一种喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法与流程

本发明属于冶金领域，具体涉及一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法。

背景技术：

随着炼铜技术的迅速发展，我国粗铜产量迅速增加，与此同时，铜渣的堆存量也大大增加，截止到2015年，我国铜渣的堆存量已达2.7亿吨以上。如此大宗废弃物的堆存，不仅占用大量的土地，污染环境，而且铜渣中含有大量的有价金属元素，铜铁含量更是比矿的品位更高，铜渣的废弃也是资源的浪费。

而目前对铜渣的利用还集中在单独提铜和单独提铁方面，回收价值有限。对铜铁元素的同时提取仅占很少一部分，且铜铁元素的提取大都采用碳质还原剂，用来还原铜渣中的氧化物和硫化物，为保证还原效果，碳质还原剂大都过量加入，这使得得到的铜铁合金中含有大量的碳，很大程度上降低了合金的利用价值，若将含铜铁水用于冶炼含铜抗菌不锈钢需进行脱碳过程。

工业上脱碳的方法有普通吹氧脱碳法和真空脱碳法，虽然脱碳的程度不同，但都为通入氧气与合金中的碳发生反应达到脱碳效果，此方法在铁水炼钢过程中广泛应用。但对于含铜铁水，氧气的通入会使铜元素烧损。

O₂+[Cu]＝Cu₂O

使得相对较低的铜含量进一步降低，而含铜铁水的应用需要保证一定的铜元素含量，马氏体含铜抗菌不锈钢，铜元素含量要求为2.5～4.0％，铜含量太低还需在后续过程中加入铜合金，得不偿失。

申请号为201410337369.1的专利提出一种RH快速脱碳方法，通过转炉终点控制和吹氧制度，将碳含量降至0.02％～0.045％，但只涉及吹氧脱碳，不涉及CO₂脱碳。申请号为201510802460.0的专利提出RH强制吹氧脱碳的方法，在真空条件下可将碳含量降到9ppm，但只涉及铁水脱碳，未涉及含铜铁水脱碳。申请号为201510471169.X的专利提出一种氩氧脱碳炉冶炼高碳高锰含量铁水的方法，也未涉及含铜铁水脱碳。申请号为201010108198.7的专利提出一种电磁感应炉喷吹CO₂脱碳的洁净钢冶炼方法，用喷吹CO₂气体进行脱碳，通过炉气分析系统控制脱碳量，但未涉及含有价金属元素的应用，没有脱碳保铜的涉及。

技术实现要素：

针对现有氧气脱碳的不足，本发明提出了一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法。通入的CO₂气体与熔体中的碳发生反应，生成CO，CO逸出后燃烧重新生成CO₂，且CO₂作为弱氧化气体，和铜不发生反应，还具有脱磷、脱硅的作用，重新生成的CO₂导出后重新返回利用。

该方法工艺简单，感应炉中添加搅拌系统，节能环保，成本低廉，且是温室气体的利用，具有较高的经济价值和环境保护作用；不但能达到脱碳目的，还能保护其中的铜元素不被烧损。

本发明的一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将高碳含铜铁水导入感应炉中，并保证高碳含铜铁水的温度≥1450℃；

(2)将CO₂气体吹入高碳含铜铁水中，并搅拌，其中，按摩尔比，CO₂：高碳含铜铁水的C＝(1.2:1)～(1.5:1)，喷吹时间为20～80min；

(3)当高碳含铜铁水中，碳的质量百分比≤0.2％时，停止喷吹CO₂，得到含铜铁水和熔渣，气体进行收集，气体为生成的CO和未反应的CO₂；

(4)CO经过后处理，生成CO₂，CO₂返回感应炉中，重新利用；含铜铁水、熔渣进行分离。

所述步骤(1)中，所述的高碳含铜铁水为铜渣熔融后加入还原剂，得到的还原后的熔融高碳含铜铁水，高碳含铜铁水的温度为1450～1650℃；

所述步骤(1)中，所述的感应炉包括排渣口、排铁水口和气体吹入口；所述的气体吹入口为底吹口或侧吹口的一种；所述的感应炉的一侧的下部设置有排铁水口，在感应炉的另一侧的上部设置有排渣口，底吹口设置在感应炉的底部，侧吹口设置在感应炉一侧的下部；

所述的感应炉设置有搅拌桨、风罩和烟气净化系统；所述的搅拌桨安装方式为：在感应炉顶部偏心安装；所述的风罩设置在感应炉的上方，所述的烟气处理系统的入口通过管道与风罩相连，烟气处理系统的出口通过管道与感应炉的气体吹入口相连；

