S的关曩Fig.S11relationshipt-eSI-ndSSi,%一A一数据1.A的线性拟合圈台|-【懿与舍盒C的关曩f611增l豳lhipk炯嘲si-ndC由图5,图6看出,在合金硅高时碳和硫含量低,反之在合金硅含量低时,合金中碳和硫含量高.做了回归分析计算,合金硅与碳的相关系数为一0.975,与硫的相关系数为一0.52.镍与碳可以形成NiC,直到2000以上Ni是稳定的.镍与硅可形成一系列硅化物,如Ni.si,Ni5si2,Ni2Si,Ni.Si,NiS

17、i和NiSi2.镍与硫可以形成Ni3S2,Ni6S5,Ni7S6,NiS,Ni3S4和NiS2等硫化物.镍的硅化物较碳化物和硫化物稳定,因此当合金中硅含量增高时,碳含量和硫含量低.炉渣与合金成分关系表明:增加渣中Ca0含量能抑制硅的还原.合金Si与渣中Ca0的关系见图7.332o2UIISt/%一A一数据1.A的线性拟合圈7谴中C-0与台金鳓的关系Fig.7The,lstiomhiobe嘲ICa0in.l|IgandSi回归分析计算表明:合金硅与渣中Ca0含量的相关系数为O.91.根据Ca0一Si02-Mg0一A10.四元系相图,在炉渣中Ca0由1O%提高到35%时,炉渣的熔点降低;随Si0.

18、和Mg0的变化炉渣成分基本在尖晶石和镁橄榄石范围内,其熔点在14001500C之问(见图8).5炉衬的维护传统的电炉炉衬使用保温绝热的理念,要求炉衬使用的耐火材料具有较高的耐火度,具有低的导热性(隔热,保温)等.由于镍铁冶炼区的温度高达1500C以上,耐火材料的抗渣性能,抗氧化性能和化学稳定性均满足不了冶炼的需要,炉衬侵蚀严重,炉衬寿命短.第一次冶炼镍铁的电炉使用保温炉衬,仅冶炼1个月就发现炉底侵蚀严重,电炉炉衬仅有残留约400mm的耐火材料,炉底温度由200上升至400oC.被迫停炉.2006年底,公司引进了UCAR冷凝炉衬的技术,使用导热性好的耐火材料砌炉,并在炉壳增加喷淋水冷,在炉底采用

19、通风冷却,将冶炼电炉熔炼区周3l嬉Si02边温度降低,使炉料和半熔融料成为假炉衬保护炉墙,炉底形成固态合金或流动性不好的半熔融态的合金(假炉底)保护炉底,极大的延长了炉衬寿命.目前公司所有的矿热炉全部使用冷凝炉衬.图9为保温绝热炉衬图,图10为冷凝炉衬图.圈9保疆炉衬圈5.1保温绝热炉衬炉底砌筑:炉底紧贴钢板铺一层石棉板10mm厚,其上砌约10层粘土砖(平砌)650ram厚,在粘土砖上砌筑3层炭砖1200ram厚.炉墙砌筑:紧贴炉墙钢板铺一层石棉板10ram圈l0冷凝炉村圈Fig.10ThediagramofcondensationliningFig.9Thediagramofinsulati

20、onlining厚,用粘土粒填充lOOmm宽弹性层,内砌粘土砖230ram,5.2设计冷凝炉衬原理砌炉墙立炭砖,400mmX4OOmmX8OOmm,在高800mm立(1)电炉参数选择炭砖内和炉底炭砖内砌粘土砖保护层.冷凝炉衬的电炉设计比同容量的电炉炉壳直径保温绝热炉衬使用导热性差的粘土砖保温(或增加10%,炉膛直径增加12%,炉膛深增加20.使用导热性差的高铝砖),维持炭砖熔炼区的高温.(2)优选耐火材料表8耐火材料的导热率Pig.8The1hermaIconductiVityofrefractohes32耐火材料导热率见表8.选用耐火材料的原则:在紧贴炉底钢板处使用导热性不好的保温耐火材料,

21、以保护炉底钢板使其不变形,一般使用高铝砖或粘土砖,高度约200ram.在保温耐火材料的上沿,选用导热性高的耐火材料,使炉底热量尽量向炉壳传热,以冷却炉底使其形成假炉底,一般使用石墨砖.电炉熔炼区使用通常的耐火材料炭砖,维持正常的反应区温度.炉墙使用导热性能好的耐火材料,将炉内热量向炉壳传递,以帮助炉墙内形成炉料假炉衬,即冷凝炉衬,保护炉墙,通常使用石墨砖和半石墨砖.(3)炉壳喷淋水冷,炉底通风冷却钢板的导热系数为49W/(mC),其能很好地将炉内高温向外传递.为形成冷凝炉衬,炉壳钢板的冷却至关重要.冷却炉墙钢板的水量约为0.8I.Om3/(hm2),12.5MvA电炉每小时供水量要大于80t.

22、水温要控制在3550之间.要维持炉底钢板温度小于200,炉底风机风量要大.在使用冷凝炉衬冶炼镍铁近一个月时间里,炉底温度一直保持在250-350C之间,没有很大变化.6结语6.1镍铁冶炼基本原理是选择性还原,应根据各元素的还原比例进行配料.镍矿中镍和铁氧化物的还原反应温度较低,在镍矿形成熔渣的过程中还原反应已经完成.6.2镍铁原料预处理是工艺的关键环节.6.3通过控制还原剂的配人量和渣中CaO的含量,控制合金Si量.6.4合金含Si量与合金C和s含量存在一定数量关系.6.5冷凝炉衬是提高镍铁炉衬寿命的有效措施.参考文献1唐琳.电弧炉生产镍铬铁的生产实践,铁合金,2007(5):162Nicke

23、iStrategiCBusinessUnit,PomalaNickelMine&FerronickelSmehingPlant3R.Degel,J.Kempken,Desige0fmodemlargecapacityFeNismeltingplant作者单位:山西交城义望铁合金有限责任公司转载自铁合金2011.i国内外不锈钢酸洗技术的进步与发展东北特钢集团大连特殊钢丝有限公司张颖摘要:本文论述了不锈钢氧化皮的性能和组成,重点介绍了国内外不锈钢氧化皮的去除方法及不同的生产工艺.关键词:不锈钢氧化皮碱浸酸洗1.前言不锈钢是20世纪重要发明之一,具有强度高,耐蚀性强,耐热性好等诸多优点,因此在工业上广泛应用,石化工业,电子机械,医疗机械,住宅装饰等无处不用.但不锈钢在经过冶炼,热轧,热处理等过程中,表面上生成一层氧化皮,为生产加工带来困难,为了取得不锈钢表面的光洁度,光亮度和使用寿命,必须在拉拔,钝化,电镀等下道工序加工之前进行酸洗清除氧化皮.2.不锈钢氧化皮的组成和性质2.1不锈钢氧化皮的组成氧化皮的组成不仅取决于钢号,而且取决于铁及合金元素对氧的亲和力,比铁容易氧化的元素有Si,Ti,Al,Cr,W,V,Mn:比铁难氧化的元素是Cr,Ni,cu,co,Mo.不锈钢氧化皮绝大多数是在轧制或热处理过程中形成.不锈钢氧化皮的组成见表1.33