СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТЕПЕНИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИ ВЫПЛАВКЕ ФЕРРОСПЛАВА Российский патент 2016 года по МПК C22C33/04 C22C38/40 

Изобретение относится к способу повышения степени восстановления металлических компонентов в материале, предназначенном для обработки при выплавке ферросплава, такого как феррохром, подходящего для изготовления нержавеющей стали. Согласно способу, в ферросплав подают никельсодержащий материал.

Из WO 2010/092234 известен способ, в котором в процессе изготовления феррохрома агломерируют никелевую руду, и/или никелевый концентрат, или промежуточный продукт, осаждаемый из растворов никелевой руды и/или никелевого концентрата, так что вначале его получают из никельсодержащего материала совместно с гранулами железосодержащего хромитового концентрата и связующего агента, и сушку и обжиг никельсодержащего материала выполняют преимущественно в рамках одностадийной термообработки гранул - спекания. При термообработке гранул материал упрочняется, так что термообработанные предметы пригодны для транспортировки, если она требуется, по существу в целом состоянии, между отдельными технологическими стадиями. При необходимости, гранулы можно предварительно нагревать перед спеканием. Термообработанные предметы можно при необходимости транспортировать по существу в целом состоянии между отдельными технологическими стадиями. Термообработанные гранулы можно при необходимости измельчать при транспортировке гранул между отдельными технологическими стадиями или технологическими блоками. Спеченные и таким образом упрочненные гранулы используют в качестве материала в процессе выплавки, выполняемом в восстановительных условиях, и в этом случае в качестве продукта выплавки получают никельсодержащий ферросплав - феррохромникель.

Таким образом, вышеописанный способ, известный из WO 2010/092234, относится главным образом к получению никельсодержащих гранул путем спекания. В то же время условия выплавки спеченных гранул точно не описаны. Однако при описании эффективности использования энергии отмечено, что никель, содержащийся в гранулах, катализирует восстановление хрома в гранулах и таким образом снижает удельный расход восстановительного агента, преимущественно углерода, при производстве ферросплава.

Теперь неожиданно обнаружено, что никель, содержащийся в гранулах, не только катализирует восстановление хрома в хромитовых гранулах, но никель, содержащийся в материале, подаваемом в печь, используемую для плавки хромита, улучшает в процессе выплавки восстановление всех существенных металлических компонентов, таких как железо, хром и никель, содержащихся в материале, подаваемой в плавильную печь. Целью настоящего изобретения является использование этого неожиданного открытия и обеспечение более эффективного, по сравнению с известными ранее, способа повышения степени восстановления в процессе выплавки хромитового материала, в котором восстановление металлических компонентов в хромите при выплавке увеличивают путем добавления в материал, предназначенный для выплавки, никельсодержащего материала, и одновременно обеспечение предварительного сплава, феррохромникеля, подходящего для получения нержавеющей стали. Существенные признаки изобретения приведены в приложенной формуле изобретения.

Согласно изобретению, никельсодержащий материал добавляют в сырьевой материал, такой как хромит, предназначенный для выплавки при производстве ферросплава, перед его плавкой, и в этом случае никельсодержащий материал улучшает восстановление металлических компонентов, содержащихся в подаваемом материале, одновременно с восстановлением никельсодержащего материала как такового в качестве металлического компонента в ферросплаве. Согласно изобретению, посредством добавляемого в ферросплав количества никеля можно преимущественно регулировать степень восстановления металлических компонентов в ферросплаве и одновременно обеспечивать ферросплав, содержащий требуемое содержание никеля, например, феррохромникелевые сплавы, имеющие различное содержание никеля. Феррохромникелевые сплавы, имеющие требуемое содержание никеля, можно использовать, например, для получения различных нержавеющих сталей, таких как аустенитные или дуплексные нержавеющие стали.

