1、鎳鐵水為主原料的鎳鐵水為主原料的300300系列系列不銹鋼初煉工藝技術探討不銹鋼初煉工藝技術探討報告人：儲少軍報告人：儲少軍 北京科技大學北京科技大學 冶金與生態工程學院冶金與生態工程學院2011年年11月月12日日 云南麗江云南麗江 經過上世紀經過上世紀9090年代以來的大量投資建年代以來的大量投資建設，中國不銹鋼產量自設，中國不銹鋼產量自20062006年起超越了日年起超越了日本，現有產能達到本，現有產能達到12001200萬噸，占全球產能萬噸，占全球產能的的1/31/3，而我國不銹鋼的消費規模亦呈快，而我國不銹鋼的消費規模亦呈快速增長趨勢，自速增長趨勢，自20012001年起超過日本、美

2、國年起超過日本、美國居世界第一位。因此，中國已是名副其居世界第一位。因此，中國已是名副其實的不銹鋼生產和消耗大國。實的不銹鋼生產和消耗大國。發達國家的經驗表明，發達國家的經驗表明，GDPGDP增幅與該國不銹鋼的增幅與該國不銹鋼的消費量增長幾乎同步。消費量增長幾乎同步。 300 300系列不銹鋼是不銹鋼產品中應用系列不銹鋼是不銹鋼產品中應用最廣、用量最大的不銹鋼品種，約占我國最廣、用量最大的不銹鋼品種，約占我國不銹鋼產量的不銹鋼產量的60%60%左右。左右。300300系列不銹鋼系列不銹鋼生產中，使用廢鋼與鎳、鉻鐵合金等的費生產中，使用廢鋼與鎳、鉻鐵合金等的費用約占整個不銹鋼冶煉成本的用約占整個

3、不銹鋼冶煉成本的70% 70% ，世界，世界各國都在尋求直接利用廉價的紅土鎳礦和各國都在尋求直接利用廉價的紅土鎳礦和鉻粉礦資源替代目前使用的鉻、鎳合金生鉻粉礦資源替代目前使用的鉻、鎳合金生產不銹鋼的新方法。產不銹鋼的新方法。Cr-Ni鋼鋼 (300系系)Cr-Mn鋼鋼(200系等系等)Cr鋼鋼 (400系等系等)20102010年中國不銹鋼年中國不銹鋼粗鋼產量粗鋼產量1125.61125.6萬噸萬噸 作為鎳資源缺乏的作為鎳資源缺乏的中國，近年來并未因國中國，近年來并未因國際市場金屬鎳價波動而際市場金屬鎳價波動而影響影響Cr-NiCr-Ni鋼鋼(300(300系系) )的的生產規模，主要得益于生

4、產規模，主要得益于我國的鎳鐵合金生產供我國的鎳鐵合金生產供應，應，20102010年含鎳生鐵產年含鎳生鐵產量約為量約為460460萬噸左右，萬噸左右，折合成金屬鎳，已占到折合成金屬鎳，已占到Cr-NiCr-Ni鋼鋼(300(300系系) )生產用生產用鎳總量的鎳總量的1/31/3以上，遠以上，遠高于高于20072007年的水平。年的水平。含鎳生鐵含鎳生鐵Ni5%Si5%P0.05%S10%Si0.3%P0.05%轉爐吹煉產品轉爐吹煉產品 一個一個Ni點點 1500元元一個一個Cr點點 150元元Si 超基數超基數0.5%S 超基數超基數0.05%P 超基數超基數0.005%市場價格隨電解鎳價市

5、場價格隨電解鎳價和高碳鉻鐵價格浮動和高碳鉻鐵價格浮動扣銷售總額的扣銷售總額的1%1%n 紅土礦紅土礦鎂質硅酸鹽鎳礦鎂質硅酸鹽鎳礦 (Garnierite)礦石礦石產地產地化學成分（化學成分（%）Ni/FeP/(Ni+Fe)NiCoFeMgOSiO2CaOAl2O3PSH2O印尼印尼粉礦粉礦1.81 0.03 18.1 15.28 32.912.040.007 0.01931.00.100.035%印尼印尼塊礦塊礦1.46 0.088.821.91 43.310.660.006 0.00823.30.170.058%菲律賓菲律賓粉礦粉礦1.38 14.1 22.13 27.92 2.520.00

6、8 0.01130.20.100.051%菲律賓菲律賓塊礦塊礦1.82 5.68 28.83 32.73 2.800.007 0.00825.20.320.093%礦中礦中SiOSiO2 2含量接近含量接近45%45%n 虧碳冶煉工藝與礦熱爐設備參數不相適應虧碳冶煉工藝與礦熱爐設備參數不相適應 l 二次電壓提高二次電壓提高l 自焙電極焙燒自焙電極焙燒 速度不夠速度不夠l 碳素爐襯侵蝕碳素爐襯侵蝕 l 鎳的回收率問鎳的回收率問題題 n 附加石灰石、白云石熔劑附加石灰石、白云石熔劑 增加渣量和單產消耗、產品中磷的控制問題增加渣量和單產消耗、產品中磷的控制問題冶煉工藝要求冶煉工藝要求:(1) 冶金一