所述搅拌系统包括搅拌桨和搅拌桨升降系统；

所述步骤(1)中，采用流槽将还原后的熔融高碳含铜铁水导入感应炉中；

所述步骤(1)中，保证高碳含铜铁水的温度≥1450℃的方法为感应炉自身加热。

所述步骤(2)中，CO₂的喷入方式为，采用从感应炉底部吹入或从感应炉侧部吹入；

所述步骤(2)中，所述的搅拌为：将搅拌桨插入至含铜铁水液面高度的1/3～1/2处，进行搅拌，所述的搅拌为偏心搅拌，其中，偏心度为0.1～0.8，搅拌速度为50-200r/min，使CO₂弥散化，与熔体混合更为充分；

所述步骤(4)中，生成的CO和未反应的CO₂经由风罩去往烟气净化系统，将处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

所述步骤(4)中，感应炉中，上层为熔渣，下层为含铜铁水，将熔渣从感应炉排渣口排出，含铜铁水从感应炉排铁水口倒出；

采用本发明的方法，可有效降低含铜铁水中碳含量，使含铜铁水含碳量≤0.2wt.％，并且，一定程度上降低了磷、硅含量，且不降低铁水中的铜含量，符合炼钢用铁水需求。

脱碳原理：

CO₂+[C]＝2CO(g)

本发明的一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，与现有的吹氧脱碳相比，本发明的特点和有益效果是：

1.CO₂气体可循环使用，产生的CO₂本身具有一定温度，无需预热，与熔体中的[C]发生反应达到脱碳效果，在脱碳的同时不会使铜氧化，既达到脱碳的效果，又能避免铜的烧损，在处理含有有价金属元素的铁水时，具有非常优良的作用；

2.本发明采用的方法可以有效利用铜渣资源，减少浪费；

3.本发明采用的方法可以减少烟尘的排放，对提高产量、环境保护十分有利；

4.本发明采用喷吹CO₂，不仅达到了脱碳的目的，而且喷吹的气体也起到了搅拌的功能，使CO₂气体与高碳含铜铁水充分接触，实现充分脱碳的功能。

附图说明

图1是采用本发明方法的感应炉系统结构示意图，其中：1-排渣口、2-排铁水口、3-底吹口、5-风罩、6-烟气净化系统、7-搅拌桨；

图2是采用本发明方法的感应炉系统结构示意图，其中：1-排渣口、2-排铁水口、4-侧吹口、5-风罩、6-烟气净化系统、7-搅拌桨。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本发明实施例中所用为高碳含铜铁水，高碳含铜铁水中元素分析结果见表1。

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图1。

一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将20t还原后的熔融高碳含铜铁水由流槽导入图1所示的感应炉中，通过感应炉加热使高碳含铜铁水的温度为1500℃；

(2)通过搅拌桨升降系统，将搅拌桨7插入至含铜铁水液面高度的1/3处，进行偏心搅拌，其中，偏心度为0.1，搅拌速度为50r/min；同时，将CO₂气体从感应炉底部的底吹口3，吹入感应炉的高碳含铜铁水中，其中，按摩尔比，CO₂：高碳含铜铁水的C＝1.2:1，喷吹时间为60min；

(3)当高碳含铜铁水中，碳的质量百分比为0.2％时，停止喷吹CO₂，此时，喷吹的CO₂总量为1000m³，得到含铜铁水和熔渣；得到的含铜铁水中Cu的含量为5.25wt.％，含C的含量为0.2wt.％，含P量为0.05wt.％，含Si量为0.122wt.％；

(4)感应炉中，上层为熔渣，下层为含铜铁水，将熔渣从感应炉排渣口1排出，含铜铁水从感应炉排铁水口2倒出；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

可以看到，高碳含铜铁水通过本实施例的方法，其C含量明显降低，Cu含量基本不变，说明本方法有效的达到了脱碳保铜的目的。

实施例2

本发明实施例中所用为高碳含铜铁水，高碳含铜铁水中元素分析结果见表1。

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将30t还原后的熔融高碳含铜铁水由流槽导入图2所示的感应炉中，通过感应炉加热使高碳含铜铁水的温度为1500℃；

(2)通过搅拌桨升降系统，将搅拌桨7插入至含铜铁水液面高度的1/2处，进行偏心搅拌，其中，偏心度为0.4，搅拌速度为100r/min；同时，将CO₂气体从感应炉侧部的侧吹口4，吹入感应炉的高碳含铜铁水中，其中，按摩尔比，CO₂：高碳含铜铁水的C＝1.5:1，喷吹时间为80min；

