CN106191379B - 一种喷吹co2脱除高碳含铜铁水中碳的方法 - Google Patents
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Abstract
一种喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳含量的方法,属于冶金领域。该方法,包括以下步骤:(1)将高碳含铜铁水导入感应炉中;(2)将CO2气体吹入高碳含铜铁水中,并搅拌;(3)当高碳含铜铁水中,碳的质量百分比≤0.2%时,停止喷吹;(4)CO经过后处理,生成CO2重新利用;含铜铁水、熔渣进行分离。该方法中,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重新返回利用,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。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。
Description
技术领域
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。
发明内容
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,%)
Claims (8)
1.一种喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,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℃;
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;
(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;
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;
(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。
2.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,高碳含铜铁水的温度为1450~1650℃。
3.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,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。
4.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,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。
5.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,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。
6.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,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。
7.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,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。
8.如权利要求1所述的喷吹CO2脱除高碳含铜铁水中碳的方法,其特征在于,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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |