紅土鎳礦生產(chǎn)高性能耐蝕鋼應(yīng)用
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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鎳作為生產(chǎn)無錫不銹鋼等特種合金鋼的重要元素，主要提煉的原料一直是硫化鎳礦。隨著硫化鎳礦產(chǎn)資源的逐漸枯竭，開發(fā)利用豐富的紅土鎳礦（占陸基鎳資源的72%）資源具有廣闊的發(fā)展前景。
圍繞充分利用低品位紅土鎳礦的要求和市場對高質(zhì)量熱軋鋼筋的需求，廣西盛隆冶金有限公司（以下簡稱盛隆冶金）充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，利用印尼的褐鐵礦型紅土礦資源冶煉高爐鐵水，根據(jù)紅土礦配礦比例不同，開發(fā)了各種新型高強(qiáng)度抗震耐候建筑用鋼，實(shí)現(xiàn)了對難處理低品位鎳鉻紅土礦的綜合利用。
紅土鎳礦預(yù)處理重在脫水
從東南亞進(jìn)口的紅土鎳礦的水分基本在30%~35%的范圍內(nèi)波動(dòng)，為確保鎳合金冶煉爐況穩(wěn)定，鎳礦在入爐前必須進(jìn)行脫水。對此，該公司經(jīng)過科技攻關(guān)，開發(fā)了針對解決紅土鎳礦預(yù)處理難題的專利技術(shù)。其步驟為：一次篩分→烘干→除塵→二次篩分和三次篩分。
首先，將紅土鎳礦進(jìn)行第一次篩分，篩分出直徑大于200mm的塊礦進(jìn)行破碎。然后，降低紅土鎳礦中的含水量，即脫水預(yù)處理。先加入少量吸水劑，使紅土鎳礦中的水分部分轉(zhuǎn)移到吸水劑中，使其得以分散，分散后的鎳礦更加容易被烘干。經(jīng)過烘干和除塵處理，將紅土鎳礦的含水量保持在6wt%～8wt%。最后，將烘干后的紅土鎳礦進(jìn)行第二次篩分，篩分出直徑小于10mm的粉礦堆放備用，將直徑大于10mm的塊礦使用顎式破碎機(jī)逐級破碎至直徑10mm以下，合并備用。
常規(guī)工藝生產(chǎn)豎爐球團(tuán)降本
隨著大量低品位鐵礦石的開發(fā)利用，高爐入爐前對鐵礦石處理的要求越來越高，為滿足高爐的入爐礦石品位和合理的爐料結(jié)構(gòu)，改善高爐料柱的透氣性和煤氣流分布，須燒制球團(tuán)礦與燒結(jié)礦搭配冶煉。
盛隆冶金利用常規(guī)的球團(tuán)生產(chǎn)工藝，使用菲律賓、馬來西亞等地生產(chǎn)的含鐵50%左右、含水30%以上的紅土鎳礦，搭配鐵精礦進(jìn)行球團(tuán)礦生產(chǎn)。由于含水量較高，首先，對原礦進(jìn)行脫水處理，脫水可以加入5wt%左右的石灰或烘干處理，脫水后的礦石含水量在6wt%~8wt%。根據(jù)鐵精粉產(chǎn)地及品位的不同、紅土鎳礦的不同，該公司掌握了一整套合適的原料配比方案。其中，紅土鎳礦配比在10%~25%，鐵精粉在70%~80%，膨潤土在0.8%~1.5%，除塵灰在3%~10%。配好的原料將水分烘干至6wt%~7wt%，然后潤磨至150目~200目，便可造球，造球粒度在8mm~18mm。造好的生球進(jìn)入豎爐焙燒的工藝與常規(guī)工藝相同。
盛隆冶金采用上述方法生產(chǎn)的球團(tuán)礦，多項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到較高水平，其中球團(tuán)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達(dá)92%，滿足了高爐冶煉的要求。所生產(chǎn)的球團(tuán)用于高爐冶煉，生產(chǎn)的鋼符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且成本降低了5%~10%。
優(yōu)化工藝 用劣質(zhì)礦生產(chǎn)燒結(jié)礦
高爐煉鐵生產(chǎn)不僅需要球團(tuán)礦，而且需要部分或全部燒結(jié)礦作為入爐鐵礦。紅土鎳礦屬于典型的低品位劣質(zhì)礦，但它的資源豐富，而且利用紅土鎳礦自身所含的數(shù)量可觀的Cr、Ni元素就能生產(chǎn)出鎳鐵合金鋼，無須再額外添加Cr、Ni元素即可獲得優(yōu)良的耐腐蝕性能。然而，過高的配比使得燒結(jié)礦的堿度偏低，會(huì)影響后續(xù)的高爐煉鐵過程。因此，須要對紅土鎳礦的燒結(jié)工藝進(jìn)行研究，其流程主要包括配料、混合及燒結(jié)。
配料：盛隆冶金使用紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金和煉鐵用燒結(jié)礦。根據(jù)產(chǎn)品的不同，紅土鎳礦添加比例為20%~100%。紅土鎳礦經(jīng)過干燥、篩分之后，與其他鐵礦粉混勻、配加熔劑和燃料后進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)礦入爐后冶煉得到含有Cr、Ni的鐵水，可以直接作為高強(qiáng)、耐腐蝕特種鋼材（HRB400、HRB500、HRB600）的原料，既降低了原料成本，又提升了產(chǎn)品的性能。紅土鎳礦粉和鐵礦粉的混合比例可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要確定，例如可根據(jù)鋼種的需要確定鐵水成分，再根據(jù)鐵水成分的要求確定鎳礦的添加比例。
