红土镍矿生产高性能耐蚀钢应用
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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镍作为生产无锡不锈钢等特种合金钢的重要元素，主要提炼的原料一直是硫化镍矿。随着硫化镍矿产资源的逐渐枯竭，开发利用丰富的红土镍矿（占陆基镍资源的72%）资源具有广阔的发展前景。
围绕充分利用低品位红土镍矿的要求和市场对高质量热轧钢筋的需求，广西盛隆冶金有限公司（以下简称盛隆冶金）充分发挥自身优势，利用印尼的褐铁矿型红土矿资源冶炼高炉铁水，根据红土矿配矿比例不同，开发了各种新型高强度抗震耐候建筑用钢，实现了对难处理低品位镍铬红土矿的综合利用。
红土镍矿预处理重在脱水
从东南亚进口的红土镍矿的水分基本在30%~35%的范围内波动，为确保镍合金冶炼炉况稳定，镍矿在入炉前必须进行脱水。对此，该公司经过科技攻关，开发了针对解决红土镍矿预处理难题的专利技术。其步骤为：一次筛分→烘干→除尘→二次筛分和三次筛分。
首先，将红土镍矿进行第一次筛分，筛分出直径大于200mm的块矿进行破碎。然后，降低红土镍矿中的含水量，即脱水预处理。先加入少量吸水剂，使红土镍矿中的水分部分转移到吸水剂中，使其得以分散，分散后的镍矿更加容易被烘干。经过烘干和除尘处理，将红土镍矿的含水量保持在6wt%～8wt%。最后，将烘干后的红土镍矿进行第二次筛分，筛分出直径小于10mm的粉矿堆放备用，将直径大于10mm的块矿使用颚式破碎机逐级破碎至直径10mm以下，合并备用。
常规工艺生产竖炉球团降本
随着大量低品位铁矿石的开发利用，高炉入炉前对铁矿石处理的要求越来越高，为满足高炉的入炉矿石品位和合理的炉料结构，改善高炉料柱的透气性和煤气流分布，须烧制球团矿与烧结矿搭配冶炼。
盛隆冶金利用常规的球团生产工艺，使用菲律宾、马来西亚等地生产的含铁50%左右、含水30%以上的红土镍矿，搭配铁精矿进行球团矿生产。由于含水量较高，首先，对原矿进行脱水处理，脱水可以加入5wt%左右的石灰或烘干处理，脱水后的矿石含水量在6wt%~8wt%。根据铁精粉产地及品位的不同、红土镍矿的不同，该公司掌握了一整套合适的原料配比方案。其中，红土镍矿配比在10%~25%，铁精粉在70%~80%，膨润土在0.8%~1.5%，除尘灰在3%~10%。配好的原料将水分烘干至6wt%~7wt%，然后润磨至150目~200目，便可造球，造球粒度在8mm~18mm。造好的生球进入竖炉焙烧的工艺与常规工艺相同。
盛隆冶金采用上述方法生产的球团矿，多项指标达到较高水平，其中球团矿转鼓指数达92%，满足了高炉冶炼的要求。所生产的球团用于高炉冶炼，生产的钢符合国家标准，且成本降低了5%~10%。
优化工艺 用劣质矿生产烧结矿
高炉炼铁生产不仅需要球团矿，而且需要部分或全部烧结矿作为入炉铁矿。红土镍矿属于典型的低品位劣质矿，但它的资源丰富，而且利用红土镍矿自身所含的数量可观的Cr、Ni元素就能生产出镍铁合金钢，无须再额外添加Cr、Ni元素即可获得优良的耐腐蚀性能。然而，过高的配比使得烧结矿的碱度偏低，会影响后续的高炉炼铁过程。因此，须要对红土镍矿的烧结工艺进行研究，其流程主要包括配料、混合及烧结。
配料：盛隆冶金使用红土镍矿生产镍铁合金和炼铁用烧结矿。根据产品的不同，红土镍矿添加比例为20%~100%。红土镍矿经过干燥、筛分之后，与其他铁矿粉混匀、配加熔剂和燃料后进行烧结。烧结矿入炉后冶炼得到含有Cr、Ni的铁水，可以直接作为高强、耐腐蚀特种钢材（HRB400、HRB500、HRB600）的原料，既降低了原料成本，又提升了产品的性能。红土镍矿粉和铁矿粉的混合比例可根据实际生产需要确定，例如可根据钢种的需要确定铁水成分，再根据铁水成分的要求确定镍矿的添加比例。
