CN110157972B - 含铜钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种含铜钢的生产方法，包括沉降处理、熔融还原处理、炼钢处理和成型处理，其中沉降处理包括将待处理的铜渣置于加热沉降炉的加热还原区升温至1300℃～1600℃，然后使升温后的铜渣流入沉降区进行沉降处理，以使贵金属和铜锍从铜渣中分离；熔融还原处理包括将沉降处理后的铜渣置于还原炉，加入造渣剂并升温至还原炉内的物料为熔融态，然后向还原炉喷吹还原剂进行熔融还原反应，得含铜铁水；炼钢处理：将含铜铁水置于电炉进行炼钢处理得含铜钢液；精炼处理：含铜钢液进行精炼处理，得精炼后的钢液；及成型处理：精炼后的钢液进行成型处理，得含铜钢。该方法综合利用铜渣中的铜和铁，可得到价值较高的含铜钢，具有很好的工业前景。

Description

含铜钢的生产方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种含铜钢的生产方法。
背景技术
铜渣是火法炼铜过程中从炼铜炉排放的冶金渣，是炉料和燃料中各种氧化物互相熔融而成的共熔体。目前，我国每年排放量超过1000万吨，此外，全国还堆放着数量超过1.2亿吨的铜渣，铜渣已成为冶金行业中产生的数量较多的工业固体废弃物。虽然铜渣中含有Fe、Cu、Zn、Pb、Co和Ni等多种有价金属和Au、Ag等少量贵金属，但大部分铜渣被堆存在渣场，不仅占用土地、污染环境，而且造成资源的巨大浪费。如能充分利用铜渣中的铁和铜，可在一定程度上缓解铁矿石和铜矿的供需矛盾；且如能有效提取的铜渣中含有的少量贵金属，也将能更好的提升经济效益。因此综合利用铜渣具有重要的战略意义和市场前景，是当前铜冶炼行业可持续发展的重要途径。
然而，目前铜渣利用技术的研究多集中在单独铜的利用或单独铁的利用两个方面。对于铜渣中贵金属的提取，及同时利用渣中的铜铁研究较少，并且存在一定的不足。例如，中国专利申请200910163234.7公开了一种通过惰性气体喷吹熔融还原提铁的方法，此方法虽然避免了热量损失，但仅单独考虑了铁的回收，并未考虑贵金属和铜的回收及利用问题，而且对铁中存在的杂质并未考虑。中国专利申请201010167157.5和201010216133.4均在前述专利申请的基础上改进了提炼铁的工艺，但依然未考虑贵金属及铜的回收问题。中国专利申请201110380257.0虽然考虑了铜回收的问题，但其工艺中加入的氯盐可能会存在污染问题。此外，以上均是将铁和铜的利用分开来考虑，并没有考虑利用铜和铁来生产含铜钢，如耐侯钢、含铜不锈钢、含铜抗菌不锈钢等。申请号为201410345197.2的专利申请提出了利用铜渣生产含铜抗菌不锈钢，但其并未考虑贵金属的提取，且在还原过程前还加入氧化过程来进行预脱硫处理，增加了工艺流程和生产成本。
需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种含铜钢的生产方法，不但回收了贵金属，且能够综合利用铜渣中的铜和铁，得到价值较高的含铜钢，生产成本低，具有很好的工业前景。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开的一个方面提供一种含铜钢的生产方法，包括：沉降处理、熔融还原处理、炼钢处理和成型处理，其中：
沉降处理包括：提供一加热沉降炉，加热沉降炉包括加热还原区和沉降区，将待处理的铜渣置于加热还原区升温至1300℃～1600℃，然后使升温后的铜渣流入沉降区进行沉降处理，以使贵金属和铜锍从铜渣中分离；熔融还原处理包括：将沉降处理后的铜渣置于还原炉，加入造渣剂并升温至还原炉内的物料为熔融态，然后向还原炉喷吹还原剂进行熔融还原反应，得含铜铁水；炼钢处理：将所述含铜铁水置于电炉进行炼钢处理得含铜钢液；精炼处理：所述含铜钢液进行精炼处理，得精炼后的钢液；成型处理：所述精炼后的钢液进行成型处理，得含铜钢。
根据本公开的一个实施方式，沉降处理中，加热沉降炉采用连续喷吹加热法或电极加热法，其中连续喷吹加热法中的喷吹原料为天然气、油或一氧化碳，喷吹压力为100kPa～1000kPa。
根据本公开的一个实施方式，沉降处理中，铜渣中分别有85％～95％的贵金属、85％～95％的铜锍从铜渣中分离。