混合：在燒結(jié)料混合過程中，較高含量的紅土鎳礦使得燒結(jié)料中的黏土含量增加，添加6%~10%的水分后，其可塑性得到顯著增強(qiáng)，從而獲得粒度組成良好的燒結(jié)混合料，確保了燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。
燒結(jié)：在燒結(jié)過程中，制粒混合料的溫度升高達(dá)到局部熔化并生成一定量的液相，冷卻后，液相結(jié)晶或凝固形成不同的礦相，將燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)黏結(jié)到一起。根據(jù)燒結(jié)溫度的不同，可以產(chǎn)生出兩種形態(tài)的燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)，即均質(zhì)結(jié)構(gòu)和非均質(zhì)結(jié)構(gòu)。
高含量紅土鎳礦混合料生產(chǎn)的燒結(jié)礦屬于均質(zhì)結(jié)構(gòu)，透氣性好，因此，非常適合燒結(jié)。盛隆冶金通過研究發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐溫度控制在1000℃~1200℃，廢氣溫度控制在130℃~150℃，風(fēng)箱負(fù)壓控制在-12kPa~-13kPa，可得到較好的燒結(jié)礦，冶金性能可以滿足高爐冶煉的要求，燒結(jié)利用系數(shù)在1.0~1.7。
開發(fā)高性能耐腐蝕建筑鋼材
盛隆冶金采用含量和品質(zhì)較低的紅土鎳礦作為生產(chǎn)鎳合金的含鎳原料，采用一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利工藝技術(shù)，即紅土鎳礦的預(yù)處理方法和系統(tǒng)、紅土鎳礦生產(chǎn)豎爐球團(tuán)的用途和方法、紅土鎳礦生產(chǎn)燒結(jié)礦的用途及方法、一種鎳鉻合金鋼的制備方法等專利，實(shí)現(xiàn)了高性能耐蝕鋼材的系列化生產(chǎn)。
在成分設(shè)計(jì)方面，耐腐蝕含鎳鉻建筑用鋼中的主要合金元素有C、Si、Mn、Ni、Cr等。盛隆冶金通過細(xì)晶強(qiáng)化和Ni、Cr等固溶強(qiáng)化，充分利用紅土鎳礦中的鉻、鎳成分并結(jié)合合理的工藝控制，可降低鋼筋Mn含量。如HRB400鋼筋，Mn設(shè)計(jì)下限為0.9%。Mn含量從1.1%降到0.9%，成本降低約26元/噸，鋼筋仍然保持良好的使用性能。另外，該公司采用VN微合金化工藝，主要通過沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化來增大強(qiáng)度，成功開發(fā)出了HRB500級鋼。
在產(chǎn)品工藝技術(shù)開發(fā)方面，盛隆冶金采用廉價(jià)的低鎳鉻紅土資源代替部分或全部鐵礦石資源用以制備合金鋼和鋼筋，不僅使紅土礦中大量的鐵得到了有效利用，而且充分利用了紅土礦中的鎳、鉻等元素，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，并明顯提高了鋼材的各項(xiàng)性能，應(yīng)用低鎳鉻紅土礦原有的Ni、Cr，成功開發(fā)出系列化的建筑用耐腐蝕鋼筋。
節(jié)Mn型HRB335級和HRB400級高強(qiáng)度抗震耐候熱軋鋼筋的開發(fā)。該公司采用低鎳鉻鐵水煉鋼過程中降碳保鉻的工藝技術(shù)，得到低鎳鉻含量的鋼水，為紅土礦資源的開發(fā)利用創(chuàng)造了條件；利用傳統(tǒng)鋼鐵工藝，經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新和工藝改革，實(shí)現(xiàn)了對難處理低品位鎳鉻紅土礦的綜合利用；所開發(fā)的20MnSiNiCr成分系的NR-HRB400級抗震耐候高強(qiáng)度鋼筋，表現(xiàn)出良好的高強(qiáng)度低屈強(qiáng)比（0.6~0.8）和高應(yīng)變低周疲勞抗力等抗震結(jié)構(gòu)所需的性能特征。
高強(qiáng)度含釩系500MPa、600MPa級抗震耐候鋼筋的開發(fā)。盛隆冶金采用低鎳鉻紅土礦，通過優(yōu)化V/N原子比、提高VN析出相數(shù)量比例的技術(shù)路線，采用熱軋形變熱處理TMCP和控制冷卻工藝，獲得細(xì)化鐵素體—珠光體為基體的復(fù)相組織和VCN彌散析出的復(fù)合強(qiáng)化組織，開發(fā)出高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比、抗震、耐候、可焊接的高性能HRB500E級熱軋鋼筋。
高強(qiáng)度700MPa級抗震耐候鋼筋的開發(fā)。盛隆冶金采用低鎳鉻與釩氮微合金化材料，通過TMCP（熱機(jī)械控制工藝）技術(shù)，開發(fā)出以貝氏體復(fù)相組織為基體同時(shí)彌散分布VCN析出相的高強(qiáng)度、抗震、耐候鋼。通過組織強(qiáng)化及析出強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)塑化獲得的低鎳鉻HRB700級熱軋鋼筋，屈服強(qiáng)度YS>700MPa，抗張強(qiáng)度TS>1000MPa，強(qiáng)屈比TS/YS>1.25，均勻延伸率為7.5%~9.5%，耐候性能優(yōu)于Corten A（考登鋼，美國Cu-P系列鋼的代表鋼種），且合金成本顯著低于美國企業(yè)開發(fā)的高鉻含量（8%~10.9%Cr）G100級熱軋鋼筋。