В способе согласно изобретению в качестве никельсодержащего сырьевого материала можно использовать, по меньшей мере частично, оксид никеля, по меньшей мере частично, никелевую руду и/или никелевый концентрат или, по меньшей мере частично, никельсодержащий промежуточный продукт, получаемый выщелачиванием и/или осаждением никелевых руд и/или никелевых концентратов. Никельсодержащий сырьевой материал подают в процесс выплавки вместе с феррохромовым сырьевым материалом. Перед подачей в плавильную печь никельсодержащий сырьевой материал предварительно обрабатывают либо так, что из никельсодержащего сырьевого материала вместе с феррохромовым сырьевым материалом образуются спеченные гранулы, либо так, что никельсодержащий сырьевой материал предварительно обрабатывают отдельно от хромитовых гранул. Также возможно осуществлять предварительную обработку никельсодержащего сырьевого материала так, что одну часть никельсодержащего сырьевого материала, подаваемого в плавильную печь, предварительно обрабатывают вместе с хромитовыми гранулами, а одну часть никельсодержащего сырьевого материала предварительно обрабатывают отдельно от хромитовых гранул. Благодаря различным видам предварительной обработки никельсодержащий сырьевой материал, подаваемый в плавильную печь и содействующий восстановлению различных металлических компонентов, может представлять собой, например, частично никельсодержащий гидроксидный промежуточный продукт, частично сульфидный или латеритный никелевый концентрат.

Никельсодержащий сырьевой материал, используемый в способе по изобретению, преимущественно представляет собой никельсодержащий гидроксидный промежуточный продукт из горнообрабатывающих или других гидрометаллургических процессов, который осаждают из растворов латеритных и/или сульфидных никелевых руд и/или никельсодержащих концентратов сульфидных руд. Этот вид никельсодержащего гидроксидного промежуточного продукта может представлять собой, например, никельсодержащий промежуточный продукт выщелачивания под давлением, атмосферного выщелачивания или кучного выщелачивания латеритных или сульфидных никелевых руд или никелевых концентратов, так же как и никельсодержащий продукт, осажденный из растворов экстракции растворителем, реэкстрагирующих растворов или растворов очистки, получаемых из процессов экстракции растворителем или ионообменных процессов обработки никельсодержащих материалов. В способе по изобретению в качестве сырьевого материала можно также использовать материалы на основе карбоната или сульфата никеля. Кроме того, для использования в способе в качестве никельсодержащего сырьевого материала пригодны сульфидный никелевый концентрат как таковой и осажденный гидрометаллургическим способом никельсульфидный промежуточный продукт.

Согласно изобретению, количество никельсодержащего сырьевого материала, подаваемого в плавильную печь, устанавливают в интервале от 5 до 25 масс.%, предпочтительно от 10 до 20 масс.%, исходя из общей массы предварительного обработанного материала, подаваемого в плавильную печь. При установлении количества никельсодержащего сырьевого материала, подаваемого в плавильную печь, в каждом случае принимают во внимание достижение условий восстановления, благоприятных в отношении экономии энергии, и/или получение предварительного сплава - феррохромникеля, подходящего для получения предпочтительной нержавеющей стали. При использовании небольшого количества добавляемого никельсодержащего сырьевого материала степень восстановления остается низкой, и в этом случае образуется ферросплав - феррохромникель с низким содержанием никеля. Это вид ферросплава с низким содержанием никеля является особенно предпочтительным предварительным сплавом для производства дуплексных марок нержавеющей стали. При увеличении количества добавляемого никельсодержащего сырьевого материала степень восстановления возрастает, и также возрастает содержание никеля в продукте выплавки. Это вид феррохромникеля с более высоким содержанием никеля является предпочтительным для использования в производстве аустенитных марок нержавеющей стали, имеющих высокое содержание никеля.

Согласно способу по изобретению, при предварительной обработке никельсодержащего сырьевого материала, подаваемого в плавильную печь, преимущественно принимают во внимание состав и микроструктуру никелевого сырьевого материала. Если никельсодержащий сырьевой материал представляет собой, например, никельсодержащий промежуточный продукт из горнообрабатывающих или других гидрометаллургических процессов, осажденный из содержащих никель растворов, который в качестве предварительной обработки требует выполнения, помимо прочего, обжига при более высокой температуре, предварительную обработку никельсодержащего сырьевого материала осуществляют совместно с получением хромитовых гранул и спеканием гранул. В отличие от этого, если никельсодержащий сырьевой материал, используемый в способе согласно изобретению, представляет собой такой материал, как, например, оксид никеля, никелевая руда и/или никелевый концентрат, который, помимо возможной сушки, не требует какой-либо другой существенной предварительной обработки при более высокой температуре, тогда никельсодержащий сырьевой материал возможно подавать в плавильную печь совместно с подачей хромитовых гранул. Микроструктура и состав никельсодержащего сырьевого материала могут также быть такими, что предпочтительно предварительно обрабатывать сырьевой материал отдельно от гранулирования хромита и подавать никельсодержащий сырьевой материал на спекание хромитовых гранул перед подачей в плавильную печь.