根据本公开的一个实施方式，沉降处理中，分离出的铜锍返回至进行铜冶炼以循环利用。
根据本公开的一个实施方式，待处理的铜渣的温度为1100℃～1300℃。
根据本公开的一个实施方式，熔融还原反应的温度为1450℃～1750℃。
根据本公开的一个实施方式，所述熔融还原处理中，所述造渣剂包括氧化钙，所述造渣剂的加入量根据碱度决定，其中：
Figure BDA0002069530180000031
式中，MgO和SiO2均来自所述沉降处理后的铜渣，所述碱度R的范围控制在1.0～2.5之间，ω(CaO)％表示CaO的质量分数，ω(MgO)％表示MgO的质量分数，ω(SiO2)％表示SiO2的质量分数。
根据本公开的一个实施方式，所述熔融还原处理中，所述造渣剂包括氧化钙和氟化钙，以质量百分比计，所述氟化钙的含量为所述造渣剂总量的8％～20％。
根据本公开的一个实施方式，熔融还原处理中，还原剂选自煤粉、一氧化碳、天然气、氢气和焦油中的一种或多种，以质量份计，还原剂的加入量按照还原剂中的含碳量C与沉降处理后的铜渣中的含铁量Fex+的比值决定，比值的范围控制在1.2～2.8之间，X为2或3。
根据本公开的一个实施方式，熔融还原处理中，还包括在熔融还原反应进行时，向还原炉喷吹惰性气体和/或对熔融态的物料进行搅拌，惰性气体选自氮气或氩气，喷吹惰性气体的压力为100kPa～1000kPa。
根据本公开的一个实施方式，在将含铜铁水进行合金化处理和脱氧处理之前，对含铜铁水进行预处理，以质量百分比计，使预处理后的含铜铁水的硅含量为0.45％～0.85％、磷含量小于0.15％、硫含量为0.05％～0.07％。
根据本公开的一个实施方式，所得含铜钢为耐候钢，其中以质量百分比计，耐候钢中碳含量为0.12％～0.21％、硅含量为0.2％～2.0％、锰含量为0.7％～2.0％、硫含量不大于0.036％、磷含量不大于0.034％、铜含量为0.10％～0.40％、铝含量小于0.2％。
根据本公开的一个实施方式，所得含铜钢为奥氏体型含铜抗菌不锈钢或铁素体型含铜抗菌不锈钢，其中以质量百分比计，奥氏体型含铜抗菌不锈钢或铁素体型含铜抗菌不锈钢中，碳含量不大于0.07％、硅含量不大于1.00％、锰含量不大于2.00％、磷含量不大于0.035％、硫含量不大于0.03％、镍含量为8.00％～11.00％，铬含量为17.00％～19.00％，铜含量为1.50％～4.00％。
根据本公开的一个实施方式，所得含铜钢为马氏体型含铜抗菌不锈钢，其中以质量百分比计，马氏体型含铜抗菌不锈钢中碳含量为0.16％～0.35％、硅含量不大于1.00％、锰含量不大于2.00％、磷含量不大于0.035％、硫含量不大于0.03％、镍含量不大于0.60％，铬含量为12.00％～14.00％，铜含量为2.50％～4.00％。
本公开的有益效果在于：
本公开提供了一种含铜钢的生产方法，该方法在熔融还原反应之前通过沉降处理得到大部分的贵金属和铜锍，回收贵金属能直接带来经济效益，铜锍可重新返回炼铜流程，不但充分利用了铜，而且带走了大量的硫，为后续进入炼钢流程打下良好的基础，可减少脱硫工艺和脱硫成本。本公开的方法对铜渣中铁和铜的回收率较高，不但回收了贵金属，而且综合利用了渣中的铜和铁，得到价值较高的含铜钢，并降低了生产成本，有较好的工业应用前景。
附图说明
图1是本公开一个实施方式的含铜钢的生产系统示意图；
图2是本公开一个实施方式的含铜钢的生产工艺流程图。
其中，附图说明如下：
100：加热沉降炉
101：加热还原区
102：沉降区
103：隔板
200：还原炉
300：电炉
400：精炼装置
401：钢包精炼炉(LF炉)
402：真空精炼炉(RH炉)
403：氩氧精炼炉(AOD炉)
404：真空吹氧脱碳炉(VOD炉)
500：成型装置
501：连铸机
502：加热炉
503：热轧机
600：中间包
700：铁水预处理装置
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本公开进行说明，但本公开并不局限于下面的实施例。在本公开中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应当被视为在本文中具体公开。
