[发明专利]一种奥氏体不锈钢的紧凑型生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程技术以及环保节能技术领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢的紧凑型生产方法。

背景技术

我国钢铁产量已居世界首位，不锈钢的需求量和产能也大幅提高。奥氏体不锈钢1913年在德国问世，在不锈钢中一直扮演着最重要的角色，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%，铬镍系不锈钢占世界不锈钢产量的三分之二。奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含铬在16%以上、含镍达到8%以上、含碳约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高铬镍系列钢。铬和镍是生产不锈钢的基本添加元素。其余元素，例如锰可以增加奥氏体在冷却时的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温；Cu的加入可以提高奥氏体不锈钢在盐酸、硫酸、磷酸、尿素中的耐蚀性。

镍具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，因而，其用途广泛。目前在镍的消费中，钢铁和有色金属冶炼业约占总消费量的65%~70%，尤其是在不锈钢和耐热钢中的应用比重最大。镍的主要来源分别为硫化镍矿与红土镍矿，随着镍市场需要的不断增长以及硫化镍资源的逐渐枯竭，对红土镍矿的开发与利用将具有广阔的前景。红土镍矿处理工艺较多，按照冶炼工艺的特点分为火法工艺和湿法工艺。火法工艺主要适用于处理含Ni品位较高的红土镍矿，即Ni的品位在1.5%~3%之间。由于红土镍矿中的Ni品位低而且主要赋存于其他矿物中，适宜采用火法工艺进行冶炼。由于中国拥有大量高炉，结合近些年中国政府要求强制关闭小高炉在黑色冶金中的使用，这些小高炉的拥有者可以直接将小高炉应用于红土矿的冶炼，零设备投资，经济效益较高，并且中国焦炭存储量大，在燃料方面有优势。

铬在自然界中总是与铁共生形成铬铁尖晶石（FeO.Cr₂O₃），其矿物学名称是铬铁矿。由于铬铁矿的水润湿性差，单独的铬铁矿粉矿难于制粒成球，对烧结效果产生负面影响，而且铬尖晶石熔点较高，铬铁矿在较高的温度时才会产生液相。目前，铬铁矿粉矿烧结通常通过添加绿泥石、石英石、蛇纹石、镁砂等熔剂并相应提高配碳量来增加液相量，提升烧结、冶炼效果；但是这种方式碳消耗量较大，能耗较高，而且添加的熔剂导致后续不锈钢冶炼工序的炉渣种类和排放量增加，这就使得不锈钢生产企业面临巨大的节能减排压力；同时，虽然铬铁矿的粉矿价格相对较低，但铬铁矿粉矿烧结所额外增加的熔剂和配碳量成本，使得铬铁矿粉矿原料成本的优势难以在不锈钢生产整体成本中得到明显的体现，难以达到有效提升市场竞争力的目的。

我国锰矿绝大多数属于贫矿，必须进行选矿处理。但由于多数锰矿石属细粒或微细粒嵌布，并有相当数量的高磷矿、高铁矿和共（伴）生有益金属，因此给选矿加工带来很大难度。锰铁生产通常采用高炉冶炼工艺，锰矿石在由炉顶下降的过程中，高价的氧化锰（MnO₂，Mn₂O₃，Mn₃O₄）随温度升高，被CO逐步还原到MnO。但MnO只能在高温下通过碳直接还原成金属，所以冶炼锰铁需要较高的炉缸温度，为此炼锰铁的高炉采用较高的焦比（1600公斤/吨左右）和风温（1000℃以上）。为降低锰损耗，炉渣应保持较高的碱度（CaO/SiO₂大于1.3）。由于焦比高和间接还原率低，炼锰铁高炉的煤气产率和含CO量比炼铁高炉更高，炉顶温度也较高（350℃以上）。

奥氏体不锈钢的生产则需要依赖于红土镍矿、铬铁矿、锰矿等资源资源。传统的奥氏体不锈钢冶炼生产工艺，主要是利用红土镍矿、铬铁矿、锰矿各自通过高炉冶炼，分别得到镍铁合金、铬铁合金、锰铁合金，再将镍铁合金、铬铁合金、锰铁合金与其它添加矿料混合炼钢。但随着市场需要的不断增长，高品位红土镍矿、铬铁矿、锰矿资源逐渐枯竭，往往需要从低品位矿中通过选矿得到高品位矿，用于生产镍铁合金、铬铁合金、锰铁合金。然而通过选矿得到高品位矿通常粒度较小，而高炉冶炼工艺须要利用块矿生产，这就必须要把选矿得到矿料烧结成块，以用于高炉生产。这就导致镍铁、铬铁、锰铁合金生产线中又分别添加各自的烧结线，用以分别烧结红土镍矿、铬铁矿、锰矿的块矿，再分别利用各自的高炉工艺线冶炼得到镍铁合金、铬铁合金、锰铁合金的合金块，运往炼钢生产线，按比例混合进行冶炼及精炼生产奥氏体不锈钢。这样传统工艺主要存在几方面的缺陷：