转炉中镍矿直接还原合金化的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种转炉中镍矿直接还原合金化的方 法。
【背景技术】
[0002] 镍是不锈钢、合金钢和合金结构钢等钢铁材料中最重要的合金元素之一，在钢中 含量达到一定值时，能提高钢的强度、淬硬性、冲击韧性和抗腐蚀能力，含镍合金结构钢在 低温下的冲击韧性可达到最佳水平，且在不锈钢中与铬共同作用，可改变钢材组织，使不锈 钢的耐腐蚀性能和综合机械性能得到优化，目前含镍钢铁材料广泛应用于军工制造、民用 耐酸和耐热钢结构钢制造、多种机械制造等领域。
[0003] 在目前条件下，为提高钢中的镍含量，主要是在冶炼或精炼过程中加入镍铁或金 属镍进行镍合金化操作。而镍铁和金属镍主要以红土镍矿为原料，通过火法冶炼而成，以当 前最为先进和通用的回转窑+电炉工艺（RKEF法）为例，产出品位为20~30 %的镍铁，平 均电耗为7000~8000kW · h/t，而制造金属镍的电耗进一步增加，属于典型的高耗能行业， 且附带产出占原料总量5~15%的粉尘，即使在除尘效果良好的情况下，也难免造成生产 现场劳动条件严重恶化，大量粉尘积压又成为新的污染源，给环境带来巨大压力。
[0004] 如果直接将初步处理的镍矿球团或压块加入钢铁冶炼过程，利用冶炼初期铁水中 高碳、高硅的还原条件，通过一定方法将氧化镍还原进入钢液中完成钢液镍合金化，将直接 省去镍铁或镍的制造环节，提高资源利用率，大量节约电力能源消耗，减轻环境压力，同时 节约钢液镍合金化成本。目前全球已探明的1. 6亿吨镍矿储量中，硫化镍矿约占30%，红 土镍矿约占70%，随着全球硫化镍矿资源量迅速接近枯竭，氧化镍矿（即红土镍矿）的开 采和利用成为主流而迅速发展，但与锰矿、铬矿等可在转炉中熔融还原的矿物相比，红土镍 矿的品位偏低（镍含量1. 5~4% )、成分更为复杂、水分含量较高，如果用以冶炼高镍不锈 钢，因镍矿中镍含量低，缺乏现实意义，如果向转炉中加入以生产含镍钢水，最终生产含镍 的中、低合金钢，虽然具备一定的现实意义，但该操作将对过程渣料控制、温度控制及稳定 性控制均产生明显影响，因此，技术实现有一定难度，目前尚未见有关转炉中镍矿熔融还原 直接合金化的论文、专利或报道。
[0005] 在当前矿物预处理造球、压块和脱水等工艺十分成熟、成本极为低廉的背景下，结 合特定的铁水条件、高水平的转炉过程控制工艺，实现转炉中红土镍矿直接熔融还原合金 化、生产含镍钢液成为可能，且镍自身的极高氧势可保证其收得率处于较好水平，同时红土 镍矿中的氧化铁利于转炉化渣，提高冶炼效率，还可部分还原进入钢液，提高钢铁料收得 率，MgO可替代白云石进入渣料，减少渣料消耗，进一步降低生产成本。实现镍矿熔融还原 合金化的条件包括以下几个方面：
[0006] 1)较高的镍含量和合理的其他矿物成分含量；
[0007] 2)基于目前镍含量高于2%的红土镍矿中SiO2含量均超过30%的现实，铁水硅含 量应处于合理的低水平，以保证炉渣碱度处于3. 2~3. 8的范围，进而保证脱磷率；
[0008] 3)镍矿熔融还原是吸热过程，因此，应保证较高的入炉铁水温度，并减少废钢装入 比例，以达到总体热平衡。