铜渣是冶金行业中产生数量较多的工业固体废弃物，铜渣中含有Fe、Cu、Zn、Pb、Co和Ni等多种有价金属和Au、Ag等少量贵金属，但大部分铜渣被堆存在渣场，不仅占用土地、污染环境，而且造成资源的巨大浪费。通过不同冶炼工艺得到的铜渣成分有一定的差异，其范围如表1所示。
表1炉渣的化学成分/％
TFe TCu Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO S Au*
29～45 0.45～3.0 1～20 25～40 ≤10 ≤10 0.6～2.8 <0.5
*单位为g/t
由表1可知，铜渣中含铁29％～45％，而我国炼铁工业所有的铁矿石品位平均值仅为29.1％，需要大量进口外矿与其搭配进行烧结和球团；目前我国很多铜矿铜开采品位已经只有0.2％～0.3％，而铜渣中含铜量则在0.5％以上。如能充分利用铜渣中的铁和铜，可在一定程度上缓解铁矿石和铜矿的供需矛盾。
铜渣中的铁主要以硅酸铁(2FeO﹒SiO2)和磁铁矿(Fe3O4)的形式存在，大部分为硅酸铁，铜主要以Cu2S、CuO、Cu的形式存在。由于铜渣中的铁主要是以铁橄榄石的形式存在，通过常规的磁选方法难以将弱磁性矿物铁橄榄石有效地回收。要回收铜渣中的铁就需要先将铜渣中的2FeO﹒SiO2转变成Fe3O4，再通过磁选的方法回收。此种方法存在许多缺点，例如无法回收贵金属、将高温铜渣冷却后再高温焙烧(一般铜渣的温度为1200℃)，造成热量的极大浪费、铁的回收率不高等问题。而湿法提取和选矿分离等均存在工艺复杂、成本高、无法实现工业化等缺点。虽然铜渣还可制备微晶玻璃、矿棉、用于生产水泥，都极大的浪费了宝贵的铁和铜，以及其它金属资源。目前铜渣利用技术的研究多集中在单独铜的利用或单独铁的利用两个方面。对于铜渣中贵金属的提取，及同时利用渣中的铜铁研究较少，并且存在一定的不足。
为此，本公开提供了一种含铜钢的生产方法。其中，图1代表性地示出了本公开一个实施方式的含铜钢的生产系统示意图；图2代表性地示出了本公开的一个实施方式的含铜钢的生产工艺流程图。下面将结合图1和图2对本公开的含铜钢的生产方法进一步说明。本领域技术人员容易理解的是，本公开的方法也可推广应用于其它有色渣系。对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化应仍在本公开提出的含铜钢的生产方法的原理范围内。
参阅图1所示，在本实施方式中，含铜钢的生产系统包括：加热沉降炉100、还原炉200、电炉300、精炼装置400和成型装置500，下面结合该含铜钢的生产系统具体说明本公开的含铜钢的生产方法：
结合图1和图2所示，本公开的含铜钢的生产方法包括沉降处理、熔融还原处理、炼钢处理、精炼处理和成型处理，具体说明如下：
(1)沉降处理
采用前述的加热沉降炉100进行沉降处理，该加热沉降炉100包括加热还原区101和沉降区102，在一些实施例中，加热还原区101和沉降区102之间设有隔板103，且隔板103与加热沉降炉100的底部具有间隙，以使加热还原区101和沉降区102为底部连通的两个部分。沉降区102的物料出口包括第一出液口和第一出渣口(未图示)。
首先，将待处理的铜渣置于加热还原区101升温至1300℃～1600℃，在沉降区102进行沉降处理，由于铜渣和铜锍的密度不同，其可在沉降区102中完成沉降分离，铜渣中含有的贵金属与铜锍一起以液态形态从第一出液口排出，沉降处理后的高温炉渣从第一出渣口排出。对上述贵金属进行提取处理，然后将提取贵金属后的铜硫进行循环利用，例如返回至吹炼炉中进行铜冶炼。通过上述沉降处理，使85％～95％的铜锍和85％～95％的贵金属从铜渣中分离，降低了铜渣的硫含量，为进一步还原含铜铁水创造了条件，减少了脱硫工艺流程和脱硫成本。
在一些实施方式中，待处理的铜渣可以为温度为1100℃～1300℃的出炉高温铜渣，该出炉高温铜渣通过中间包600转移到加热沉降炉100的加热还原区101中。通过直接利用高温铜渣，可以充分利用其自身余热，符合节能减排的要求。
