釩渣在生產(chǎn)硅錳合金礦熱爐中的應(yīng)用

武 煒，田新喜，鄭 果

(山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城271612)

釩用作鋼的合金劑，近幾年消耗量增長很快。釩的來源，主要從釩鈦磁鐵礦中提取，先經(jīng)過煉鐵煉鋼得到釩渣，再經(jīng)過還原過程制取V2O5，然后煉成釩鐵供煉鋼用。我公司結(jié)合目前裝備水平，在生產(chǎn)硅錳合金工藝的基礎(chǔ)上，通過理論計(jì)算把適量的釩渣加入到礦熱爐中，生產(chǎn)出含釩硅錳合金，煉鋼廠在生產(chǎn)含釩鋼種時(shí)加入部分含釩硅錳合金，實(shí)現(xiàn)含釩鋼種全部或部分替代釩鐵用量，已達(dá)到降低生產(chǎn)成本為目的。目前，已取得了一些進(jìn)展，將含釩硅錳成功應(yīng)用到煉鋼生產(chǎn)中。

1 礦熱爐生產(chǎn)含釩硅錳合金工藝

1.1 釩渣定義

對(duì)含釩鐵水在提釩過程中經(jīng)氧化吹煉得到的或含釩鐵精礦經(jīng)濕法提釩所得到的含氧化釩的渣子的統(tǒng)稱。它是冶煉和制取釩合金和金屬釩的原料。

1.2 我公司礦熱爐冶煉硅錳合金冶金原理

在礦熱爐中用電熱法生產(chǎn)，從根本上來說就是在適當(dāng)?shù)母邷叵拢锰甲鬟€原劑還原爐料中的錳、硅的氧化物的過程。入爐原料中錳、硅、鐵的高價(jià)氧化物在電爐的高溫條件下，受熱分解或被CO還原成低價(jià)氧化物，硅錳合金生產(chǎn)過程的還原反應(yīng)，主要是爐渣中液態(tài)硅酸鹽與碳質(zhì)還原劑的反應(yīng)基本反應(yīng)式分別為:

1.3 硅錳合金工藝的基礎(chǔ)上添加釩渣工藝原理

釩渣的化學(xué)成分比較復(fù)雜，除含有V2O5、FeO外，還有Mn、Si、Ti等金屬氧化物，根據(jù)氧化物的標(biāo)準(zhǔn)和生成自由能與溫度的關(guān)系圖可以看出，C、Si等元素在適當(dāng)溫度下均可以作為還原劑。硅不僅可以還原V2O5，而且可以還原MnO。所以在生產(chǎn)硅錳合金的礦熱爐中，第一階段是C將釩渣中的大部分鐵還原，使大部分鐵從釩渣中分離出去，而釩仍留在釩渣中，這樣得到了V/Fe比高的預(yù)還原釩渣。第二階段是在電弧爐內(nèi)，將脫鐵后的預(yù)還原釩渣通過碳、硅還原，得到釩鐵含釩硅錳合金。

2 山東石橫特鋼公司礦熱爐條件

2.1 裝備基本情況

變壓器容量為12 500kVA矮煙罩半封閉礦熱爐2臺(tái)，單爐生產(chǎn)量為8t，礦熱爐進(jìn)線電壓35kV，二次側(cè)電壓120V～140V，19級(jí)有載調(diào)壓。

2.2 釩渣理化指標(biāo)

表1 釩渣理化指標(biāo) /%

3 試驗(yàn)過程

3.1 含釩硅錳合金試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

還原劑并不是平均分配還原各氧化物，而是具有選擇性，根據(jù)各氧化物的穩(wěn)定性不同有不同的分配，氧化物的穩(wěn)定性差，被還原出來的金屬數(shù)量就越多，反之氧化物穩(wěn)定性越好，被還原出的金屬數(shù)量就越少。根據(jù)還原平衡原理，我公司在正常生產(chǎn)硅錳合金的配料基礎(chǔ)上，通過理論計(jì)算增加還原釩渣中V2O5用焦丁量和適量螢石量。

山東石橫特鋼公司冶金材料廠根據(jù)實(shí)際情況制定《試生產(chǎn)含釩硅錳合金工藝操作規(guī)程》，同時(shí)于2014年11月份，在2#礦熱爐進(jìn)行了附加釩渣生產(chǎn)含釩硅錳合金試驗(yàn)，按照釩渣添加量不同共進(jìn)行了6次試驗(yàn)，每次生產(chǎn)5爐，釩渣添加量分別為0.5t、1t、1.5t、2t、2.5t、3t。通過試驗(yàn)對(duì)比，釩渣加入量在2t時(shí)，生產(chǎn)成本性價(jià)比最低。本文針對(duì)釩渣加入量在2t時(shí)做詳細(xì)介紹。

表2 加入2t釩渣和不加入硅錳合金成分對(duì)比表/%

(1)在目前礦熱爐還原能力條件下，用碳質(zhì)還原劑還原V2O5，V元素主要以VC的形式進(jìn)入合金，故合金中隨著V元素量增加，C元素逐漸升高，每爐增加20kg焦丁;Si元素也參與還原V2O5，所有生產(chǎn)的產(chǎn)品中Si元素降低。期間Si元素由17.43%降低至16.64%，C元素由最低1.60%升高至2.06%，符合理論推算。

(2)因釩渣含鐵量較高(含TFe23.75%)，在釩渣加入量2.0t/爐基礎(chǔ)上，隨著釩渣加入量的不斷增加，合金中錳含量逐漸降低，期間錳元素由最高65.16%降至64.93%，符合理論推算。

(3)試生產(chǎn)期間因釩渣帶入Al2O3量增加，試驗(yàn)前期出現(xiàn)爐渣發(fā)黏、排渣不暢的現(xiàn)象，通過每爐多加300kg螢石來調(diào)整爐渣粘稠度，單位產(chǎn)品冶煉電耗較正常生產(chǎn)升高0.80kWh/t，確保生產(chǎn)期間爐況正常。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過試驗(yàn)，加熱爐每月生產(chǎn)130t含釩硅錳，用于煉鋼生產(chǎn)含釩鋼種。煉鋼根據(jù)不同鋼種成分要求，選取適量含釩硅錳，與正常的硅錳合金進(jìn)行配比，以得到有效的釩元素。經(jīng)測(cè)定，煉鋼使用含釩硅錳時(shí)，釩回收率穩(wěn)定，平均在95%以上，達(dá)到了合金替代要求，能夠有效降低生產(chǎn)成本。

釩渣加入量在2.0t/爐情況下，生產(chǎn)含釩硅錳成本升高1437.70元/t，再加上因硅、錳元素降低導(dǎo)致折基產(chǎn)量降低影響成本升高88.25元/t，生產(chǎn)的含釩硅錳中釩元素產(chǎn)生效益1 978.34元/t，故，生產(chǎn)含釩硅錳能夠降低成本452.39元/t合金。

4 結(jié)論

(1)釩渣在加熱爐中的應(yīng)用，驗(yàn)證了用碳質(zhì)還原劑還原釩渣技術(shù)上可行，工藝上合理，釩元素回收率為80.54%。

(2)煉鋼廠在生產(chǎn)含釩鋼種時(shí)，通過配比適量含釩硅錳合金，有效降低綜合生產(chǎn)成本。

［1］楊紹利，釩鈦材料［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］王筱留，鋼鐵冶金學(xué)［M］.冶金工業(yè)出版社，2013.