含镍海绵铁及其制法,以及生产镍合金钢坯的方法.pdf

本发明涉及一种含镍海绵铁及其生产方法，以及利用这种含镍海绵铁制造镍合金钢坯的方法。具体是以冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种或几种的任意比例混合物为原料，与煤焦粉混合后挤压成型，装入还原罐中，加入还原剂，入窑在1000～1500℃焙烧还原得到含镍海绵铁。进而将含镍海绵铁与硅铁粉、石灰石粉、炭粉加入电弧炉中，以常规技术冶炼制成镍合金钢坯。制成的镍合金钢坯主要用于冶炼不锈钢。本发明利用冶炼不锈钢废弃物生产含镍海绵铁，进而生产镍合金钢坯，可以回收利用废弃物，将废弃物变成可利用资源，降低不锈钢的生产成本。

1、  一种含镍海绵铁，其组成并不确定，可由下述方法制备：
以冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种或几种的任意比例混合物为原料，按照100∶5～15的重量比与煤焦粉混合后挤压成型，装入还原罐中，加入还原剂，入窑在1000～1500℃焙烧还原，得到含镍海绵铁。

2、  根据权利要求1所述的含镍海绵铁，其特征是在原料中还可以添加不锈钢切割渣，其添加量不超过原料总重量的50％。

3、  一种制备权利要求1或2含镍海绵铁的方法，包括以下步骤：
a.以冶炼不锈钢废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种，或几种的任意比例混合物为原料，并加入不超过原料总重量50％的不锈钢切割渣，或者不加不锈钢切割渣，按照100∶5～15的重量比与煤焦粉混合后，挤压成型制成粗坯；
b.将粗坯装入还原罐中，加入占粗坯重量15～30％的还原剂；
c.还原罐入窑，升温至1000～1500℃，恒温焙烧5～10h，制成含镍海绵铁。

4、  根据权利要求3所述的制备含镍海绵铁方法，其特征是所述的还原剂是由煤焦粉与脱硫剂按照3～6∶1的重量比混合制成，其中的脱硫剂采用石灰石或者白云石。

5、  根据权利要求3所述的制备含镍海绵铁方法，其特征是制备含镍海绵铁使用的冶炼窑为隧道窑、侧烟窑或者缩式窑中的一种。

6、  根据权利要求3所述的制备含镍海绵铁方法，其特征是以0.1～5t的压力将原料挤压成型为粗坯。

7、  一种含镍海绵铁，其组成并不确定，可由下述方法制备：
以冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种或几种的任意比例混合物为原料，按照100∶5～15∶0.5～5的重量比与煤焦粉和硼砂混合后挤压成型，装入还原罐中，加入还原剂，入窑在1000～1500℃焙烧还原，得到含镍海绵铁。

8、  根据权利要求7所述的含镍海绵铁，其特征是在原料中还可以添加不锈钢切割渣，其添加量不超过原料总重量的50％。

9、  一种生产镍合金钢坯的方法，是将权利要求1、2或7、8的含镍海绵铁与硅铁粉、石灰石粉、炭粉按照1∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2的重量比加入到电弧炉中冶炼，制成镍合金钢坯。