在一些实施方式中，加热沉降炉100的顶部、底部和/或侧边开设有第一喷吹口。该第一喷吹口配有喷枪，用于向该加热沉降炉100喷吹还原气体，例如天然气、油或一氧化碳等。根据第一喷吹口设置的位置，喷吹方式可为顶吹、底吹、侧吹或者复合喷吹方式，且不同位置可设置有一个或多个第一喷吹口。喷吹压力可以为100kPa～1000kPa，可进行连续喷吹。采用喷吹还原气体的优势是：加热沉降炉的热量可通过喷吹上述还原气体来提供热量，这种提高温度的成本较低；此外，由于喷吹的气体为还原性气体，形成的还原气氛可以将待处理的铜渣中含有的四氧化三铁(Fe3O4)还原为氧化亚铁(FeO)，从而降低铜渣的粘度，有利于沉降分离的进行。但本公开的加热方式并不限于此，例如，也可以采用电极方式进行加热。此外，在一些实施方式中，当待处理的铜渣加热到一定的温度后流入沉降区后，还可以采用电极继续加热，用来保持炉内的温度，以完成沉降分离处理过程。
(2)熔融还原处理
采用前述的还原炉200进行熔融还原处理。其中，还原炉200的物料进口连通于沉降区102的第一出渣口，还原炉200的物料出口包括第二出液口和第二出渣口(未图示)。
将前述的沉降处理后的铜渣转移至该还原炉200内，加入造渣剂并升温至还原炉200内的物料为熔融态，然后向还原炉200喷吹还原剂进行熔融还原反应，得含铜铁水和炉渣。其中高温的含铜铁水从第二出液口流出，进入炼钢流程；炉渣通过第二出渣口排出。在一些实施方式中，还原炉200还设有烟气出口，烟气出口连接于烟气回收处理装置，其对还原过程中的烟气，以及有害元素进行专门的处理和回收。经过以上步骤，铁和铜被还原，而锌(Zn)等熔点较低的金属则进入烟气被回收。熔融还原过程发生的主要化学反应如下：
Cu2S+CaO+C＝2Cu+CaS+CO (1)
Fe2SiO4+2CaO+2C＝2Fe+Ca2SiO4+2CO (2)
Fe3O4+4C＝3Fe+4CO (3)
2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO·P2O5)+[Fe] (4)
[FeS]+(CaO)＝(CaS)+(FeO) (5)
CuO+C＝Cu+CO (6)
在一些实施方式中，熔融还原反应的温度为1450℃～1750℃。
在一些实施方式中，还原炉200的侧边或顶部或底部开设有一个或多个第二喷吹口，例如，图1所示的还原炉为侧吹炉，设有多个第二喷吹口。待还原炉200内的物料达到上述温度范围后均处于熔融状态时，利用喷枪通过第二喷吹口向还原炉200内喷吹还原剂，其中，还原剂选自煤粉、一氧化碳、天然气、氢气和焦油中的一种或多种，优选地，以喷吹煤粉为主，相比于其它技术成本较低。以质量比计，还原剂的加入量按照还原剂中的含碳量C与沉降处理后的铜渣中的含铁量Fex+的比值决定，比值的范围控制在1.2～2.8之间，X为2或3。
在一些实施方式中，还可以增加搅拌装置(未图示)于该还原炉200内，对所述熔融态的物料进行搅拌，或者喷吹惰性气体等方式，以改善反应的动力学条件，增加反应速率。其中，惰性气体可以为氮气(N2)或氩气(Ar)，喷吹压力为100kPa～1000kPa。
在一些实施方式中，造渣剂包括氧化钙，也可以选择加入碳酸钙，碳酸钙经热分解后可产生氧化钙用于造渣。造渣剂的加入量根据碱度R决定，其中：
Figure BDA0002069530180000081
式中，MgO和SiO2均来自沉降处理后的铜渣，碱度R的范围控制在1.0～2.5之间，ω(CaO)％表示CaO的质量分数，ω(MgO)％表示MgO的质量分数，ω(SiO2)％表示SiO2的质量分数。
在一些实施方式中，为了使熔融反应更好的进行，可加入少量的氟化钙(CaF2)于造渣剂中。随着氧化钙加入量的提高，铜渣的粘度会升高，进而减小氧化钙与铜渣的接触面，恶化了还原条件而降低反应速率，而CaF2的加入可破坏熔渣中硅酸盐离子的硅氧四面体结构，降低熔渣粘度，增加接触面积，进而提高还原反应发生的动力学条件。优选地，以质量百分比计，氟化钙加入量为造渣剂总量的8％～20％。
在本领域中，还原炉常用作铜的冶炼，本公开进一步采用该还原炉同时进行铜和铁的冶炼，使铜渣中的铁氧化物还原为铁，铜的氧化物还原为铜，对铜和铁进行了综合利用，且回收率较高，降低了生产成本。由于经过了熔融还原反应处理后，铜渣中的硫含量较低，大大减少了脱硫负担；锌，铅，砷等由于熔点较低，在还原过程中进入烟气，可通过设置的系统回收，并且烟气经过处理后排入大气；此外，产生的炉渣还可用于生产水泥、矿棉、用于铺路等。
(3)炼钢和精炼处理
将含铜铁水进行合金化处理得含铜钢液，含铜钢液进行精炼处理，得精炼后的钢液。具体地，将前述经过熔融还原反应后的含铜铁水转移至电炉300，进行电炉炼钢处理，然后再转移至精炼装置400进行精炼处理。其中，电炉300的物料进口连通于还原炉200的第二出液口，精炼装置400的物料进口连通于电炉的物料出口。
