СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ИЗ ЛАТЕРИТНОЙ НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ И ХРОМИТОВОЙ РУДЫ Российский патент 2015 года по МПК C21C5/28 C22B23/00 C22B34/32 C22B3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу изготовления аустенитной нержавеющей стали, более конкретно, к способу изготовления аустенитной нержавеющей стали из никелевой латеритной руды и хромитовой руды.

Уровень техники

В традиционном способе изготовления аустенитной нержавеющей стали лом и ферросплавы используются в качестве основного сырья и переплавляют в расплавленный металл в электрической печи. Расплавленный металл затем передается в конвертер наряду с добавлением ферроникеля и/или феррохрома в конвертер с отношением, определяемым в соответствии с конкретной получаемой сталью (например, нержавеющая сталь серии 200 или 300), получая таким образом аустенитную нержавеющую сталь. Поскольку стоимость благородного металла, такого как никель, составляет около 40-50% от общей стоимости нержавеющей стали, прибыль производителя нержавеющей стали может легко быть снижена или даже утрачена из-за колебаний цен на благородный металл.

Был разработан способ получения промежуточного сплава нержавеющей стали непосредственной плавкой никелевой латеритной руды и хромитовой руды в качестве сырья в электрической печи или доменной печи, как раскрыто в китайских заявках на патент CN 102212691 A и CN 101701312 A, так, чтобы экономить на стоимости изготовления нержавеющей стали. Однако в способе, раскрытом в упомянутом уровне техники, не проводят предварительную обработку латеритной никелевой руды и хромитовой руды для удаления свободной и кристаллизационной воды до процесса плавки и относительно большое количество энергии потребляется для удаления воды в ходе плавки. Кроме того, существуют другие недостатки в способе вышеуказанного известного уровня техники, такие как трудности в контроле за содержанием никеля в расплавленном металле, относительно большое количество примесей, и низкий коэффициент усвоения. Кроме того, редкие металлы, такие как кобальт, обычно присутствующие в латеритной никелевой руде не могут быть извлечены и выделены в процессе вышеуказанного известного уровня техники.

Краткое изложение существа изобретения

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание экономически эффективного способа изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен экономичный способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды. Способ включает стадии:

a) дробления, просеивания и смешивания латеритной никелевой руды с последующим обжигом латеритной никелевой руды во вращающейся обжиговой печи для удаления свободной и кристаллизационной воды вместе с добавлением восстановителя во вращающуюся обжиговую печь для получения продукта обжига и плавку продукта обжига в электрической печи для получения расплавленного ферроникеля;

b) спекания хромитовой руды в устройстве для спекания для получения спеченной хромитовой руды с последующей плавкой спеченной хромитовой руды вместе с частицами кокса в другой электрической печи для получения расплавленного феррохрома;

c) горячей загрузки расплавленного ферроникеля и расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали и

d) подачи расплавленной нержавеющей стали в машину непрерывного литья для получения сляба нержавеющей стали.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды. Способ включает стадии:

a) измельчения латеритной никелевой руды и формирования пульпы латеритной никелевой руды с водой для образования материала пульпы, последующего перемешивания материала пульпы с раствором серной кислоты при высоком давлении для формирования смеси, фильтрации выщелачивающего раствора, содержащего никель и кобальт, из смеси, разделения выщелачивающего раствора экстракцией растворителем на экстракт, содержащий никель, и реэкстракт, содержащий кобальт, и электролиза экстракта и реэкстракта для получения чистого никеля и чистого кобальта, соответственно;

b) спекания хромитовой руды в устройстве для спекания для получения спеченной хромитовой руды с последующей плавкой спеченной хромитовой руды в электрической печи для получения расплавленного феррохрома;

c) подачи чистого никеля в конвертер и горячей загрузки расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали и

d) загрузки расплавленной нержавеющей стали в машину непрерывного литья для получения сляба нержавеющей стали.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды. Способ включает стадии:

a) определения, является ли содержание никеля в латеритной никелевой руде менее 1,5% масс. относительно общей массы латеритной никелевой руды;

b) переработки латеритной никелевой руды в никельсодержащий предшественник на основе определения на стадии a);

c) спекания хромитовой руды в устройстве для спекания для получения спеченной хромитовой руды с последующей плавкой спеченной хромитовой руды вместе с частицами кокса в электрической печи для получения расплавленного феррохрома;

d) подачи никельсодержащего предшественника в конвертер и горячей загрузки расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали; и

e) загрузки расплавленной нержавеющей стали в машину непрерывного литья для получения сляба нержавеющей стали.