7、級石灰冶金一級石灰 CaO:90%, P:0.035%(2) 爐渣堿度小于爐渣堿度小于1.0石灰質量對鎳鐵中磷含量的影響石灰質量對鎳鐵中磷含量的影響CaO:90%，P:0.035%CaO:50%，P:0.007%CaO:90%，P:0.007% VOD爐（爐（Vacuum Oxygen Decarburization）AOD爐（爐（Argon Oxygen Decarburization） 主要功能：脫主要功能：脫C C、保、保CrCr初煉鋼水要求：低初煉鋼水要求：低Si Si、低、低P P 爐襯材料：爐襯材料： 堿性堿性初煉鋼水成分初煉鋼水成分： C3% P0.030%Ni：6.80% Cr

8、：17.00%Si：0.18% Mn：0.54%S0.035%C1.5% P0.025%Ni：9.2% Cr：18%Si：1.0% Mn：1.25%S0.035%不銹鋼三步法冶煉工藝不銹鋼兩步法冶煉工藝l 利用鐵合金熔體中利用鐵合金熔體中Si Si對對C C的置換性質，的置換性質， 生產出低碳的中間合金生產出低碳的中間合金錳硅、鉻硅鐵合金錳硅、鉻硅鐵合金l 低碳高硅中間合金與錳礦或鉻礦脫硅反應獲低碳高硅中間合金與錳礦或鉻礦脫硅反應獲 得中、低碳錳鐵或鉻鐵產品得中、低碳錳鐵或鉻鐵產品碳含量：碳含量：0.1% 2%降碳：降碳：脫硅：脫硅：高硅鎳冶煉高硅鎳冶煉300300系列不銹鋼母液短流程工藝示意

9、圖系列不銹鋼母液短流程工藝示意圖名稱名稱合金化學成分（合金化學成分（% %）FeFeNiNiCrCrSiSiMnMnC CP PS S鎳硅鐵鎳硅鐵80.0080.009 910100.0780.078產品產品1 171.1071.107.057.0516.5516.551.121.121.371.371.501.500.110.110.020.02產品產品2 272.7272.727.487.4816.4316.430.390.39-2.032.030.100.100.030.03含碳量含碳量/%含硅量含硅量/%錳硅合金中硅含量與碳含量關系錳硅合金中硅含量與碳含量關系鉻硅合金中硅含量與碳含量關

10、系鉻硅合金中硅含量與碳含量關系研究目標：研究目標： 高硅鎳鐵主成分設計高硅鎳鐵主成分設計 鎳鐵礦熱爐冶煉工藝制定鎳鐵礦熱爐冶煉工藝制定3CaSi+2P=(Ca3P2)+3Si ?Ca4P4SiCa5P8Si6Ca4P16Si9復合脫磷產物研究目標：研究目標：l 脫磷劑與頂渣組脫磷劑與頂渣組 分的選擇分的選擇l 脫磷渣的處理與脫磷渣的處理與 環保評估環保評估兩種鉻礦礦相兩種鉻礦礦相鉻鎂尖晶石鉻鎂尖晶石菲菲律律賓賓礦礦蛇紋石蛇紋石土土耳耳其其礦礦橄欖石橄欖石鉻鐵礦鉻鐵礦石灰石灰富富CrCr堿堿性多元性多元渣系渣系研究目標：研究目標：l 原料選擇；原料選擇；l 快速造渣理論指導。快速造渣理論指導。理

11、論問題：理論問題：l 輕相液體表面以拋物輕相液體表面以拋物 面運動形式與輕、重面運動形式與輕、重 液體兩相界面正弦波液體兩相界面正弦波 動形式之間的關聯性；動形式之間的關聯性；l 相界面發生卷渣的工相界面發生卷渣的工 況條件。況條件。研究目標：研究目標：l 搖包反應器放搖包反應器放 大設計；大設計；l 搖包作業規程；搖包作業規程；l 吹氣搖包。吹氣搖包。油水界面荷葉型運動規律油水界面荷葉型運動規律理論問題：理論問題：l 液液- -液兩相混合均液兩相混合均 勻，將促進二相界勻，將促進二相界 面的傳質過程；面的傳質過程；l 相界面傳質過程引相界面傳質過程引 起界面表面張力變起界面表面張力變 化化(

12、Marangoni(Marangoni效應效應) ) 促進兩相混勻過程，促進兩相混勻過程， 并對傳質過程產生并對傳質過程產生 增強作用。增強作用。研究目標：研究目標：l 提高冶金反應提高冶金反應 速率途徑；速率途徑；l 減少鋼減少鋼- -液夾帶液夾帶 損失；損失；l 鉻礦熔融硅熱鉻礦熔融硅熱 還原工藝中鎳硅還原工藝中鎳硅 合金熔體初脫合金熔體初脫SiSi 的程度。的程度。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%0.1517.0 7.0 6.00.0600.0301.00原料原料脫脫P合金合金石灰石灰熔劑熔劑配比10.50.5原料原料鉻粉礦鉻粉礦石灰石灰配比10.6原料原料純鐵純鐵低碳錳鐵低碳錳鐵鎳板鎳板配比10.20.1 低低P高高Si鎳鐵鎳鐵不銹鋼不銹鋼基料基料201系系不銹鋼不銹鋼元素元素NiSiCPS%8.2621.390.530.040.05高高Si鎳鐵鎳鐵l 結合鎳、鉻不銹鋼生產典型的物質轉化工藝結合鎳、鉻不銹鋼生產典型的物質