在一些实施例中，还原炉200和电炉300之间还连通有铁水预处理装置700以进行铁水预处理过程。其中，还原炉200的第二出液口连通于铁水预处理装置700的物料进口，铁水预处理装置700的物料出口连通于电炉300的物料进口。具体地，在含铜铁水进行炼钢之前，先对C、Si、Mn、S、P、Cu等的含量进行在线检测。如果Si、P、S含量不符合要求，需要进一步铁水预处理，包括：脱硅，脱磷，脱硫，或者直接添加铁合金、废钢进行成分调节。其中铁水预处理的过程采用本领域常用工艺进行。在本公开中，以质量百分比计，预处理后的含铜铁水要求：硅含量为0.45％～0.85％、磷含量小于0.15％、硫含量为0.05％～0.07％。符合炼钢要求后，再根据所炼不同钢种进行合金化处理。其中，合金化处理采用本领域常用工艺进行。
通过炼钢过程中的铁水预处理或者添加铁合金和废钢调整成分，满足含铜钢的成分要求。可通过炼钢过程中的合金化环节调整铜的成分，冶炼不同需求的含铜钢，具有生产多种含铜钢的能力。在炼钢过程中，通过调整铜，或者铬，镍等其他合金，冶炼多种含铜钢，可以根据市场情形调整钢种成分。
本公开涉及到含铜钢包括耐候钢、含铜不锈钢和含铜抗菌不锈钢等钢种，生产钢种不同，走的技术路线不同。冶炼成合格含铜钢液后进行炉外精炼处理，所谓炉外精炼，就是将钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的炼钢工艺。精炼装置400包括钢包精炼炉(LF炉)401，用于脱硫，脱氧，去夹杂，合金化；真空精炼炉(RH炉)402，用于脱氢，脱碳，脱氧；氩氧精炼炉(AOD炉)403，用于快速脱碳，并避免铬的氧化，适用于不锈钢的冶炼。真空吹氧脱碳炉(VOD炉)404，在真空条件下很容易将钢液中的碳和氮去除到很低的水平，适用于不锈钢的冶炼。具体地：
在一些实施方式中，含铜钢为耐候钢时，精炼装置400包括依次连通的钢包精炼炉和真空精炼炉(LF炉-RH炉)。精炼完成后，以质量百分比计，耐候钢中碳含量为0.12％～0.21％、硅含量为0.2％～2.0％、锰含量为0.7％～2.0％、硫含量不大于0.036％、磷含量不大于0.034％、铜含量为0.10％～0.40％、铝含量小于0.2％。
在一些实施方式中，含铜钢为含铜抗菌不锈钢时，精炼装置400包括依次连通的钢包精炼炉、氩氧精炼炉和真空吹氧脱碳炉(LF炉-AOD炉-VOD炉)。其中，含铜抗菌不锈钢包括奥氏体型含铜抗菌不锈钢、铁素体型含铜抗菌不锈钢或马氏体型含铜抗菌不锈钢。
以质量百分比计，当所得含铜钢为奥氏体型含铜抗菌不锈钢或铁素体型含铜抗菌不锈钢时，精炼完成后，奥氏体型含铜抗菌不锈钢或铁素体型含铜抗菌不锈钢中碳含量不大于0.07％、硅含量不大于1.00％、锰含量不大于2.00％、磷含量不大于0.035％、硫含量不大于0.03％、镍含量为8.00％～11.00％，铬含量为17.00％～19.00％，铜含量为1.50％～4.00％。
以质量百分比计，当所得含铜钢为马氏体型含铜抗菌不锈钢时，精炼完成后，马氏体型含铜抗菌不锈钢中碳含量为0.16％～0.35％、硅含量不大于1.00％、锰含量不大于2.00％、磷含量不大于0.035％、硫含量不大于0.03％、镍含量不大于0.60％，铬含量为12.00％～14.00％，铜含量为2.50％～4.00％。
(3)成型处理：
精炼完成后，采用成型装置500对精炼后的钢水进行成型处理，其中成型装置500包括连铸机501、加热炉502、热轧机503等，依次进行连铸、热轧、热处理、冷轧等手段以制成合格含铜钢产品。其中含铜钢的热轧工艺参数为：加热温度，1150℃～1300℃；粗扎开始温度，950℃～1100℃；精轧开始温度，930℃～1050℃；精轧结束温度，800℃～1000℃；卷取温度，650℃～830℃。其中，冷轧不锈钢板带生产，不是单纯的冷轧，在冷轧前要退火、酸洗和修磨等，冷轧后还要平整、矫直、剪切、垛板等。
下面结合实施例对本公开进行详细说明，但本公开的保护范围不受下述实施例所限。
实施例1：
(1)沉降处理提取贵金属和铜锍：