В способе согласно изобретению предпочтительно используют плавильную печь, которая снабжена оборудованием для предварительного нагревания, так что подаваемый материал, поступающий в плавильную печь, проходит в плавильную печь через оборудование для предварительного нагревания. Согласно изобретению, предварительно обработанный никельсодержащий сырьевой материал также проходит в оборудование для предварительного нагревания, не позднее которого никельсодержащий сырьевой материал вступает в контакт с другим материалом, подаваемым в плавильную печь. В плавильной печи никельсодержащий сырьевой материал совместно с хромитовыми гранулами выплавляют с получением феррохромникеля, имеющего требуемый состав, который можно преимущественно использовать, в соответствии с его составом, например, для производства аустенитных или дуплексных нержавеющих сталей.

Когда, согласно изобретению, плавку никельсодержащего сырьевого материала преимущественно осуществляют в закрытой печи с погруженной дугой, газообразный монооксид углерода, образующийся при восстановлении и плавке, можно использовать, с одной стороны, например, при спекании хромитовых гранул и в других возможных видах предварительной обработки и предварительного нагревания, а с другой стороны, например, на различных стадиях технологической цепочки производства нержавеющей стали, получаемой из продукта выплавки - феррохромникеля.

Способ согласно изобретению описан более подробно посредством приведенного ниже примера.

ПРИМЕР

Из хромитового концентрата, содержащего железо и хром, и промежуточного продукта, содержащего никель, получали смесь, в которую в качестве связующего добавляли 1,2% масс. бентонита и 3% масс. шлакообразующего материала - плавня, либо известняка, либо волластонита. В таблице 1 в масс.% представлено содержание хрома, железа, никеля, углерода и серы в смесях, в которые добавляли 10% масс. (испытание 1) и 20% масс. (испытание 2) гидроксида никеля. Кроме того, в таблице 1 в качестве сравнительного материала (СРАВ.) показана смесь, в которую не был добавлен гидроксид никеля.

Таблица 1   Cr, масс.% Fe, масс.% Mi, масс.% C, масс.% S масс.% СРАВ. 28,3 18,3 0,3 0,12 0,06 Испытание 1 26,5 16,8 5,3 0,10 0,03 Испытание 2 24,4 15,1 10,1 0,10 0,03

Смеси, содержащие связующее и представляющие собой материалы таблицы 1, гранулировали и спекали. Часть спеченных гранул репрезентативно подавали в плавильную печь со шлакообразователем и восстановительным агентом.

Материалы, представленные в таблице 1, подвергали плавке, и в таблице 2 представлено содержание хрома, железа, никеля, углерода и кремния в рассматриваемых продуктах плавки и дополнительно представлена степень извлечения металлических компонентов - хрома, железа и никеля в продуктах плавки. Содержание углерода получено в соответствии с составом и равновесным состоянием металлического сплава. Партия подаваемого материала содержала углерод в таком количестве, что углерода было примерно достаточно также для восстановления кремния в продукте плавки. Исходный сплав содержал оксид кремния в исходном материале и в бестарных расходных материалах.

Таблица 2   Содержание, масс.% Степень извлечения   Cr% Fe% Ni% C% Si% Cr% Fe% Ni% СРАВ. 53,5 33,4 0,36 8,1 2,4 88,9 90,3 - Испытание 1 49,8 30,1 7,1 6,7 2,8 86,6 88,7 86,0 Испытание 2 46,2 26,9 13,3 6,1 4,2 91,5 90,1 88,6

Для одной части спеченных гранул были проведены в лабораторном масштабе термогравиметрические измерения с целью отследить степень восстановления металлических компонентов - хрома, железа и никеля в гранулах в условиях, воспроизводящих процесс плавки в различных температурных зонах при максимальной температуре 1550°С. В таблице 3 представлены результаты термогравиметрических измерений степени восстановления хрома (Cr_мет/Cr_общ), железа (Fe_мет/Fe_общ) и никеля (Ni_мет/Ni_общ) при температуре 1400°С и 1550°С.