[0009] 以上条件基本满足的前提下，通过合理的转炉过程控制和终点控制，可将镍的收 得率稳定在85%以上，且转炉脱磷效果保持稳定，最终实现镍矿熔融直接还原合金化预期 的经济效益、环境效益和社会效益。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是提供一种镍矿直接还原合金化的方法，该方法利用 冶炼初期铁水中高碳、高硅的还原条件，将氧化镍还原进入钢液中完成钢液镍合金化，从而 省去镍铁或镍的制造环节，提高资源利用率，节约能源，降低消耗，减轻环境压力，同时节约 钢液镍合金化成本。
[0011] 为解决上述技术问题，
[0012] 本发明采用技术方案的为：
[0013] 以武钢90t顶底复吹转炉为例，该转炉一般情况下铁水装入量80t左右，现有技术 下要装入废钢，废钢装入比例为10~15%，以活性石灰为主要造渣料，活性石灰消耗量为 40~60kg/t铁水，终渣量80~100kg/t铁水。
[0014] 在铁水进行预处理脱硫的条件下，以该型90吨转炉为基础，制订镍矿直接合金化 冶炼低镍合金结构钢钢液的实施方案如下：
[0015] 1)初始钢铁料及镍矿装入步骤：
[0016] 铁水兑入转炉前温度彡1300°C，铁水硅含量不高于0.2%，装料时，不再装入废 钢，直接装入50~60kg/t铁水的球团状镍矿，之后兑入全部铁水，所述球团状镍矿由红土 镍矿经造球和焙烧而成，粒径在30~80mm之间的比例超过95 %，水份含量不高于2 %，入 炉前经烘烤1小时以上，加入转炉前温度达到l〇〇°C以上，所述红土镍矿中按重量百分比镍 含量大于2%，SiO 2含量不低于30%。
[0017] 2)渣料加入及吹氧冶炼步骤：采用单炉双渣两步法冶炼工艺，首先进行第一步吹 炼，即第一次造渣过程，吹炼开始前按15~20kg/t铁水的比例向炉内加入活性石灰，即刻 开始于1.8米高枪位（正常开吹枪位1.5米）吹氧，控制氧枪氧压在0. SMPa的水平，减轻对 钢液熔池的搅拌，以避免未完全熔化的渣料及上浮的镍矿产生喷溅，并提高升温效率，吹氧 开始100~120s后，再加入第二批活性石灰10~15kg/t铁水，降低枪位至1. 6米，将氧压 提升至〇. 95MPa的正常水平，继续吹氧至400~420秒时，停止吹炼，提起氧枪，倒炉，倒出 炉中低碱度渣料的60~70%，第一步吹炼完成；然后摇正炉体开始第二步吹炼，即第二次 造渣过程，再次下枪开始吹氧，枪位首先定在1. 7米，氧压稳定在0. 95MPa不变，再次加入镍 矿10~20kg/t铁水，同时加入活性石灰5~10kg/t铁水、吹氧至450~480秒时，将氧枪 枪位下降至1. 6米，吹氧时间至540s~570s之间，再加入活性石灰5~10kg/t铁水，吹氧 结束前180s，不再加入任何渣料，总吹氧时间为950~980s，冶炼全程不加入任何化渣剂、 冷却剂和护炉用轻烧白云石，吹氧完成后将氧枪提出转炉，最后调整终点温度和成分，终点 钢水碳含量控制在〇. 06~0. 08%的水平，终点温度控制为1650~1680°C，按正常程序出 钢。
[0018] 3)底吹步骤：采用动态底吹法，第一次倒炉前，底吹强度维持在0. 07Nm3/min 的 水平，第一次倒炉倒渣并摇正炉体，开始第二步吹炼，采用强化型底吹模式，底吹强度保持 在0. 08~0. lNm3/min · t，后搅拌时间彡60s，以提高矿石恪融还原的效率。
[0019] 4)点吹步骤：常规吹炼结束后点吹氧气的枪位为1. 5米，不超过两次。
[0020] 5)其他：其他按常规钢种的相关工艺方法进行。
[0021] 进一步地，所述步骤1)中，所述红土镍矿中，按重量百分比，NiO含量为2.8~ 3. 0 %，Fe2O3含量为35~38 %，MgO含量为25~30