【摘 要】
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随着我国经济的快速发展,铜产量日益增大。铜渣是火法熔炼的副产品,每年产出量高达2000万吨。铜渣中Cu含量在0.4%～4.6%之间,Fe含量在29%～46%之间,远远要高于相应矿石的品位,因此,铜渣中有价资源的回收一直是研究的热点。本课题组提出了“铜渣涡流适度贫化-深度还原-含铜铁水直接冶炼含铜抗菌不锈钢”的新思路,基于上述新思路和课题组前期研究基础,本文将开展铜渣冶炼的含铜铁水直接冶炼含铜奥氏体
【基金项目】
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国家自然科学基金-云南联合基金“利用铜渣直接冶炼含铜抗菌不锈钢的基础研究”（U1702253）； 国家自然科学基金面上项目“利用高炉含钒铁水直接冶炼钒钢短流程工艺基础研究”（51874094）；
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随着我国经济的快速发展,铜产量日益增大。铜渣是火法熔炼的副产品,每年产出量高达2000万吨。铜渣中Cu含量在0.4%～4.6%之间,Fe含量在29%～46%之间,远远要高于相应矿石的品位,因此,铜渣中有价资源的回收一直是研究的热点。本课题组提出了“铜渣涡流适度贫化-深度还原-含铜铁水直接冶炼含铜抗菌不锈钢”的新思路,基于上述新思路和课题组前期研究基础,本文将开展铜渣冶炼的含铜铁水直接冶炼含铜奥氏体抗菌不锈钢的研究。本论文对铜渣制备含铜铁水喷吹CO2脱碳炼钢体系进行了热力学分析,采用单因素实验考察了反应温度、CO2流量、CO2分压、反应时间对脱碳过程的影响、还分析了 O2配比对脱碳反应热平衡的影响等;采用化学分析、金相分析等手段对所得含铜不锈钢、热处理后含铜奥氏体不锈钢成分、微观形貌进行了分析,得出主要结论如下:（1）二氧化碳脱碳体系的热力学计算表明:在1400～2000K之间,参与反应的元素主要包括:C、Fe、Cr、Mn和Si等,其中,二氧化碳与C的反应和与Cr、Mn和Si元素氧化的反应均存在交叉点,表明CO2对合金元素氧化具有选择性,且按照Si、Mn和Cr的先后顺序进行反应。lg（pCO/Pθ）与熔体中平衡w[C]、w[Cr]和w[Ni]的计算表明:当w[C]下降到0.1%以下后,降低pco有利于“脱碳保铬”;当w[Cr]在17%～19%之间时,pCO分压的降低有利于脱碳过程的进行;当w[Ni]在8%～11%之间时,CO2脱碳过程几乎对w[Ni]没有影响,即铜渣制备的含铜铁水采用CO2脱碳,可实现“脱碳保镍”。（2）脱磷计算表明:在1600～1950 K之间,当温度为1623K时,LP为20484.35,表明低温有利于脱磷;当温度为1623K,FeO含量为20%时,LP为22460.64,表明增加渣中FeO含量有利于脱磷;当温度为1623K,CaO含量为35%时,LP为18241.71,表明增加渣中CaO含量有利于脱磷。（3）针对本论文的铜渣冶炼的含铜铁水脱碳炼钢体系能量平衡计算表明:喷吹CO2体系整体吸热,熔池温度降低;而O2炼钢体系整体放热,仅考虑脱碳反应,如CO2中配入13.70%的O2,则体系可实现脱碳反应的热平衡。（4）喷吹CO2脱碳炼钢单因素实验研究表明:高温有利于脱碳、增大CO2流量有利于脱碳、配入惰性气体氩气降低CO2分压、延长喷吹CO2时间有利于脱碳。本研究得到的适宜反应条件为:反应温度为1923K,CO2流量为940mL/min,CO2分压80%,反应时间50 min。在此条件下冶炼出的含铜不锈钢成分为:w[c]:0.053%、w[Si]:0.040%、w[Mn]:<0.01%、W[P]:0.031%、w[s]:0.019%、w[Ni]:10.33%、w[Cr]:19.2%、w[Cu]:2.55%,实现了“脱碳保铜、保镍”的目标,钢水成分符合目标钢种06Cr18Ni9Cu2的成分要求。（5）1050℃下保温30min做固溶处理,分别进行水冷和空冷,观察显微组织可见钢中有奥氏体相析出,水冷的试样比空冷的试样中的奥氏体晶粒粗大;空冷试样的平均硬度为194 HBW,水冷试样平均硬度为212 HBW。
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