Осуществление изобретения

Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды в соответствии с первым предпочтительным осуществлением настоящего изобретения включает стадии:

i) получения расплавленного ферроникеля:

Латеритную никелевую руду сушат в сушильной печи при температуре сушки 600-700°C для удаления свободной воды, содержащейся в латеритной никелевой руде в количестве от 30-35% до 10-20%. Латеритную никелевую руду затем измельчают, просеивают и смешивают с последующим обжигом во вращающейся обжиговой печи при температуре обжига 800-950°C для удаления остаточной свободной и кристаллизационной воды из латеритной никелевой руды. Когда латеритную никелевую руду обжигают во вращающейся обжиговой печи, восстановитель, такой как антрацитовый уголь, подается во вращающуюся обжиговую печь для получения предварительно восстановленного продукта обжига. Продукт обжига плавят в электрической печи для получения расплавленного ферроникеля. Температуру выпуска шлака регулируют в диапазоне 1550-1650°C и температуру выпуска расплавленного ферроникеля регулируют в диапазоне 1400-1500°C так, чтобы получить более хороший эффект разделения шлака и расплавленного ферроникеля. Расплавленный ферроникель включает: 8-15% масс. Ni, менее 4% масс. C, менее 2% масс. Si и менее 0,06% масс. P.

ii) получения расплавленного феррохрома:

Хромитовую руду (содержание Cr₂O₃: менее 62% масс.) смешивают с порошком кокса и прессуют в шарики для формирования хромитовых гранул с последующей сушкой хромитовых гранул для удаления воды. Высушенные хромитовые гранулы затем спекают в устройстве для спекания при температуре 1350-1450°C для получения спеченной хромитовой руды с размером частиц менее 30 мм. Спеченную хромитовую руду вместе с частицами кокса затем плавят в другой электрической печи для получения расплавленного феррохрома. Температуру выпуска шлака регулируют в диапазоне 1600-1700°C. Расплавленный феррохром включает: менее 60% масс. Cr, менее 9% масс. C, менее 5% масс. Si и менее 0,03% масс. P.

iii) получения расплавленной нержавеющей стали:

Расплавленный ферроникель и расплавленный феррохром подают в конвертер способом горячей загрузки для получения расплавленной нержавеющей стали.

iv) получения сляба нержавеющей стали:

Расплавленную нержавеющую сталь загружают в машину непрерывного литья для получения сляба из нержавеющей стали.

Вышеуказанные стадии iii) и iv) могут быть проведены способом известного уровня техники и поэтому подробно не описаны.

Расплавленный ферроникель и расплавленный феррохром могут быть добавлены в конвертер в отношении, в соответствии с определенной изготавливаемой нержавеющей сталью. Например, нержавеющие стали серий 202 включают 4-6% масс. Ni и 17-19% масс. Cr, и нержавеющие стали серий 304 включают 8-10,5% масс. Ni и 17,5-19,5% масс. Cr. Когда расплавленный ферроникель, полученный на стадии i) содержит 8% масс. Ni, и расплавленный феррохром, полученный на стадии ii) содержит 50% масс. Cr, нержавеющая сталь серии 202 может быть изготовлена смешиванием 65% масс. расплавленного ферроникеля с 35% масс. расплавленного феррохрома. Когда расплавленный ферроникель, полученный на стадии i), содержит 15% масс. Ni, и расплавленный феррохром, полученный на стадии ii) содержит 40% масс. Cr, нержавеющая сталь серии 304 может быть изготовлена смешиванием 55% масс. расплавленного ферроникеля с 45% масс. расплавленного феррохрома.

В указанном предпочтительном осуществлении расплавленный ферроникель и расплавленный феррохром получают соответственно из латеритной никелевой руды и хромитовой руды, нержавеющая сталь различных серий может быть изготовлена смешиванием расплавленного ферроникеля с расплавленным феррохромом в заданном отношении расплавленного ферроникеля к расплавленному феррохрому, что легко регулировать и контролировать в соответствии с конкретной изготавливаемой нержавеющей сталью. Таким образом, потребление топлива и электроэнергии может быть снижено за счет уменьшения числа повторных плавлений и стоимость производства может эффективно регулироваться так, чтобы поднять прибыль для производителя.

Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали, из латеритной никелевой руды и хромитовой руды в соответствии со вторым предпочтительным осуществлением настоящего изобретения включает стадии:

i) получения чистого никеля и чистого кобальта:

Латеритную никелевую руду измельчают и превращают в пульпу с водой для формирования материала пульпы с последующим перемешиванием материала пульпы с раствором серной кислоты при высоком давлении для образования смеси. Отношение твердое вещество-жидкость латеритной никелевой руды к раствору серной кислоты составляет около 1:4 в смеси. Материал пульпы перемешивают с раствором серной кислоты при давлении в диапазоне 4-5 МПа и при температуре 250-300°C. Выщелачивающий раствор, содержащий никель и кобальт, затем отфильтровывают от смеси. Выщелачивающий раствор разделяют экстракцией растворителем на раствор экстракта, содержащего никель, и раствор реэкстракта, содержащего кобальт. Раствор экстракта и раствор реэкстракта подвергают электролизу для получения чистого никеля и чистого кобальта, соответственно. Степень чистоты чистого никеля составляет более 99% масс. и степень извлечения чистого никеля и кобальта превышает 90% в предпочтительном осуществлении.

ii) получения расплавленного феррохрома:

Эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии ii) в первом предпочтительном осуществлении.

iii) получения расплавленной нержавеющей стали:

Чистый никель подают в конвертер ленточным конвейером и расплавленный феррохром горячей загрузкой подают в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали.

iv) получения сляба нержавеющей стали:

Эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии iv) в первом предпочтительном осуществлении.

Когда чистый никель, полученный на стадии i), имеет чистоту 99% масс., и расплавленный феррохром, полученный на стадии ii), содержит 24% масс. Cr, вышеуказанная нержавеющая сталь серии 202 может быть изготовлена смешиванием 5% масс. чистого никеля, 75% масс. расплавленного феррохрома и 20% масс. лома углеродистой стали. Вышеуказанная нержавеющая сталь серии 304 может быть изготовлена смешиванием 9% масс. чистого никеля, 76% масс. расплавленного феррохрома и 15% масс. лома углеродистой стали.

В дополнение к вышеуказанному эффекту, достигаемому в первом предпочтительном осуществлении изобретения, в котором может быть изготовлена нержавеющая сталь различных серий смешиванием чистого никеля, расплавленного феррохрома и лома углеродистой стали в определенном отношении, ценный чистый кобальт может быть получен на вышеуказанной стадии i) наряду с чистым никелем так, чтобы получить дополнительный экономический эффект.

Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды в соответствии с третьим предпочтительным осуществлением настоящего изобретения включает стадии:

A) определения содержания никеля в латеритной никелевой руде:

если содержание никеля в латеритной никелевой руде определяется равным не менее 1,5% масс. относительно общей массы латеритной никелевой руды, выполняются следующие стадии.

B) получения расплавленного ферроникеля:

эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии i) в первом предпочтительном осуществлении.

C) получения расплавленного феррохрома:

эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии ii) в первом предпочтительном осуществлении.

D) получения расплавленной нержавеющей стали:

эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии in) в первом предпочтительном осуществлении.

E) получения сляба нержавеющей стали:

эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии iv) в первом предпочтительном осуществлении.

Как описано выше, расплавленный ферроникель и расплавленный феррохром могут быть добавлены в конвертер в отношении, определяемом в соответствии с конкретной изготавливаемой нержавеющей сталью.

С другой стороны, когда содержание никеля в латеритной никелевой руде определяется равным менее 1,5% масс. относительно общей массы латеритной никелевой руды, выполняются следующие стадии.

B') получения чистого никеля и чистого кобальта:

Эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии i) в соответствии со вторым предпочтительным осуществлением.

C') получения расплавленного феррохрома:

Эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии ii) в первом предпочтительном осуществлении.

D') получения расплавленной нержавеющей стали:

Эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии iii) во втором предпочтительном осуществлении.

E') получения сляба нержавеющей стали:

Эта стадия может быть проведена идентично вышеуказанной стадии iv), во втором предпочтительном осуществлении.

Как описано выше, нержавеющая сталь различных серий может быть изготовлена смешиванием чистого никеля с расплавленным феррохромом вместе с ломом углеродистой стали в определенном отношении, что легко можно регулировать и контролировать в соответствии с конкретной изготавливаемой нержавеющей сталью. Кроме того, другие благородные металлы, такие как чистый кобальт, могут быть получены вместе с чистым никелем на электролитической стадии. Таким образом, экономическая ценность способа изготовления аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению может быть дополнительно повышена.

