一种用镍废料生产水淬镍豆的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用镍废料生产水淬镍豆的方法，属于合金技术领域。
【背景技术】
[0002]水淬镍豆是一种银白色颗粒状镍铁合金，直径小于50mm，由于它具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业，在民用工业中，是生产结构钢、耐酸钢、耐热钢等的重要原料。
[0003]现有的生产水淬镍豆工艺都存在工艺复杂、流程长、设备复杂、产生废水、污染较大、加工费用较高、镍豆纯度低的缺点，且在机械加工和冶金行业会产生的很多镍废料，如处理不当，不仅会造成资源的浪费，也会污染环境。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题，在于提供一种金属回收率高、不产生废水和废渣、流程短、设备简单、污染较小、加工费用低、经济效益好、有较好的发展前景的用镍废料生产水淬镍豆的方法。
[0005]本发明通过下述方案实现:一种用镍废料生产水淬镍豆的方法，其工艺流程包括熔炼炉熔炼、电弧炉精炼和水淬过程，熔炼炉熔炼是镍的初步富集过程，其操作包括加料、氧化、放渣、放粗镍等作业，下列步骤中步骤一到步骤五属于熔炼炉熔炼过程，电弧炉精炼的目的降低熔炼炉产出的粗镍杂质含量，提高镍含量，其操作过程包括加料、氧化还原、脱氧等作业，下列步骤中步骤六到步骤七属于电弧炉精炼过程，水淬过程是冷却电弧炉产出的精镍，并形成水淬镍豆，步骤八属于水淬过程:
步骤一:在镍废料加入熔炼炉内之前，在熔炼炉内加入木炭进行点火烘炉，待炉温升至400°C_600°C，改用10L-20L柴油和lt-1.5t焦炭继续升温，待炉温逐渐升温至800°C_1000°C时停止加焦炭，加入磷铁和镍废料，磷铁和镍废料的质量配比为0.5-0.8:1,在镍废料燃烧过程中，不断鼓入空气，使磷铁充分燃烧；
步骤二:在熔炼炉内加入造渣剂，造渣剂加入量与镍废料加入量的质量配比为0.20-0.30:1；
步骤三:排出熔炼炉的炉渣，炉渣经水淬得到水淬渣，然后进行后续处理，可外售作为钙镁磷肥生产企业的原料，实现了废物的循环利用，具有良好的经济效益和环境效益，粗镍留在炉中，继续按步骤一的比例添加磷铁和镍废料，不断鼓入空气，使磷铁充分燃烧，该过程大部分Fe3P被氧化成2Fe0.Si02，并进一步生成磷酸三铁进入炉渣，即铁以氧化物或者磷酸盐的形式从物料中去除，磷以磷酸盐的形式与镍金属分离;在通空气的过程中，金属镍亦发生氧化反应，但生成的镍氧化物在炉体内合金熔体中遇到Fe和P时，又被还原成金属，这样使镍得到富集； 步骤四:重复步骤三的工作，直到熔炼炉的粗镍达到预定液位高度，进行最后一次排渣后接着出粗银；
步骤五:将粗镍直接浇铸在模中铸成块状，待自然冷却后清除砂灰；
步骤六:将步骤五得到的铸成块状的粗镍分次放入电弧炉中，在粗镍熔炼炉中，大量的Fe被氧化并与Si02生成渣而被除去，在无外来热源的条件下，熔炼便难以继续进行，而采用电弧炉，可使熔炼继续进行，进一步提高镍的含量，降低磷硫等杂质的含量，每个电弧炉每次加入粗镍3t-5t，并加入200kg-250kg的氧化铁皮和100kg-200kg的石灰进行造渣，在造渣前鼓入空气，进行吹风氧化，并持续lh-1.5h;
步骤七:在步骤六的氧化结束后加50kg-60kg的碳化娃进行脱硫，反应0.5h-lh，使产品断面结晶致密；