Таблица 3   (Cr_мет/Cr_общ), % (Fe_мет/Fe_общ), % (Ni_мет/Ni_общ), % СРАВ. (1400°С) 1,1 16,8 - СРАВ. (1550°С) 6,1 47,2 - Испытание 1 (1400°С) 2,6 37.4 67,3 Испытание 1 (1550°С) 15,4 70,6 78,9 Испытание 2 (1400°С) 5,2 56,7 79,1 Испытание 2 (1550°С) 57,4 94,3 99,1

Добавление никельсодержащего сырьевого материала в гранулы приводит к существенному повышению степени восстановления хрома и железа при температуре 1550°С; для хрома эта величина составляет более 15%, а для железа более 70%; в то же время, степень восстановления никеля возрастает до величины, близкой к 100%, при содержании никеля, используемом в испытании 2. Повышение степени восстановления всех металлических компонентов - хрома, железа и никеля в спеченных гранулах посредством добавления никельсодержащего сырьевого материала одновременно снижает потребность в коксе, используемом в качестве восстановительного агента при достижении восстановительных условий процесса плавки.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке ферросплава, используемого для изготовления нержавеющей стали. Хромитовый концентрат подают совместно с никельсодержащим сырьевым материалом, так что посредством подаваемого количества никельсодержащего сырьевого материала достигают требуемой степени восстановления металлических компонентов ферросплава, при этом по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала подают в плавильную печь в составе гранул, получаемых из хромитового концентрата, и по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала предварительно обрабатывают отдельно от гранул хромитового концентрата перед подачей в плавильную печь. Изобретение позволяет повысить степень восстановления металлических компонентов, таких как хром, железо и никель, в хромитовом концентрате. 13 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.

1. Способ выплавки ферросплава, используемого для изготовления нержавеющей стали, отличающийся тем, что хромитовый концентрат подают совместно с никельсодержащим сырьевым материалом, так что посредством подаваемого количества никельсодержащего сырьевого материала достигают требуемой степени восстановления металлических компонентов ферросплава, при этом по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала подают в плавильную печь в составе гранул, получаемых из хромитового концентрата, и по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала предварительно обрабатывают отдельно от гранул хромитового концентрата перед подачей в плавильную печь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что никельсодержащий сырьевой материал подают в количестве 5-25 мас. %, предпочтительно 10-20 мас. % от общего количества материала, подаваемого в плавильную печь.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что во время плавки восстанавливают по меньшей мере 2,6% хрома, содержащегося в хромитовом концентрате.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время плавки восстанавливают по меньшей мере 37,4% железа, содержащегося в хромитовом концентрате.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в плавильную печь подают в качестве никельсодержащего сырьевого материала, по меньшей мере частично, оксид никеля.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в плавильную печь подают в качестве никельсодержащего сырьевого материала, по меньшей мере частично, никелевую руду и/или никелевый концентрат.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в плавильную печь подают в качестве никельсодержащего сырьевого материала, по меньшей мере частично, никельсодержащий промежуточный продукт, получаемый выщелачиванием и/или осаждением никелевых руд и/или никелевых концентратов.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в плавильную печь подают, по меньшей мере частично, никельсодержащий промежуточный продукт, получаемый выщелачиванием под давлением латеритных или сульфидных никелевых руд или никелевых концентратов.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в плавильную печь подают, по меньшей мере частично, никельсодержащий промежуточный продукт, получаемый атмосферным выщелачиванием латеритных или сульфидных никелевых руд или никелевых концентратов.

10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в плавильную печь подают, по меньшей мере частично, никельсодержащий промежуточный продукт, получаемый кучным выщелачиванием латеритных или сульфидных никелевых руд или никелевых концентратов.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в плавильную печь подают, по меньшей мере частично, никельсодержащий осажденный продукт из никельсодержащих растворов, получаемых при экстракции растворителем.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в плавильную печь подают, по меньшей мере частично, никельсодержащий осажденный продукт из никельсодержащих растворов, получаемых при реэкстракции.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в плавильную печь подают, по меньшей мере частично, никельсодержащий осажденный продукт из никельсодержащих растворов, получаемых при очистке.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в плавильную печь подают в качестве никельсодержащего сырьевого материала частично никелевый концентрат, частично никельсодержащий промежуточный продукт, получаемый выщелачиванием и/или осаждением никелевых руд и/или никелевых концентратов.