Альтернативно в третьем предпочтительном осуществлении оба, расплавленный ферроникель и чистый никель, могут быть поданы в конвертер, и расплавленный феррохром горячей загрузкой подают в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали.

В способе изготовления аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению латеритная никелевая руда может быть эффективно переработана для получения расплавленного ферроникеля или чистого никеля. Таким образом, способ изготовления аустенитной нержавеющей стали согласно настоящему изобретению является относительно гибким и экономически эффективным по сравнению с известным уровнем техники.

Хотя настоящее изобретение было описано с использованием осуществлений, рассматриваемых как наиболее практичные и предпочтительные, следует понимать, что данное изобретение не ограничено раскрытыми осуществлениями, но предназначено для охвата различных вариантов, включенных в объем изобретения и их самой широкой интерпретации так, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные варианты.

Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды включает определение содержания никеля в латеритной никелевой руде. Затем ведут переработку латеритной никелевой руды в никельсодержащий предшественник на основе определения содержания никеля и получение расплавленного феррохрома из хромитовой руды. Далее осуществляют подачу никельсодержащего предшественника и горячую загрузку расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали. Затем загружают полученную расплавленную нержавеющую аустенитную сталь в машину непрерывного литья для получения сляба стали. Техническим результатом является повышение экономичности процесса изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды. 3 н. и 15 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды, который включает стадии:
a) дробления, просеивания и смешивания латеритной никелевой руды с последующим обжигом латеритной никелевой руды во вращающейся обжиговой печи для удаления свободной и кристаллизационной воды наряду с загрузкой восстановителя во вращающуюся обжиговую печь для получения продукта обжига и плавки продукта обжига в электрической печи для получения расплавленного ферроникеля;
b) спекания хромитовой руды в устройстве для спекания для получения спеченной хромитовой руды с последующей плавкой спеченной хромитовой руды вместе с частицами кокса в другой электрической печи для получения расплавленного феррохрома;
c) горячей загрузки расплавленного ферроникеля и расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали; и
d) подачи расплавленной нержавеющей стали в машину непрерывного литья для получения сляба нержавеющей стали.

2. Способ по п.1, в котором на стадии (a), температура обжига во вращающейся обжиговой печи составляет 800-950°C и температура выпуска расплавленного ферроникеля составляет 1400-1500°C.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию прессования хромитовой руды с порошком кокса в шарики для формирования хромитовых гранул и сушки хромитовых гранул для удаления воды перед стадией b).

4. Способ по п.1, в котором размер частиц спеченной хромитовой руды составляет менее 30 мм.

5. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию сушки латеритной никелевой руды в сушильной печи для удаления части свободной воды перед стадией a).

6. Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды, который включает стадии:
a) измельчения латеритной никелевой руды и перевод латеритной никелевой руды в пульпу с водой для образования материала пульпы с последующим перемешиванием материала пульпы с раствором серной кислоты при высоком давлении для образования смеси, фильтрации выщелачивающего раствора, содержащего никель и кобальт из смеси, разделения выщелачивающего раствора экстракцией растворителем в экстрагент, содержащий никель, и реэкстрагент, содержащий кобальт, и электролиза экстрагента и реэкстрагента для получения чистого никеля и чистого кобальта соответственно;
b) спекания хромитовой руды в устройстве для спекания для получения спеченной хромитовой руды с последующей плавкой спеченной хромитовой руды в электрической печи для получения расплавленного феррохрома;
c) подачи чистого никеля в конвертер и горячей загрузки расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали; и
d) подачи расплавленной нержавеющей стали в машину непрерывного литья для получения сляба нержавеющей стали.

7. Способ по п.6, в котором на стадии (a) отношение твердое вещество:жидкость, представленных в виде латеритной никелевой руды и раствора серной кислоты, составляет около 1:4 и пульпу перемешивают с раствором серной кислоты при давлении в диапазоне 4-5 МПа и при температуре 250-300°C.

8. Способ по п.6, дополнительно включающий стадии прессования хромитовой руды с порошком кокса в шарики для формирования хромитовых гранул и сушки хромитовых гранул для удаления воды перед стадией b).

9. Способ по п.6, в котором на стадии (b) размер частиц спеченной хромитовой руды составляет менее 30 мм.

