镍铁水为主原料的300系列不锈钢初炼工艺技术探讨.ppt

1、第第第第20202020届全国铁合金学术研讨会届全国铁合金学术研讨会届全国铁合金学术研讨会届全国铁合金学术研讨会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：报告人：储少军储少军 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 云南丽江云南丽江报告内容报告内容一一.我国不锈钢产业发展趋势我国不锈钢产业发展趋势二二.生产生产300300系列不锈钢的资源与技术瓶颈系列不锈钢的资源与技术瓶颈三三.AOD、VOD不锈钢冶炼工艺与设备不锈钢冶炼工艺与设备四四.高硅镍铁冶炼不锈钢母液的技术思想高硅镍铁冶炼

2、不锈钢母液的技术思想五五.结语结语我国不锈钢产业发展趋势我国不锈钢产业发展趋势 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、美国年起超过日本、美国居世界第一位。因此，中国已是名副其实居世界第一位。因此，中国已是名副其实的不锈钢生产和消耗大国。的不锈钢生产和消耗大国。工业化进程和城镇

3、化发展工业化进程和城镇化发展对不锈钢产能的需求对不锈钢产能的需求发达国家的发达国家的经验表明，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。生产生产300300系列不锈钢的资源与技术瓶颈系列不锈钢的资源与技术瓶颈 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系列不锈钢生系列不锈钢生产中，使用废钢与镍、铬铁合金等的费用产中，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约占整个不锈

4、钢冶炼成本的70%70%，世界各世界各国都在寻求直接利用廉价的红土镍矿和铬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、镍合金生产粉矿资源替代目前使用的铬、镍合金生产不锈钢的新方法。不锈钢的新方法。镍铁生产对镍铁生产对我国不锈钢我国不锈钢产业发产业发展的重要作用展的重要作用Cr-Ni钢(300系系)Cr-Mn钢(200系等系等)Cr钢(400系等系等)20102010年中国年中国不锈钢不锈钢粗钢粗钢产量产量1125.61125.6万吨万吨 作作为为镍镍资资源源缺缺乏乏的的中中国国，近近年年来来并并未未因因国国际际市市场场金金属属镍镍价价波波动动而而影影响响Cr-NiCr-Ni钢

5、钢(300(300系系)的的生生产产规规模模，主主要要得得益益于于我我国国的的镍镍铁铁合合金金生生产产供供应应，20102010年年含含镍镍生生铁铁产产量量约约为为460460万万吨吨左左右右，折折合合成成金金属属镍镍，已已占占到到Cr-NiCr-Ni钢钢(300(300系系)生生产产用用镍镍总总量量的的1/31/3以以上上，远远高于高于20072007年的水平。年的水平。钢厂对镍铁产品的质量要求钢厂对镍铁产品的质量要求含镍生铁含镍生铁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

6、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%低硅镍铁生产存在的主要技术问题低硅镍铁生产存在的主要技术问题n 红土矿红土矿镁镁质硅酸盐镍质硅酸盐镍矿矿 (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

7、.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 2.520.008 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%矿矿中中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 低硅镍铁生产存在的主要技术问题低硅镍铁生产存在的主要技术问题l 二次电压提高二次电压提高l 自焙电极自焙电极焙烧焙烧 速度速度不够不够l 碳素炉衬侵蚀碳素炉衬侵

8、蚀 l 镍的回收率问镍的回收率问题题 n 附加附加石灰石、白云石熔剂石灰石、白云石熔剂 增加增加渣量和单产消耗、产品中磷的控制问题渣量和单产消耗、产品中磷的控制问题低硅镍铁生产存在的主要技术问题低硅镍铁生产存在的主要技术问题冶炼工艺要求冶炼工艺要求:(1)冶金一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碱度碱度(CaO/SiO2)P%P%R2=0.4138R2=0.9994R2=0.9994R2=0.9992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

9、.007%AODAOD、VODVOD不锈钢冶炼工艺与设备不锈钢冶炼工艺与设备 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：碱性碱性宝钢宝钢300300系不锈钢系不锈钢AODAOD、VODVOD冶炼工艺冶炼工艺初炼钢水初炼钢水成分成分：C3%P0.030%Ni：6.80%Cr：17.00%Si：0.18%Mn：0.54%S0.035%C1.5%P0.025%Ni：9.2%C