首先将1180℃的高温铜渣(TFe：41.65％、TCu：1.32％、Fe3O4：11.2％、SiO2：28.9％、Al2O3：1.45％、CaO：2.56％、S：1.16％、Au：0.45g/t)通过中间包转移到加热沉降炉中的加热还原区内，通过侧吹天然气提供热量并还原Fe3O4，喷吹压力为150kPa，方式为侧吹，使温度升高到1380℃；升温后的铜渣流入沉降区，利用电极使温度升高保持在1380℃，并开始沉降过程，此过程为连续过程；沉降过程中85％的铜和85％的贵金属可回收；回收得到的铜锍重新进入炼铜流程，而剩下的铜渣进入熔融还原流程。
(2)熔融还原炼铁得到含铜铁水：
将沉降后的高温铜渣流入还原炉内，然后加入一定量的CaO、CaCO3，其中CaCO3经热分解后得到CaO，与最初加入的CaO一起作为造渣剂使用；CaO、CaCO3的加入量通过碱度来计算，本实施例的碱度为1.2；CaF2的加入量为造渣剂的10％；通过电极加热的方式将炉温升至1480℃。待还原炉内的物料与造渣剂处于熔融态时，向熔池喷吹煤粉，加入量以C/Fex+(x＝2，3)比为1.5。喷吹结束后，向熔池喷吹氮气，喷吹期间改变喷枪位置，使搅拌达到最佳效果；配加搅拌装置使渣铁界面反应更充分，反应速度更快。反应结束后渣铁分离，得到含铜铁水。对含铜铁水进行C、Si、Mn、S、P、Cu成分进行检测；进行脱Si、P、S铁水预处理，然后送入电炉进行炼钢流程。
(3)炼钢处理、精炼处理及成型处理：
根据冶炼耐候钢的成分要求进行合金化，合金化完成后，进入LF炉-RH炉进行除杂；随后进行连铸流程-热轧流程-热处理，得到质量合格的耐候钢，其成分为C：0.16％、Si：046％、Mn：1.0％、S：0.02％、P：0.08％、Cu：0.32％、Al：0.08％。
实施例2：
(1)沉降处理提取贵金属和铜锍：
首先将1200℃的高温铜渣(TFe：41.50％、TCu：1.30％、Fe3O4：12.0％、SiO2：27.8％、Al2O3：1.50％、CaO：2.60％、S：1.14％、Au：0.48g/t)通过中间包转移到加热沉降炉中的加热还原区内，通过喷吹天然气提供热量并还原Fe3O4，喷吹压力为500kPa，方式为顶吹，使温度升高到1400℃；升温后的铜渣流入沉降区，利用电极使温度升高保持在1400℃，并开始沉降过程，此过程为连续过程；沉降过程中88％的铜90％的贵金属可回收；回收后的铜锍重新进入炼铜流程，而剩下的铜渣进入熔融还原流程。
(2)熔融还原炼铁得到含铜铁水：
将沉降后的高温铜渣流入还原炉内，然后加入一定量的CaO、CaCO3，其中CaCO3经热分解后得到CaO，与最初加入的CaO一起作为造渣剂使用；CaO、CaCO3的加入量通过碱度来计算，本实施例的碱度为1.4；CaF2的加入量为造渣剂的12％；通过电极加热的方式将炉温升至1560℃。待炉料与造渣剂处于熔融态时，向熔池喷吹天然气，加入量以C/Fex+(x＝2，3)比为1.9。喷吹结束后，向熔池喷吹氩气，喷吹期间改变喷枪位置，使搅拌达到最佳效果；配加搅拌装置使渣铁界面反应更充分，反应速度更快。反应结束后渣铁分离，得到含铜铁水。对含铜铁水进行C、Si、Mn、S、P、Cu成分进行检测；进行脱Si、P、S铁水预处理，然后送入电炉进行炼钢流程。
(3)炼钢处理、精炼处理及成型处理：
根据冶炼含铜抗菌不锈钢的成分要求进行合金化，合金化完成后，进入LF炉-AOD炉-VOD炉进行除杂；随后进行连铸流程-热轧流程-热处理，其中加热温度，1200℃；粗扎开始温度，1050℃；精轧开始温度，980℃；精轧结束温度，850℃；卷取温度，700℃。得到质量合格的含铜抗菌不锈钢，其成分为C：0.20％、Si：0.5％、Mn：1.2％、P：0.05％、S：0.008％、Ni：0.60％、Cr：13.00％、Cu：2.6％。
实施例3：
(1)沉降处理提取贵金属和铜锍：
首先将1250℃的高温铜渣(TFe：40.95％、TCu：1.28％、Fe3O4：13.0％、SiO2：26.9％、Al2O3：1.33％、CaO：2.66％、S：1.09％、Au：0.46g/t)通过中间包转移到加热沉降炉中的加热还原区内，通过电极方式加热使温度升高到1500℃；升温后的铜渣流入沉降区，利用电极使温度升高保持在1500℃，并开始沉降过程，此过程为连续过程；沉降过程中90％的铜和85％的贵金属可回收；回收后的铜锍重新进入炼铜流程，而剩下的铜渣进入熔融还原流程。