10、  权利要求9的镍合金钢坯在冶炼不锈钢中的应用。

含镍海绵铁及其制法，以及生产镍合金钢坯的方法
所属技术领域
本发明涉及钢铁冶炼中的海绵铁，特别是涉及一种含有镍的海绵铁，以及这种含镍海绵铁的生产方法。本发明还涉及利用这种含镍海绵铁制造镍合金钢坯的方法。
背景技术
镍是优良的耐腐蚀材料，是合金钢中的重要合金元素，特别是镍还是钢中形成奥氏体的元素，是不锈钢的重要组成部分。
随着镍基耐热合金与含镍20％以下高强钢的大规模发展与应用，以及化学工业的快速发展对不锈钢的需要量越来越大，对于金属镍的需求也与日俱增，尤其是中国的不锈钢产业发展十分迅猛，2003年，中国不锈钢消费已突破400万吨，自产不锈钢能力也达到了160万吨。然而，由于世界上的镍储量较少，且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内造成了镍的供求紧张。在中国，镍的价格在2004年元月已攀升到14年来的最高点，根据insg的预测，在未来的2004年及2005年两年中，中国的镍供应将会有很大缺口，这就使得我国快速增长的不锈钢生产产业必将面对由于镍的短缺而造成的被动局面。
一方面是在全世界范围内，作为生产不锈钢重要原料之一的镍供需紧张，而另一方面，我国在生产不锈钢时产生的烟道灰、层泥、铁鳞等副产物质却因至今没有一种合适地回收方法而大量堆积抛弃，无法回收再生利用。将这些废弃物堆积抛弃，不但需要占用大量的空闲场地，而且会带来严重的环境污染。特别是由于在这些废弃物中含有大约1～4％不等的贵重金属镍，以及诸如铬、钛、锰、钼、铜、铌、磷等许多其它元素，而这些元素又是在冶炼不锈钢时需要另外添加的元素，如果直接丢弃，不回收利用，势必会造成极大的资源浪费，不利于我国不锈钢工业的进一步发展。因此，研究开发一种将这些冶炼不锈钢废弃物回收利用的方法，必将带来巨大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是充分利用冶炼不锈钢产生的废弃物，提供一种利用冶炼不锈钢废弃物回收制备的含镍海绵铁，以及该含镍海绵铁的制备方法。
提供一种利用含镍海绵铁生产镍合金钢坯的方法，是本发明的另一发明目的。
由于原料冶炼不锈钢废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的成分并不固定，有一定的随机性，本发明含镍海绵铁的组成含量也不能完全确定，具体可由下述方法制备：
以冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种或几种的任意比例混合物为原料，按照100∶5～15的重量比与煤焦粉混合后挤压成型，装入还原罐中，加入还原剂，入窑在1000～1500℃焙烧还原，得到含镍海绵铁。
同时，在上述废弃物的原料中还可以添加一定量的不锈钢切割渣，但添加量应不超过原料总重量的50％。
本发明含镍海绵铁的具体制备方法包括以下步骤：
a.以冶炼不锈钢废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种，或几种的任意比例混合物为原料，按照100∶5～15的重量比与煤焦粉混合后，装入挤压机中挤压成型，制成粗坯。
在挤压成型制粗坯前，还可以在原料中加入不超过原料总重量50％的不锈钢切割渣，并混合均匀，共同挤压成粗坯。
用于将原料挤压成型的挤压机压力为0.1～5t，根据原料中配料比例的不同，挤压压力相应作适应性调整。
b.将制成的粗坯装入还原罐中，再加入占粗坯重量15～30％的还原剂。其中所述的还原剂是由煤焦粉与脱硫剂按照3～6∶1的重量比混合制成，脱硫剂可以采用石灰石或者白云石。
c.把装好的还原罐一齐带入冶炼窑中，升温至1000～1500℃，恒温焙烧5～10h，制成含镍海绵铁。
用于制备含镍海绵铁的冶炼窑最好是隧道窑，也可以采用侧烟窑或者缩式窑等形式的冶炼窑。
本发明还提供了一种由下述方法制备的含镍海绵铁：
以冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥、铁鳞中的一种或几种的任意比例混合物为原料，按照100∶5～15∶0.5～5的重量比与煤焦粉和硼砂混合后挤压成型，装入还原罐中，加入还原剂，入窑在1000～1500℃焙烧还原，得到含镍海绵铁。
同样，在上述废弃物原料中也可以添加不超过原料总重量的50％的不锈钢切割渣。
一般地，上述制备方法得到的含镍海绵铁，TFe含量在50％以上，并含有5％左右的Ni，可以直接作为冶炼不锈钢的原料使用。当然，也可以将含镍海绵铁进一步冶炼加工成为镍合金钢坯，使TFe和Ni的含量进一步提高后，再作为冶炼不锈钢的原料使用。
本发明的镍合金钢坯的具体制备方法是，将含镍海绵铁与硅铁粉、石灰石粉、炭粉按照1∶0.1～0.2∶0.1～0.2∶0.1～0.2的重量比加入到电弧炉中，以常规技术方法进行冶炼，制成镍合金钢坯。
本发明制成的镍合金钢坯，TFe含量提高到80％以上，Ni含量提高到8％左右。
采用本发明的上述含镍海绵铁和镍合金钢坯的制备方法，使用100t不锈钢废弃物原料，最终可以生产出70～80t左右的镍合金钢坯。
本发明制成的镍合金钢坯主要是作为原料应用在不锈钢的冶炼生产中。
本发明利用冶炼不锈钢产生的废弃物为原料，生产含镍海绵铁，进而生产镍合金钢坯，作为不锈钢冶炼生产的原料，一方面可以使烟道灰、层泥、铁鳞等废弃物得以回收再生利用，既解决了长期堆置占用场地的问题，也消除了对环境的污染问题；另一方面，本发明也把废弃物变成了可利用资源，节省了大量的珍贵资源；而且使用本发明的产品作为原料冶炼不锈钢，可以减少冶炼过程中其它元素的添加量，使不锈钢的生产成本大大降低。
具体实施方式
实施例1
取冶炼不锈钢的废弃物烟道灰，粉碎至需要的细度后，与煤焦粉按照10∶0.6的重量比混合均匀，加适量水，装入挤压机中，以0.4t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与石灰石分别粉碎成细粉后，按照3∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入6.5Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1000℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧6h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 56.27％，Ni 5.36％，Cr 7.43％，S 0.28％，P 0.15％，C 0.22％。
实施例2
