[发明专利]制造含镍的铁合金或镍合金钢的方法

说明书

本发明涉及含镍的铁合金或合金钢制造方法。更具体地讲，不锈钢中至少一些合金Ni单元可通过向铁水或熔化铁中加入含硫的镍精矿而得到。该方法利用铁熔池精炼过程中存在的利用率不足的炉渣，其中在熔池和炉渣在还原条件下充分混合时炉渣可去除并保持硫。

已知在电弧炉中将含有一或多种含镍的废渣或碎屑，镍铁或镍粒的进料熔融或熔化即可制成镍合金不锈钢。在进料熔炼完成之后，将铁水转入精炼炉中，在其中用氧气和惰性气体的混合物搅动或冲洗而使熔池脱碳。可将另外的金属镍，镍铁或镍粒加入熔池中以使其符合镍规格或要求。

在废料中所含的Ni单元与镍铁中的Ni单元大约同价并构成了制造镍合金不锈钢的最为昂贵的材料。由于从一般含少于3wt％(重量百分比)Ni的矿石中释放镍的生产成本高，所以镍铁或镍粒中的Ni单元昂贵。镍矿石一般有两种类型，即硫化物矿和红土。在含硫的矿石中，镍主要以镍黄铁矿，可能还伴随有磁黄铁矿和黄铜矿的镍-铁硫化物形式存在。含硫的矿石一般含有1-3wt％Ni和不同量的Cu和Co。可用粉碎，研磨和泡沫浮选法使有价值的金属富集并且除去尽可能多的脉石。之后，可采用选择性浮选和磁性分离法将精矿或富集矿分成在高温冶金工艺中进一步处理的富含镍，铜和铁的组分。用富集矿或精矿进行焙烧工艺以除去最多一半的硫并同时使铁氧化即可使镍进一步富集。该富集矿在1200℃熔炼成由Ni，Fe，Cu和S组成的锍并除去炉渣。可将锍放在转炉中并吹空气而进一步氧化铁和硫。在将锍冷却时，分别按Fe-Cu-Ni-S相图所示沉淀出明显区别开的Ni-Fe硫化物和硫化铜晶体。在粉碎和研磨之后，含两种晶体的硫化物组分经泡沫浮选分成硫化铜和Ni-Fe硫化物精矿。Ni-Fe硫化物精矿再经过几次高能操作阶段而得到镍铁和镍粒。可在流化床中将Ni-Fe硫化物转化成粒状Ni-Fe氧化物烧结矿，再从中电解生产出镍阴极。另一方面，Ni-Fe精矿可在氯化工艺中经历转化成Ni和Fe羰基合物，再分解成镍和铁粉。

已知可通过将含镍的红土矿直接加入设炉顶吹氧管和炉底吹搅动气体的风口的精炼炉中而制成不锈钢。这种矿石含最多3％Ni，其中80％以上的矿石重量转化成炉渣。US5,047,082提出在利用低硫含量的含镍矿石而不用镍铁的吹氧转炉中获得所需的Ni单元，从而得到不锈钢。镍矿石用溶于熔化铁或铁水中的碳及炉渣中的木炭还原。US5,039,480提出在转炉中依次熔炼和还原低硫含量的含镍矿石和铬铁矿，而不用镍铁和铬铁制造不锈钢。矿石用溶于铁水的碳和炉渣中的木炭还原。

由于红土矿几乎不含硫，所以制造不锈钢所需的大部分Ni单元可来自该矿石。但是，伴随Ni单元的大量炉渣除了进行精炼部分之外还需进行独立的高能熔炼步骤，因此需要延长加工处理时间并可能需要单独的反应炉。

控制熔池中硫含量是铁精炼过程中最早和最广泛关心的问题之一。自从在早期高炉中熔炼铁以来，已知与铁水接触的炉渣提供了去除来自用作燃料的焦炭的一些硫的途径。最近，已查明在熔炼过程中除去硫的关键因素包括根据炉渣中气态氧分压控制炉渣碱度并控制炉渣温度。

不过，炉渣中硫的溶解度限度在用镍成为合金的不锈钢常规精炼过程中通常并不能达到，因为在精炼炉中从在电弧炉中熔炼固体进料而得到的总硫负荷低。因此，在精炼炉中炉渣脱硫容量或能力并没有完全利用起来。而且，炉渣重量加大，在熔池中存在残留还原剂和对炉渣组成的控制都可能使这种利用率不足的程度提高。此外，长期以来都在盼望降低可用于铁合金或合金钢如含镍的合金钢和奥氏体不锈钢制造工艺的合金镍或镍合金单元成本，同时又不需要很高的投资。

本发明即涉及制造含镍的铁合金或不锈钢的方法，其中通过向熔融金属中加入含硫的镍精矿而获得至少一些铁或钢中所需的Ni合金或合金Ni单元。该方法利用了铁熔池精炼过程中存在的大部分炉渣重量，其中熔池于还原条件下充分混合时炉渣可去除和保持另外或多余的硫。

本发明的主要目的是在含镍的合金钢或称为镍合金钢或不锈钢制造过程中直接用含硫的镍精矿提供廉价的Ni单元。

本发明另一目的是在镍合金钢或不锈钢制造过程中通过直接加入含硫的镍精矿而利用炉渣脱硫容量或能力的未利用部分。