(2)熔融还原炼铁得到含铜铁水：
将沉降后的高温铜渣流入还原炉内，然后加入一定量的CaO、CaCO3，其中CaCO3经热分解后得到CaO，与最初加入的CaO一起作为造渣剂使用；CaO、CaCO3的加入量通过碱度来计算，本实施例的碱度为2.0；CaF2的加入量为造渣剂的15％；通过电极加热的方式将炉温升至1600℃。待炉料与造渣剂处于熔融态时，向熔池喷吹煤粉，加入量以C/Fx+(x＝2，3)比为2.0。喷吹结束后，向熔池喷吹氮气，喷吹期间改变喷枪位置，使搅拌达到最佳效果；配加搅拌装置使渣铁界面反应更充分，反应速度更快。反应结束后渣铁分离，得到含铜铁水。对含铜铁水进行C、Si、Mn、S、P、Cu成分进行检测；添加铁合金和废钢进行成分调整，满足成分要求，然后送入电炉进行炼钢流程。
(3)炼钢处理、精炼处理及成型处理：
根据冶炼耐候钢的成分要求进行合金化，合金化完成后，进入LF炉-RH炉进行除杂；随后进行连铸流程-热轧流程-热处理，得到质量合格的耐候钢，其成分为C：0.15％、Si：044％、Mn：1.2％、S：0.01％、P：0.07％、Cu：0.33％、Al：0.07％。
实施例4：
(1)沉降处理提取贵金属和铜锍：
首先将1280℃的高温铜渣(TFe：40.89％、TCu：1.02％、Fe3O4：13.4％、SiO2：28.6％、Al2O3：1.46％、CaO：2.70％、S：1.07％、Au：0.44g/t)通过中间包转移到加热沉降炉中的加热还原区内，通过喷吹一氧化碳提供热量并还原Fe3O4，喷吹压力为1000kPa，方式为顶吹，使温度升高到1600℃；升温后的铜渣流入沉降区，利用电极使温度升高保持在1600℃，并开始沉降过程，此过程为连续过程；沉降过程中93％的铜和90％的贵金属可回收；回收后的铜锍重新进入炼铜流程，而剩下的铜渣进入熔融还原流程。
(2)熔融还原炼铁得到含铜铁水：
将沉降后的高温铜渣流入熔融还原炉内，然后加入一定量的CaO、CaCO3，其中CaCO3经热分解后得到CaO，与最初加入的CaO一起作为造渣剂使用；CaO、CaCO3的加入量通过碱度来计算，本实施例的碱度为2.4；CaF2的加入量为造渣剂的18％；通过电极加热的方式将炉温升至1700℃。待炉料与造渣剂处于熔融态时，向熔池喷吹煤粉，加入量以C/Fex+(x＝2，3)比为2.6。喷吹结束后，向熔池喷吹氮气，喷吹期间改变喷枪位置，使搅拌达到最佳效果；配加搅拌装置使渣铁界面反应更充分，反应速度更快。反应结束后渣铁分离，得到含铜铁水。对含铜铁水进行C、Si、Mn、S、P、Cu成分进行检测；添加铁合金和废钢进行成分调整，满足成分要求，然后送入电炉进行炼钢流程。
(3)炼钢处理、精炼处理及成型处理：
根据冶炼含铜抗菌不锈钢的成分要求进行合金化，合金化完成后，进入LF炉-AOD炉-VOD炉进行除杂；随后进行连铸流程-热轧流程-热处理，其中加热温度，1250℃；粗扎开始温度，1040℃；精轧开始温度，970℃；精轧结束温度，830℃；卷取温度，680℃。得到质量合格的含铜抗菌不锈钢，其成分为C：0.05％、Si：0.45％、Mn：1.5％、P：0.007％、S：0.006％、Ni：10.00％、Cr：138.00％、Cu：2.8％。
综上可知，本公开的含铜钢的生产方法，通过首先进行沉降处理，使大部分的铜锍和贵金属能够从铜渣中分离，贵金属可直接回收带来经济效益，而铜渣中硫含量的降低，为进一步还原含铜铁水创造了条件，减少了脱硫工艺流程和脱硫成本。此外，本公开还采用了还原炉同时进行铁和铜的回收，生产含铜钢，回收率较高且生产成本低，有较好的工业应用前景。
本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (11)

1.一种含铜钢的生产方法，其特征在于，包括：
沉降处理：提供一加热沉降炉，所述加热沉降炉包括加热还原区和沉降区，将待处理的铜渣置于所述加热还原区升温至1500℃～1600℃，然后使所述升温后的铜渣流入所述沉降区进行沉降处理，以使贵金属和铜锍从所述铜渣中分离；
熔融还原处理：将所述沉降处理后的铜渣置于还原炉，加入造渣剂并升温至所述还原炉内的物料为熔融态，然后向所述还原炉喷吹还原剂进行熔融还原反应，得含铜铁水；
炼钢处理：将所述含铜铁水置于电炉进行炼钢处理得含铜钢液；
