紅土鎳礦生產高性能耐蝕鋼應用
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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鎳作為生產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。隨著硫化鎳礦產資源的逐漸枯竭，開發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）充分發揮自身優勢，利用印尼的褐鐵礦型紅土礦資源冶煉高爐鐵水，根據紅土礦配礦比例不同，開發了各種新型高強度抗震耐候建筑用鋼，實現了對難處理低品位鎳鉻紅土礦的綜合利用。
紅土鎳礦預處理重在脫水
從東南亞進口的紅土鎳礦的水分基本在30%~35%的范圍內波動，為確保鎳合金冶煉爐況穩定，鎳礦在入爐前必須進行脫水。對此，該公司經過科技攻關，開發了針對解決紅土鎳礦預處理難題的專利技術。其步驟為：一次篩分→烘干→除塵→二次篩分和三次篩分。
首先，將紅土鎳礦進行第一次篩分，篩分出直徑大于200mm的塊礦進行破碎。然后，降低紅土鎳礦中的含水量，即脫水預處理。先加入少量吸水劑，使紅土鎳礦中的水分部分轉移到吸水劑中，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逐級破碎至直徑10mm以下，合并備用。
常規工藝生產豎爐球團降本
隨著大量低品位鐵礦石的開發利用，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構，改善高爐料柱的透氣性和煤氣流分布，須燒制球團礦與燒結礦搭配冶煉。
盛隆冶金利用常規的球團生產工藝，使用菲律賓、馬來西亞等地生產的含鐵50%左右、含水30%以上的紅土鎳礦，搭配鐵精礦進行球團礦生產。由于含水量較高，首先，對原礦進行脫水處理，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%。根據鐵精粉產地及品位的不同、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。造好的生球進入豎爐焙燒的工藝與常規工藝相同。
盛隆冶金采用上述方法生產的球團礦，多項指標達到較高水平，其中球團礦轉鼓指數達92%，滿足了高爐冶煉的要求。所生產的球團用于高爐冶煉，生產的鋼符合國家標準，且成本降低了5%~10%。
優化工藝 用劣質礦生產燒結礦
高爐煉鐵生產不僅需要球團礦，而且需要部分或全部燒結礦作為入爐鐵礦。紅土鎳礦屬于典型的低品位劣質礦，但它的資源豐富，而且利用紅土鎳礦自身所含的數量可觀的Cr、Ni元素就能生產出鎳鐵合金鋼，無須再額外添加Cr、Ni元素即可獲得優良的耐腐蝕性能。然而，過高的配比使得燒結礦的堿度偏低，會影響后續的高爐煉鐵過程。因此，須要對紅土鎳礦的燒結工藝進行研究，其流程主要包括配料、混合及燒結。
配料：盛隆冶金使用紅土鎳礦生產鎳鐵合金和煉鐵用燒結礦。根據產品的不同，紅土鎳礦添加比例為20%~100%。紅土鎳礦經過干燥、篩分之后，與其他鐵礦粉混勻、配加熔劑和燃料后進行燒結。燒結礦入爐后冶煉得到含有Cr、Ni的鐵水，可以直接作為高強、耐腐蝕特種鋼材（HRB400、HRB500、HRB600）的原料，既降低了原料成本，又提升了產品的性能。紅土鎳礦粉和鐵礦粉的混合比例可根據實際生產需要確定，例如可根據鋼種的需要確定鐵水成分，再根據鐵水成分的要求確定鎳礦的添加比例。
混合：在燒結料混合過程中，較高含量的紅土鎳礦使得燒結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，從而獲得粒度組成良好的燒結混合料，確保了燒結礦的質量和產量。
燒結：在燒結過程中，制粒混合料的溫度升高達到局部熔化并生成一定量的液相，冷卻后，液相結晶或凝固形成不同的礦相，將燒結礦結構黏結到一起。根據燒結溫度的不同，可以產生出兩種形態的燒結礦微觀結構，即均質結構和非均質結構。
高含量紅土鎳礦混合料生產的燒結礦屬于均質結構，透氣性好，因此，非常適合燒結。盛隆冶金通過研究發現，燒結機點火爐溫度控制在1000℃~1200℃，廢氣溫度控制在130℃~150℃，風箱負壓控制在-12kPa~-13kPa，可得到較好的燒結礦，冶金性能可以滿足高爐冶煉的要求，燒結利用系數在1.0~1.7。
開發高性能耐腐蝕建筑鋼材
盛隆冶金采用含量和品質較低的紅土鎳礦作為生產鎳合金的含鎳原料，采用一系列具有自主知識產權的專利工藝技術，即紅土鎳礦的預處理方法和系統、紅土鎳礦生產豎爐球團的用途和方法、紅土鎳礦生產燒結礦的用途及方法、一種鎳鉻合金鋼的制備方法等專利，實現了高性能耐蝕鋼材的系列化生產。
在成分設計方面，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。盛隆冶金通過細晶強化和Ni、Cr等固溶強化，充分利用紅土鎳礦中的鉻、鎳成分并結合合理的工藝控制，可降低鋼筋Mn含量。如HRB400鋼筋，Mn設計下限為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，主要通過沉淀強化和細晶強化來增大強度，成功開發出了HRB500級鋼。
在產品工藝技術開發方面，盛隆冶金采用廉價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，簡化了生產工藝，降低了生產成本，并明顯提高了鋼材的各項性能，應用低鎳鉻紅土礦原有的Ni、Cr，成功開發出系列化的建筑用耐腐蝕鋼筋。
節Mn型HRB335級和HRB400級高強度抗震耐候熱軋鋼筋的開發。該公司采用低鎳鉻鐵水煉鋼過程中降碳保鉻的工藝技術，得到低鎳鉻含量的鋼水，為紅土礦資源的開發利用創造了條件；利用傳統鋼鐵工藝，經過技術創新和工藝改革，實現了對難處理低品位鎳鉻紅土礦的綜合利用；所開發的20MnSiNiCr成分系的NR-HRB400級抗震耐候高強度鋼筋，表現出良好的高強度低屈強比（0.6~0.8）和高應變低周疲勞抗力等抗震結構所需的性能特征。
高強度含釩系500MPa、600MPa級抗震耐候鋼筋的開發。盛隆冶金采用低鎳鉻紅土礦，通過優化V/N原子比、提高VN析出相數量比例的技術路線，采用熱軋形變熱處理TMCP和控制冷卻工藝，獲得細化鐵素體—珠光體為基體的復相組織和VCN彌散析出的復合強化組織，開發出高強度、低屈強比、抗震、耐候、可焊接的高性能HRB500E級熱軋鋼筋。
高強度700MPa級抗震耐候鋼筋的開發。盛隆冶金采用低鎳鉻與釩氮微合金化材料，通過TMCP（熱機械控制工藝）技術，開發出以貝氏體復相組織為基體同時彌散分布VCN析出相的高強度、抗震、耐候鋼。通過組織強化及析出強化的復合強塑化獲得的低鎳鉻HRB700級熱軋鋼筋，屈服強度YS>700MPa，抗張強度TS>1000MPa，強屈比TS/YS>1.25，均勻延伸率為7.5%~9.5%，耐候性能優于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開發的高鉻含量（8%~10.9%Cr）G100級熱軋鋼筋。