含銅鋼生產工藝的製作方法
2023-04-23 11:01:41 1
本發明涉及一種合金鋼冶煉方法，尤其涉及一種含銅鋼生產工藝。
背景技術：
目前，含銅鋼以其優良的抗腐蝕等物理機械性能而應用廣泛，如車輛及貨櫃板等，其冶煉的工藝主要通過在煉鋼（鐵礦石→燒結→高爐煉鐵→鐵水脫硫→轉爐（或電爐）→加入合金→到LF爐或RH或其它精煉設備微調成份→連鑄→軋制→成品鋼材）的轉爐或電爐階段進行加入合金處理，即在轉爐或電爐中加入銅鐵合金來達到鋼種所需成份，在此工藝中，耗費了大量銅金屬，而且銅鐵合金的生產成本高，相應地，需要大量經濟投入，尤其是對於冶煉高含量銅的鋼投入成本更高，並伴隨大量資源浪費。
現有技術中，發明專利200710200906.8公開了一種含銅鋼的加熱方法及其生產的含銅鋼。既能滿足板材類含銅鋼的生產，又能滿足型材類含銅鋼生產的含銅鋼加熱方法。該含銅鋼加熱方法，採用兩次升溫的加熱方法，第一步：加熱含銅鋼的鋼坯或鑄坯到1000～1050℃；第二步：用30～90分鐘進行第二次加熱升溫，第二次加熱升溫的最高溫度為1250～1290℃；兩次升溫的加熱過程中，鋼坯或鑄坯在每一個時間點的加熱溫度均不低於前一時間點。該發明為含銅鋼材的生產進行了改進，但基本沿襲傳統的加銅鐵合金鋼為原料，工藝前期製備複雜，耗費大量材料，經濟成本高。
技術實現要素：
本發明的目的是，針對現有技術存在的問題，提供一種含銅鋼生產工藝，以優化的生產工藝節約大量原材料，大幅降低經濟投入，並保證銅鋼的生產質量，特別是使其中的銅含量得到充分保障。
本發明解決問題的技術方案是：一種含銅鋼生產工藝，包括如下步驟：
（1）製備鐵水
在高爐中製備溫度為1400℃～1520℃的鐵水；
（2）轉移鐵水
將步驟（1）得到的鐵水加入到轉爐或者電爐中；
（3）加入含銅礦物
向步驟（2）所述的轉爐或者電爐中加入含銅礦物,使其與鐵水接觸；
（4）冶煉
將步驟（3）的鐵水與含銅礦物進行加熱，升溫至1400℃～1600℃。
進一步地，在所述步驟（1）中，所得鐵水的組分的質量百分含量為：2.0%～3.4%的Si，3.6%～4.6%的C，餘量為Fe，對於不可避免的雜質如S、P，其含量範圍為S≤0.3%、P≤0.13%；在高溫下，鐵水中的C、Si組分活性優於銅，能夠使氧化銅充分還原為金屬銅。
進一步地，在所述步驟（3）中，所述含銅礦物為以氧化銅為主的銅礦石；優選地，所述含銅礦物的銅含量為0.3%～3.0%；較佳地，所述含銅礦物的粒徑為20mm～150mm。
進一步地，在所述步驟（3）中，加入的含銅礦物為經過預還原處理的含銅礦物；所述對含銅礦物進行預還原處理的步驟為：（3.1）將含銅礦物與還原劑混合，所得混合物的粒徑為20mm～150mm；（3.2）將所得混合物在550℃～750℃下焙燒；在步驟（3.1）中所述還原劑為含碳的物質。在此預還原處理步驟中，能夠使銅礦石所含的氧化銅部分被還原、部分化學鍵處於不同程度的活化狀態，從而使其在步驟（4）中與高溫鐵水接觸後被碳等還原劑快速還原。
優選地，在所述步驟（3.1）中，所述還原劑為碳粉、石墨和煤中的一種或者幾種。
優選地，在所述步驟（3.1）中，所述還原劑中含碳的質量為含銅礦物中銅的質量的3%～15%。
優選地，在所述步驟（3.2）中，所述含銅礦物與還原劑的混合物在600℃～700℃焙燒1～4h，其中，加熱混合物時的升溫速率以5～25℃/min為佳；具體焙燒保持的時間及升溫速率根據含銅礦物與還原劑的混合物的粒度進行確定，例如，粒徑為80mm～150mm以4h為佳，粒徑為20mm～40mm以1h為佳，粒徑為60mm～100mm以3.5h為佳，粒徑為40mm～60mm，以2h為佳。