精炼处理：所述含铜钢液进行精炼处理，得精炼后的钢液；及
成型处理：所述精炼后的钢液进行成型处理，得含铜钢；
其中，所述沉降处理中，所述加热沉降炉采用连续喷吹加热法或电极加热法，其中所述连续喷吹加热法中的喷吹原料为天然气、油或一氧化碳，喷吹压力为100kPa～1000kPa；所述铜渣中分别有85％～95％的贵金属、85％～95％的铜锍从所述铜渣中分离，所述分离出的铜锍进行铜冶炼以循环利用。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述待处理的铜渣的温度为1100℃～1300℃。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述熔融还原反应的温度为1450℃～1750℃。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述熔融还原处理中，所述造渣剂包括氧化钙，所述造渣剂的加入量根据碱度决定，其中：
Figure FDA0002521275350000011
式中，MgO和SiO2均来自所述沉降处理后的铜渣，所述碱度R的范围控制在1.0～2.5之间，ω(CaO)％表示CaO的质量分数，ω(MgO)％表示MgO的质量分数，ω(SiO2)％表示SiO2的质量分数。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述熔融还原处理中，所述造渣剂包括氧化钙和氟化钙，以质量百分比计，所述氟化钙的含量为所述造渣剂总量的8％～20％。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述熔融还原处理中，所述还原剂选自煤粉、一氧化碳、天然气、氢气和焦油中的一种或多种，以质量比计，所述还原剂的加入量按照还原剂中的含碳量C与所述沉降处理后的铜渣中的含铁量Fex+的比值决定，所述比值的范围控制在1.2～2.8之间，X为2或3。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述熔融还原处理中，还包括在熔融还原反应进行时，向所述还原炉喷吹惰性气体和/或对所述熔融态的物料进行搅拌，所述惰性气体选自氮气或氩气，所述喷吹惰性气体的压力为100kPa～1000kPa。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在将所述含铜铁水进行合金化处理和脱氧处理之前，对所述含铜铁水进行预处理，以质量百分比计，使所述预处理后的含铜铁水的硅含量为0.45％～0.85％、磷含量小于0.15％、硫含量为0.05％～0.07％。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所得含铜钢为耐候钢，其中以质量百分比计，所述耐候钢中碳含量为0.12％～0.21％、硅含量为0.2％～2.0％、锰含量为0.7％～2.0％、硫含量不大于0.036％、磷含量不大于0.034％、铜含量为0.10％～0.40％、铝含量小于0.2％。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所得含铜钢为奥氏体型含铜抗菌不锈钢或铁素体型含铜抗菌不锈钢，其中以质量百分比计，所述奥氏体型含铜抗菌不锈钢或铁素体型含铜抗菌不锈钢中，碳含量不大于0.07％、硅含量不大于1.00％、锰含量不大于2.00％、磷含量不大于0.035％、硫含量不大于0.03％、镍含量为8.00％～11.00％，铬含量为17.00％～19.00％，铜含量为1.50％～4.00％。
11.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所得含铜钢为马氏体型含铜抗菌不锈钢，其中以质量百分比计，所述马氏体型含铜抗菌不锈钢中碳含量为0.16％～0.35％、硅含量不大于1.00％、锰含量不大于2.00％、磷含量不大于0.035％、硫含量不大于0.03％、镍含量不大于0.60％，铬含量为12.00％～14.00％，铜含量为2.50％～4.00％。
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