取冶炼不锈钢的废弃物烟道灰和铁鳞，分别粉碎至需要的细度，与煤焦粉、硼砂按照6∶4∶1.2∶0.1的重量比混合均匀后，加适量水，装入挤压机中，以1t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与石灰石分别粉碎成细粉后，按照4∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入4Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1300℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧5h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 55.36％，Ni 5.22％，Cr 8.11％，S 0.17％，P 0.12％，C 0.26％。
实施例3
取冶炼不锈钢的废弃物铁鳞，以及不锈钢切割渣，分别粉碎至需要的细度，与煤焦粉按照7∶3∶1的重量比混合均匀后，加适量水，装入挤压机中，以2.5t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与石灰石分别粉碎成细粉后，按照5∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入4.5Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1350℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧6h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 54.13％，Ni 6.21％，Cr 8.47％，S 0.05％，P 0.19％，C 0.16％。
实施例4
取冶炼不锈钢的废弃物层泥和铁鳞，以及不锈钢切割渣，分别粉碎至需要的细度，与煤焦粉、硼砂按照4∶3∶3∶1.2∶0.2的重量比混合均匀后，加适量水，装入挤压机中，以1.2t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与白云石分别粉碎成细粉后，按照4∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入6Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1400℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧8h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 54.12％，Ni 6.03％，Cr 7.29％，S 0.21％，P 0.09％，C 0.24％。
实施例5
取冶炼不锈钢的废弃物烟道灰和层泥，以及不锈钢切割渣，分别粉碎至需要的细度，与煤焦粉、硼砂按照4∶2∶4∶1.5∶0.4的重量比混合均匀后，加适量水，装入挤压机中，以1.5t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与白云石分别粉碎成细粉后，按照5∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入5.5Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1350℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧8h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 51.96％，Ni 5.75％，Cr 7.43％，S 0.25％，P 0.17％，C 0.15％。
实施例6
取冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥和铁鳞，分别粉碎至需要的细度，与煤焦粉按照5∶2∶3∶1.2的重量比混合均匀后，加适量水，装入挤压机中，以1t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与石灰石分别粉碎成细粉后，按照6∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入5Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1300℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧8h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 53.27％，Ni 6.13％，Cr 7.36％，S 0.06％，P 0.12％，C 0.20％。
实施例7
取冶炼不锈钢的废弃物烟道灰、层泥和铁鳞，以及不锈钢切割渣，分别粉碎至需要的细度，与煤焦粉、硼砂按照3∶2∶2∶3∶1.4∶0.3的重量比混合均匀后，加适量水，装入挤压机中，以1.8t的压力挤压成粗坯。
将煤焦粉与石灰石分别粉碎成细粉后，按照4.5∶1的重量比混合均匀，制成还原剂。
把挤压成型的粗坯装入还原罐中，每罐装入25Kg，再加入6Kg的上述还原剂，填充在还原罐内的空隙处，加盖。
将全部装好的还原罐一起带入已升温至1250℃并恒温的隧道窑中，恒温焙烧10h后，出窑冷却，从还原罐中倒出产品，并清除干净附着在表面的残余还原剂后，得到含镍海绵铁产品。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 59.37％，Ni 6.83％，Cr 8.11％，S 0.13％，P 0.21％，C 0.17％。
实施例8
取实施例1含镍海绵铁产品4t，硅铁粉0.5t，石灰石0.5t，炭粉0.5t，一起加入电弧炉中，按照常规技术方法冶炼，并将钢水浇注成镍合金钢坯。本例中每使用100t废弃物原料，可以生产出镍合金钢坯82t左右。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 82.57％，Ni 7.62％，Cr 10.35％。
实施例9
取实施例5含镍海绵铁产品4t，硅铁粉0.6t，石灰石0.6t，炭粉0.6t，一起加入电弧炉中，按照常规技术方法冶炼，并将钢水浇注成镍合金钢坯。本例中每使用100t废弃物原料，可以生产出镍合金钢坯87t左右。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 87.18％，Ni 8.55％，Cr 11.24％。
实施例10
取实施例7含镍海绵铁产品3.5t，硅铁粉0.5t，石灰石0.5t，炭粉0.5t，一起加入电弧炉中，按照常规技术方法冶炼，并将钢水浇注成镍合金钢坯。本例中每使用100t废弃物原料，可以生产出镍合金钢坯89t左右。
经对上述产品的成分试验分析，含有TFe 88.82％，Ni 9.64％，Cr 10.85％。