進一步地，在所述步驟（4）中，對含銅礦物與鐵水混合物加熱的升溫速率為10～20℃/min。
進一步地，在所述步驟（4）中，含銅礦物與鐵水的混合物在1400℃～1600℃保持8～15min，具體溫度和時間根據鐵水及待還原的銅的量進行確定，以確保含銅礦物中銅被徹底還原同時避免反應時間過長影響含銅鋼品質。
優選地，在所述步驟（1）中，經電極加熱塊狀生鐵製得鐵水。
優選地，在上述冶煉工藝結束後，能夠對產品進行深入加工處理，能夠對冶煉殘渣進行回收處理，例如，根據所練鋼種的需要，加入所需石灰和/或溶渣劑對渣子成分進行調整，使其得到回收再利用。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：充分優化了傳統的含銅鋼生產工藝，節約了銅鐵的冶煉和生產過程，以含銅礦石取代銅鐵合金，保障銅收得率的同時，大幅降低了生產成本，使生產效率得到提高，減少經濟投入，節約了大量原料，適於在相關含銅鋼冶煉領域推廣應用。
具體實施方式:
實施例1
以製備銅含量為0.3%的含銅鋼為例，此種含銅鋼生產工藝包括如下步驟：
（1）製備鐵水
在高爐中取得4t溫度為1470℃的鐵水；
（2）轉移鐵水
將步驟（1）得到的鐵水用鐵水包加入到電爐中；
（3）加入銅礦石
向步驟（2）所述的電爐中加入氧化銅含量為3.0%的銅礦石400kg，使其與鐵水充分接觸；
（4）冶煉
將步驟（3）的得鐵水與銅礦石進行加熱，升溫至1550℃，並在1550℃保持10min。
上述實施例中：
在所述步驟（1）中，所得鐵水的組分的質量百分含量為：2.7%的Si，4.1%的C，餘量為Fe；
在所述步驟（3）中，所述銅礦石為氧化銅礦石；所述銅礦石粒徑為20mm～150mm；
在所述步驟（4）中，對含銅礦物與鐵水混合物加熱的升溫速率為15℃/min。
在上述含銅鋼生產工藝，充分利用爐中高溫使其銅礦石溶化，並充分利用鐵水中的C、Si組分活性優於銅的性質，使氧化銅在高溫下被充分還原為金屬銅。在上述冶煉工藝結束後，能夠對產品進行深入加工處理，能夠對冶煉殘渣進行回收處理，例如，根據所練鋼種的需要，加入所需石灰和/或溶渣劑對渣子成分進行調整，使其得到回收再利用。
上述含銅鋼生產工藝與傳統的含銅鋼生產工藝相比較，進行了大幅度的優化，節約了銅鐵的冶煉和生產過程，以含銅礦石取代銅鐵合金，保障銅收得率的同時，大幅降低了生產成本，使生產效率得到充分提高，並相應地降低了大量經濟投入，節約了大量原料，而且，氧化銅礦石原料的選取，更利於保護環境，避免含硫等汙染物的排放。
實施例2
以製備銅含量為0.3%的含銅鋼為例，此種含銅鋼生產工藝步驟同實施例1，不同的是，在所述步驟（3）中，加入的銅礦石為經過預還原處理的含銅礦物；所述對銅礦石進行預還原處理的步驟為：
（3.1）將銅礦石粉碎後與還原劑混合，製得混合物的粒徑為20mm-150mm；
（3.2）將所得混合物在600℃下焙燒3h；
其中，所述還原劑為碳粉，所述還原劑中含碳的質量為含銅礦物中銅的質量的5%。
在上述實施例中，通過對銅礦石的預還原處理，使其所含的氧化銅部分被還原、部分化學鍵處於不同程度的活化狀態，從而使其在步驟（4）中與高溫鐵水接觸後被碳等還原劑快速還原，進而利於大幅提高生產效率。
上述含銅鋼生產工藝所得含銅鋼中銅含量為0.282%，銅收得率為96%。