混合：在烧结料混合过程中，较高含量的红土镍矿使得烧结料中的黏土含量增加，添加6%~10%的水分后，其可塑性得到显著增强，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，确保了烧结矿的质量和产量。
烧结：在烧结过程中，制粒混合料的温度升高达到局部熔化并生成一定量的液相，冷却后，液相结晶或凝固形成不同的矿相，将烧结矿结构黏结到一起。根据烧结温度的不同，可以产生出两种形态的烧结矿微观结构，即均质结构和非均质结构。
高含量红土镍矿混合料生产的烧结矿属于均质结构，透气性好，因此，非常适合烧结。盛隆冶金通过研究发现，烧结机点火炉温度控制在1000℃~1200℃，废气温度控制在130℃~150℃，风箱负压控制在-12kPa~-13kPa，可得到较好的烧结矿，冶金性能可以满足高炉冶炼的要求，烧结利用系数在1.0~1.7。
开发高性能耐腐蚀建筑钢材
盛隆冶金采用含量和品质较低的红土镍矿作为生产镍合金的含镍原料，采用一系列具有自主知识产权的专利工艺技术，即红土镍矿的预处理方法和系统、红土镍矿生产竖炉球团的用途和方法、红土镍矿生产烧结矿的用途及方法、一种镍铬合金钢的制备方法等专利，实现了高性能耐蚀钢材的系列化生产。
在成分设计方面，耐腐蚀含镍铬建筑用钢中的主要合金元素有C、Si、Mn、Ni、Cr等。盛隆冶金通过细晶强化和Ni、Cr等固溶强化，充分利用红土镍矿中的铬、镍成分并结合合理的工艺控制，可降低钢筋Mn含量。如HRB400钢筋，Mn设计下限为0.9%。Mn含量从1.1%降到0.9%，成本降低约26元/吨，钢筋仍然保持良好的使用性能。另外，该公司采用VN微合金化工艺，主要通过沉淀强化和细晶强化来增大强度，成功开发出了HRB500级钢。
在产品工艺技术开发方面，盛隆冶金采用廉价的低镍铬红土资源代替部分或全部铁矿石资源用以制备合金钢和钢筋，不仅使红土矿中大量的铁得到了有效利用，而且充分利用了红土矿中的镍、铬等元素，简化了生产工艺，降低了生产成本，并明显提高了钢材的各项性能，应用低镍铬红土矿原有的Ni、Cr，成功开发出系列化的建筑用耐腐蚀钢筋。
节Mn型HRB335级和HRB400级高强度抗震耐候热轧钢筋的开发。该公司采用低镍铬铁水炼钢过程中降碳保铬的工艺技术，得到低镍铬含量的钢水，为红土矿资源的开发利用创造了条件；利用传统钢铁工艺，经过技术创新和工艺改革，实现了对难处理低品位镍铬红土矿的综合利用；所开发的20MnSiNiCr成分系的NR-HRB400级抗震耐候高强度钢筋，表现出良好的高强度低屈强比（0.6~0.8）和高应变低周疲劳抗力等抗震结构所需的性能特征。
高强度含钒系500MPa、600MPa级抗震耐候钢筋的开发。盛隆冶金采用低镍铬红土矿，通过优化V/N原子比、提高VN析出相数量比例的技术路线，采用热轧形变热处理TMCP和控制冷却工艺，获得细化铁素体—珠光体为基体的复相组织和VCN弥散析出的复合强化组织，开发出高强度、低屈强比、抗震、耐候、可焊接的高性能HRB500E级热轧钢筋。
高强度700MPa级抗震耐候钢筋的开发。盛隆冶金采用低镍铬与钒氮微合金化材料，通过TMCP（热机械控制工艺）技术，开发出以贝氏体复相组织为基体同时弥散分布VCN析出相的高强度、抗震、耐候钢。通过组织强化及析出强化的复合强塑化获得的低镍铬HRB700级热轧钢筋，屈服强度YS>700MPa，抗张强度TS>1000MPa，强屈比TS/YS>1.25，均匀延伸率为7.5%~9.5%，耐候性能优于Corten A（考登钢，美国Cu-P系列钢的代表钢种），且合金成本显著低于美国企业开发的高铬含量（8%~10.9%Cr）G100级热轧钢筋。