高爐法制備高鉻低鎳不銹鋼母液的工藝基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著國內(nèi)不銹鋼需求與消耗日益增長，鎳、鉻作為不銹鋼必不可少的兩個(gè)主要元素，其需求亦與日俱增，但我國鎳、鉻資源嚴(yán)重匱乏，且貧礦多、富礦少。2008年金融危機(jī)之前，鎳的價(jià)格高昂，迫使我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)開始探索多元化的鎳鉻原料，尤其是使用低品位的鎳鉻礦的可行性。如何高效利用這些低品位資源，降低生產(chǎn)成本，對(duì)于提高企業(yè)市場競爭力意義重大。另外，現(xiàn)有不銹鋼冶煉工藝一般是普通鐵水+高碳鉻鐵+鎳鐵合金，而鉻鐵合金多以鉻鐵精礦、粉礦為原料，在礦熱爐中進(jìn)行冶煉

2、；以紅土礦為原料制備的鎳鐵合金是以RKEF-電爐工藝為主，上述兩種工藝均能耗高、污染大、且操作成本高。在此背景下，本文提出采用紅土礦與鉻鐵礦復(fù)合燒結(jié)-高爐冶煉直接生產(chǎn)不銹鋼母液的緊湊型工藝，將之前的三條工藝生產(chǎn)線（鎳鐵與鉻鐵合金生產(chǎn)工藝以及混合加熱制備不銹鋼母液的工藝）合并為一條，從而簡化低鎳系不銹鋼生產(chǎn)流程，減耗降本。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴鎳鉻復(fù)合燒結(jié)礦還原制備不銹鋼母液的可行性：以熱力學(xué)計(jì)算為基礎(chǔ)，從熔融還原與渣金分離兩

3、個(gè)方面，探究了采用高爐冶煉鎳鉻燒結(jié)礦制備不銹鋼母液的可行性，并實(shí)驗(yàn)研究了還原溫度與不同熔劑（CaO、SiO2與MgO）對(duì)Fe、Ni、Cr金屬品位以及回收率的影響。⑵高爐渣的高溫物理化學(xué)性質(zhì)：與普通高爐渣相比，復(fù)合燒結(jié)-高爐冶煉直接生產(chǎn)不銹鋼母液的緊湊型工藝，所形成的爐渣含有較高的Al2O3，本課題研究以1550℃下爐渣粘度小于0.5 Pa·s作為高爐爐缸順行的判據(jù)，確定了高爐冶煉所需的成渣區(qū)域；借助分子動(dòng)力學(xué)模擬獲得了爐渣的高溫結(jié)構(gòu)信息

4、，并利用紅外光譜（FT-IR）與拉曼光譜（Raman）分析了高溫淬火爐渣樣品的結(jié)構(gòu)；基于氧化物熔體的Butler’s方程繪制了CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元渣系的等表面張力圖；實(shí)驗(yàn)研究了爐渣成分對(duì)母液中[Si]含量的影響。⑶鎳鉻鐵合金的高溫物理化學(xué)性質(zhì)：借助Chou模型，建立了Fe-Ni-Cr三元合金密度的計(jì)算模型，繪制了等密度圖；基于過剩吉布斯自由能，利用Butler’s方程構(gòu)建了Fe-Ni、Fe-Cr、Ni-Cr二元合金的

5、表面張力計(jì)算模型，并繪制了Fe-Ni-Cr三元合金的等表面張力圖；在考慮混合吉布斯自由能的條件下，計(jì)算了Fe-Ni、Fe-Cr、Ni-Cr二元合金的粘度，并繪制了Fe-Ni-Cr三元合金的等粘度圖。⑷不銹鋼母液緊湊型生產(chǎn)工藝中的高爐流程模擬：通過綜合考慮物料平衡、熱平衡以及熱損失，引入了風(fēng)口區(qū)燃燒焦炭與爐缸區(qū)反應(yīng)焦炭兩個(gè)概念，利用METSIM軟件構(gòu)建了高爐通用計(jì)算模型；在此基礎(chǔ)上，研究了高爐各種操作參數(shù)對(duì)本文所提出的緊湊型工藝的影響，并