10、r：18%Si：1.0%Mn：1.25%S0.035%太钢太钢300300系不锈钢系不锈钢AODAOD、VODVOD冶炼工艺冶炼工艺不锈钢三步法冶炼工艺不锈钢两步法冶炼工艺高硅镍铁冶炼不锈钢母液的技术思想高硅镍铁冶炼不锈钢母液的技术思想启发：启发：铁合金行业采用的中低碳锰铁和中低碳铬铁的生产工艺铁合金行业采用的中低碳锰铁和中低碳铬铁的生产工艺原理：原理：电硅热冶金电硅热冶金 目标：目标：镍铁冶炼工艺与铬矿熔融还原技术相结合，寻求更镍铁冶炼工艺与铬矿熔融还原技术相结合，寻求更 经济、更高效的使用红土镍矿和铬粉矿生产经济、更高效的使用红土镍矿和铬粉矿生产300300系系 列不锈钢的短流程工艺技术路

11、线。列不锈钢的短流程工艺技术路线。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高硅镍铁高硅镍铁铬矿熔融还原反应铬矿熔融还原反应碳含量：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系列不锈钢系列不锈钢母液短流程工艺示意图母液短流程工艺示意图镍硅铁合金脱镍硅铁合金脱Si增增Cr探索性工业试炼结果探索性工业试炼结果设备：设备：1.51

12、.5吨倾动电弧炉吨倾动电弧炉原料：原料：镍硅铁合金，铬精矿粉镍硅铁合金，铬精矿粉(Cr(Cr2 2O O3 3:54%,:54%,P:0.01%)P:0.01%)，石灰，石灰名称名称合金化学成分（合金化学成分（%）FeFeNiNiCrCrSiSiMnMnC CP PS S镍硅硅铁80.0080.009 910100.0780.078产品品1 171.1071.107.057.0516.5516.551.121.121.371.371.501.500.110.110.020.02产品品2 272.7272.727.487.4816.4316.430.390.39-2.032.030.100.10

13、0.030.03含含碳碳量量/%含硅量含硅量/%锰硅合金中硅含量与碳含量关系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系铬硅合金中硅含量与碳含量关系含硅量含硅量/%/%含含碳碳量量/%研究工作之一研究工作之一:硅对镍铁中碳饱和溶解度的影响硅对镍铁中碳饱和溶解度的影响研究目标：研究目标：高高硅镍铁主成分硅镍铁主成分设计设计 镍铁镍铁矿热炉冶炼矿热炉冶炼工艺制定工艺制定3CaSi+2P=(Ca3P2)+3Si?Ca4P4SiCa5P8Si6Ca4P16Si9复合脱磷产物研究目标：研究目标：l 脱磷脱磷剂与顶渣剂与顶渣组组 分的分的选择选择l 脱磷脱磷渣的处理渣的处理与与 环保环保评估评估

14、研究工作之二研究工作之二:镍铁水的还原脱磷工艺镍铁水的还原脱磷工艺Si含量/%脱磷率/%镍铁中硅含量对脱磷率的影响研究工作之三研究工作之三:矿矿相对铬矿相对铬矿-石灰成渣石灰成渣 反应反应速度的影响规律速度的影响规律两两种种铬铬矿矿矿矿相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 原料原料选择；选择；l 快速造渣快速造渣理论指导。理论指导。研究工作之四：摇包反应器内渣研究工作之四：摇包反应器内渣金金“乳乳 化化”和和“分相分相”行为行为理论问题理论问题：l 轻轻相液体表面以抛相液体

15、表面以抛物物 面面运动形式与轻、运动形式与轻、重重 液体液体两相界面两相界面正弦波正弦波 动形式动形式之间的关联性；之间的关联性；l 相界面相界面发生卷渣的发生卷渣的工工 况况条件。条件。研究目标：研究目标：l 摇摇包包反应器放反应器放 大设计；大设计；l 摇摇包作业规程；包作业规程；l 吹气吹气摇包。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-液液两两相相混混合合均均 匀匀，将将促促进进二二相相界界 面的面的传质过程；传质过程；l 相相界界面面传传质质过过程程引引 起起界界面面表表面面张张力力变变 化化(M Ma ar ra an ng go on ni

16、i效效应应)促促进进两两相相混混匀匀过过程程，并并对对传传质质过过程程产产生生 增强增强作用。作用。研究目标：研究目标：l 提提 高高冶冶 金金反反 应应 速率速率途径；途径；l 减减少少钢钢-液液夹夹带带 损失损失；l 铬铬矿矿熔熔融融硅硅热热 还原还原工艺中镍工艺中镍硅硅 合金合金熔体初脱熔体初脱SiSi 的的程度。程度。研究工作之四：摇包反应器内渣研究工作之四：摇包反应器内渣金金“乳乳 化化”和和“分相分相”行为行为研究工作之五研究工作之五:电硅热法冶炼电硅热法冶炼300系列系列 不锈钢母液工艺理论计算不锈钢母液工艺理论计算300300系列不锈钢冶炼新工艺流程与装备系列不锈钢冶炼新工艺流程与装备不锈钢电硅热法冶炼台架实验不锈钢电硅热法冶炼台架实验2424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%0.1517.07.06.00.0600.0301.00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