(3)当高碳含铜铁水中，碳的质量百分比为0.09％时，停止喷吹CO₂，此时喷吹的CO₂总量为1600m³，得到含铜铁水和熔渣；得到的含铜铁水中Cu的含量为4.89wt.％，含C的含量为0.09wt.％，含P量0.07wt％，含Si量0.136wt％；

(4)感应炉中，上层为熔渣，下层为含铜铁水，将熔渣从感应炉排渣口1排出，含铜铁水从感应炉排铁水口2倒出；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例3

本发明实施例中所用为高碳含铜铁水，高碳含铜铁水中元素分析结果见表1。

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将30t还原后的熔融高碳含铜铁水由流槽导入图2所示的感应炉中，通过感应炉加热使高碳含铜铁水的温度为1450℃；

(2)通过搅拌桨升降系统，将搅拌桨7插入至含铜铁水液面高度的1/2处，进行偏心搅拌，其中，偏心度为0.5，搅拌速度为100r/min；同时，将CO₂气体从感应炉侧部的侧吹口4，吹入感应炉的高碳含铜铁水中，其中，按摩尔比，CO₂：高碳含铜铁水的C＝1.3:1，喷吹时间为40min；

(3)当高碳含铜铁水中，碳的质量百分比为0.15％时，停止喷吹CO₂，此时喷吹的CO₂总量为1600m³，得到含铜铁水和熔渣；得到的含铜铁水中Cu的含量为4.89wt.％，含C的含量为0.15wt.％，含P量0.09wt％，含Si量0.155wt％；

(4)感应炉中，上层为熔渣，下层为含铜铁水，将熔渣从感应炉排渣口1排出，含铜铁水从感应炉排铁水口2倒出；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例4

本发明实施例中所用为高碳含铜铁水，高碳含铜铁水中元素分析结果见表1。

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将30t还原后的熔融高碳含铜铁水由流槽导入图2所示的感应炉中，通过感应炉加热使高碳含铜铁水的温度为1650℃；

(2)通过搅拌桨升降系统，将搅拌桨7插入至含铜铁水液面高度的1/2处，进行偏心搅拌，其中，偏心度为0.3，搅拌速度为200r/min；同时，将CO₂气体从感应炉侧部的侧吹口4，吹入感应炉的高碳含铜铁水中，其中，按摩尔比，CO₂：高碳含铜铁水的C＝1.5:1，喷吹时间为20min；

(3)当高碳含铜铁水中，碳的质量百分比为0.18％时，停止喷吹CO₂，此时喷吹的CO₂总量为1600m³，得到含铜铁水和熔渣；得到的含铜铁水中Cu的含量为4.89wt.％，含C的含量为0.18wt.％，含P量0.06wt％，含Si量0.236wt％；

(4)感应炉中，上层为熔渣，下层为含铜铁水，将熔渣从感应炉排渣口1排出，含铜铁水从感应炉排铁水口2倒出；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

实施例5

本发明实施例中所用为高碳含铜铁水，高碳含铜铁水中元素分析结果见表1。

本实施例采用的感应炉系统结构示意图见图2。

一种喷吹CO₂脱除高碳含铜铁水中碳的方法，包括以下步骤：

(1)将30t还原后的熔融高碳含铜铁水由流槽导入图2所示的感应炉中，通过感应炉加热使高碳含铜铁水的温度为1500℃；

(2)通过搅拌桨升降系统，将搅拌桨7插入至含铜铁水液面高度的1/2处，进行偏心搅拌，其中，偏心度为0.8，搅拌速度为150r/min；同时，将CO₂气体从感应炉侧部的侧吹口4，吹入感应炉的高碳含铜铁水中，其中，按摩尔比，CO₂：高碳含铜铁水的C＝1.5:1，喷吹时间为80min；

(3)当高碳含铜铁水中，碳的质量百分比为0.12％时，停止喷吹CO₂，此时喷吹的CO₂总量为1600m³，得到含铜铁水和熔渣；得到的含铜铁水中Cu的含量为4.89wt.％，含C的含量为0.12wt.％，含P量0.08wt％，含Si量0.113wt％；

(4)感应炉中，上层为熔渣，下层为含铜铁水，将熔渣从感应炉排渣口4排出，含铜铁水从感应炉排铁水口2倒出；

(5)生成的CO和未反应的CO₂经由风罩5去往烟气净化系统6，将CO处理后的气体与O₂混合燃烧后生成CO₂，重新返回利用。

表1(质量分数，％)