步骤八:待电弧炉的炉温升至1400°C-1600°C，将步骤七得到的精镍直接倒入钢包中，再由钢包倒入水淬槽中制成水淬镍豆，水淬镍豆的直径小于50mm，将步骤七得到的电炉渣返回熔炼炉重复以上步骤。
[0006]所述熔炼炉设有三个开口，分别为原料入口、熔炼渣排口和粗镍出口，木炭、柴油、焦炭、磷铁和镍废料均从原料入口进入所述熔炼炉，炉渣从熔炼渣排口排出，粗镍从粗镍出口排出。
[0007]所述原料入口距离所述熔炼炉的炉底1.8m-2.2m，所述熔炼渣排口距离所述熔炼炉的炉底0.3m-0.4m，所述粗镍排口距离所述熔炼炉的炉底0.1m-0.2m，空气从设置在所述熔炼炉上的炉膛风管鼓入所述熔炼炉内，所述炉膛风管和所述原料入口均设置在于所述熔炼炉相连接的密闭空间内，所述原料入口水平设置，所述炉膛风管从所述熔炼炉侧面密闭空间的顶部接入，使原料入口呈负压状态可防止炉膛烟气外逸、减少无组织排放，熔炼时原料和燃料在炉内靠自重作用下下行，发生氧化还原反应，直至完成冶炼全过程。
[0008]由于原料中的铁主要以磷化物形式存在，在高温下磷铁氧化放热自燃，其放出的热量足以维持炉内正常炉温，因此不需要再外部供热，在熔炼粗镍时始终保持熔炼炉内的温度为1350°C-1400°C，炉内温度由温度控制器测试显示，可通过添加磷铁与镍废料的方法来调节熔炼炉内的温度，当熔炼炉内的温度过高时加入镍废料，当熔炼炉内的温度过低时加入磷铁。
[0009]所述造渣剂采用主要成分为二氧化硅的河砂，使铁以硅酸盐的形式从炉体中排出，硅酸盐粘度少，流动性好，易于分离并控制炉渣中的二氧化硅量为20wt%-25wt%。
[0010]所述河砂的添加量与镍废料的磷含量成反比，即镍废料的磷含量高，河砂可少加；镍废料的磷含量低，河砂应多加，以控制最终粗镍中的磷含量在I.0wt%-l.50wt%o
[0011]出粗镍周期平均为5-6天一次，每台熔炼炉每次出粗镍量13t-18t，粗镍中镍含量为60wt%_65wt%。
[0012]所述步骤六后磷的含量可降到0.01wt%-0.05wt%，所述步骤七后硫的含量可降至
0.lwt%-0.4wt%。
[0013]所述步骤八得到的水淬镍豆各成分含量如下:Ni: 70wt%_75wt%，Fe: 20wt%_25wt%，S:0.lwt%-0.4wt%?P:0.01wt%-0.05wt%?Sn:0.01wt%-0.05wt%?C:0.10wt%-0.15wt%，Si02:0.2wt%-0.4wt%，Cu:lwt%-2wt%0
[0014]所述熔炼炉、电弧炉的原料入口设置于密闭空间内，出渣口及出料口均设置环境集烟装置内，收集的烟气与熔炼炉、电弧炉等混合烟气一并经廊道水冷降温，然后经沉降室+布袋除尘+两级串联双碱液湿法脱硫塔处理达标高空排放，双碱液分别为5%NaOH溶液和氧化钙。
[0015]本发明的有益效果为:
1、本发明一种用镍废料生产水淬镍豆的方法包括熔炼炉熔炼和电弧炉精炼后水淬的工艺流程，把含镍较低的镍废料提纯到含镍70%以上的水淬镍豆，熔炼炉渣中镍金属含量大大减少，小于0.20wt%，镍金属回收率大于93wt%，充分实现了镍的回收，使资源得到充分利用，减少了资源浪费；
2、本发明一种用镍废料生产水淬镍豆的方法的生产中利用磷铁与氧气反应释放热量为能源，熔炼过程中不加煤、柴油、电能等外来料，既减少了能量消耗，又减少了 SO2的产生量，符合节能减排的要求；
3、发明一种用镍废料生产水淬镍豆的方法在熔炼炉熔炼过程中使用磷铁，具有三个优点:一是充分利用磷铁燃烧过程产生的热量，使其在粗镍冶炼过程中不需要外部加热，其二是铁作