10. Способ изготовления аустенитной нержавеющей стали из латеритной никелевой руды и хромитовой руды, который включает стадии:
a) определения содержания никеля в латеритной никелевой руде для определения, является ли содержание никеля в латеритной никелевой руде равным менее 1,5 мас.% относительно общей массы латеритной никелевой руды;
b) переработки латеритной никелевой руды в никельсодержащий предшественник на основе определения на стадии а);
c) спекания хромитовой руды в устройстве для спекания для получения спеченной хромитовой руды, с последующей плавкой спеченной хромитовой руды вместе с частицами кокса в электрической печи для получения расплавленного феррохрома;
d) подачи никельсодержащего предшественника в конвертер и горячей загрузки расплавленного феррохрома в конвертер для получения расплавленной нержавеющей стали; и
e) загрузки расплавленной нержавеющей стали в машину непрерывного литья для получения сляба нержавеющей стали.

11. Способ по п.10, в котором при содержании никеля в латеритной никелевой руде не менее 1,5 мас.% никельсодержащий предшественник представляют как расплавленный ферроникель и стадию b) проводят дроблением, просеиванием и смешиванием латеритной никелевой руды с последующим обжигом латеритной никелевой руды во вращающейся обжиговой печи для удаления свободной и кристаллизационной воды наряду с загрузкой восстановителя во вращающуюся обжиговую печь для получения продукта обжига и плавки продукта обжига в другой электрической печи для получения расплавленного ферроникеля.

12. Способ по п.11, в котором на стадии b) температура обжига ротационной обжиговой печи составляет 800-950°C и температура выпуска расплавленного ферроникеля составляет 1400-1500°C.

13. Способ по п.11, дополнительно включающий стадию сушки латеритной никелевой руды в сушильной печи для удаления части свободной воды перед стадией b).

14. Способ по п.10, в котором при содержании никеля в латеритной никелевой руде менее 1,5 мас.%, никельсодержащий предшественник представляют как чистый никель и стадию b) осуществляют измельчением латеритной никелевой руды и переводом в пульпу латеритной никелевой руды с водой для образования материала пульпы с последующим перемешиванием пульпы с раствором серной кислоты при высоком давлении для образования смеси, фильтрацией выщелачивающего раствора, содержащего никель и кобальт, из смеси разделением выщелачивающего раствора экстракцией растворителем на экстрагент, содержащий никель, и реэкстрагент, содержащий кобальт, и электролизом экстрагента и реэкстрагента для получения чистого никеля и чистого кобальта соответственно.

15. Способ по п.14, в котором на стадии b) отношение твердое вещество-жидкость, представленных в виде латеритная никелевая руда и раствор серной кислоты, составляет около 1:4 и материал пульпы перемешивают с раствором серной кислоты при давлении в диапазоне 4-5 МПа и температуре 250-300°C.

16. Способ по п.10, в котором при содержании никеля в латеритной никелевой руде не менее 1,5 мас.%, никельсодержащий предшественник представляют расплавом ферроникеля и стадию b) осуществляют дроблением, просеиванием и смешиванием латеритной никелевой руды с последующим обжигом латеритной никелевой руды во вращающейся обжиговой печи для удаления свободной и кристаллизационной воды наряду с загрузкой восстановителя во вращающуюся печь для получения продукта обжига и плавки продукта обжига в другой электрической печи для получения расплавленного ферроникеля, а при содержании никеля в латеритной никелевой руде, определенном менее 1,5 мас.%, никельсодержащий предшественник представляют чистым никелем и стадию b) осуществляют измельчением латеритной никелевой руды и переводом в пульпу латеритной никелевой руды с водой для образования материала пульпы с последующим перемешиванием материала пульпы с раствором серной кислоты при высоком давлении для образования смеси, фильтрацией выщелачивающего раствора, содержащего никель и кобальт, из смеси разделением выщелачивающего раствора экстракцией растворителем на экстрагент, содержащий никель, и реэкстрагент, содержащий кобальт, и электролизом экстрагента и реэкстрагента для получения чистого никеля и чистого кобальта соответственно; и
на стадии (d) никельсодержащий предшественник, подаваемый в конвертер, содержит расплавленный ферроникель и чистый никель.

17. Способ по п.10, дополнительно включающий стадии прессования хромитовой руды с порошком кокса в шарики для формирования хромитовых гранул и сушки хромитовых гранул для удаления воды перед стадией c).

18. Способ по п.10, в котором на стадии c) размер частиц спеченной хромитовой руды составляет менее 30 мм.