轉(zhuǎn)爐含釩鋼渣冶煉釩系合金新流程工藝思路

馮曉明（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰荆颖?承德067000）

0 引言

釩是重要的和化學(xué)元素，在眾多工業(yè)領(lǐng)域的作用非常重要，在冶金、化工以及航天等關(guān)鍵性的行業(yè)領(lǐng)域被全面的使用，所生產(chǎn)的產(chǎn)品性能優(yōu)良。釩在一般情況下的存在形式始于其它的元素共同形成共生礦或者復(fù)合礦。釩鈦鐵磁礦以及部分鐵礦的釩存儲(chǔ)量，相較于其它的類似元素存量最高，世界上重要的產(chǎn)釩國(guó)家都是從這些物質(zhì)中進(jìn)行釩的提取。高爐內(nèi)所冶煉的釩鈦鐵磁礦是經(jīng)過(guò)選擇之后的，以此生成含有釩元素的鐵水，繼而送入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，有選擇的進(jìn)行氧化提釩的過(guò)程，獲取半鋼與釩渣。濕法提綱使用釩渣，轉(zhuǎn)爐煉鋼使用半鋼。但是釩渣會(huì)伴隨著倒半鋼操作流出來(lái)，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐鋼渣中仍然含有不少的釩。結(jié)合某廠對(duì)轉(zhuǎn)率鋼渣的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出一套轉(zhuǎn)爐鋼渣冶煉釩系列合金的全新工藝。

1 冶煉工藝流程

將鋼渣作為原料，燒結(jié)是按比例加入焦粉、除塵灰以及黏結(jié)劑，再加以混料與造粒處理。在12.5MVA礦熱爐中冶煉時(shí)加入20%的釩鈦磁鐵球，以此生成高釩生鐵。準(zhǔn)備兩臺(tái)容量為3噸的AOD爐，一臺(tái)用高釩鐵水、上部吹入氧氣、下部吹入氬氣或氮?dú)鈹嚢柚笞鳛樵?，為了將釩集中到鋼渣中，同時(shí)確保提取釩物質(zhì)，保留炭物質(zhì)，需要在攪拌的同時(shí)加入定量的冷卻劑。另一臺(tái)設(shè)備是將提釩處理之后的鐵水進(jìn)行脫磷脫碳的處理，以及生成低釩的合金物質(zhì)。將生成的釩渣使用硅熱法，在5噸的傾動(dòng)電爐之中進(jìn)行運(yùn)作，生成硅釩合金。同時(shí)，加入釩片，使用真空電阻爐與重熔爐來(lái)制成不一樣密度的釩氮合金。

1.1 礦熱爐冶煉高釩生鐵

轉(zhuǎn)爐含釩鋼渣以及釩鈦磁鐵礦是在礦熱爐進(jìn)行含釩生鐵生產(chǎn)的主要原料。其主要的造渣劑是白云石與硅石，還原劑是炭質(zhì)。利用電加熱提供足夠的溫度在礦熱爐內(nèi)進(jìn)行成品加工生產(chǎn)。具體的生產(chǎn)操作流程是原料預(yù)處理、燒結(jié)以及冶煉。

礦熱爐內(nèi)不能直接加粉進(jìn)去，所以加入爐內(nèi)的粉礦必須經(jīng)過(guò)制粒處理。釩渣、焦粉以及除塵灰等原料在燒結(jié)之前需要混料與造粒處理，完成燒結(jié)的礦由皮帶機(jī)送至配料站統(tǒng)一管理儲(chǔ)存[1]。同時(shí)，還原劑、白云石以及釩鈦磁鐵礦檢驗(yàn)合格之后裝載至倉(cāng)庫(kù)，再運(yùn)送至冶煉日料庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。倉(cāng)庫(kù)所儲(chǔ)存的原料需要哪個(gè)保障礦熱爐連續(xù)12個(gè)小時(shí)不間斷的生產(chǎn)。所有的配料倉(cāng)都安設(shè)單一的出口并單獨(dú)配置稱重裝備。被運(yùn)送至礦爐頂料倉(cāng)的原料需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的稱量，再被加入爐內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)。

新型含釩生鐵電爐的操作與控制，與傳統(tǒng)的操作方式存在很大的差異。傳統(tǒng)的操作是通過(guò)對(duì)電極的位置進(jìn)行改變來(lái)調(diào)整電極與電流。含釩生鐵電爐的電極位置并不發(fā)生變動(dòng)，一旦爐內(nèi)的電阻出現(xiàn)變化，保持恒定功率的方法就是調(diào)整變壓器。電極液壓的升降與壓放都可以采用自動(dòng)或手動(dòng)的方法。PLC系統(tǒng)的功能是控制車間上料以及含釩生鐵電爐的調(diào)節(jié)。

1.2 AOD爐冶煉釩渣及低釩合金

礦熱爐為AOD精煉車間提供生產(chǎn)所需的含釩生鐵，這一車間的位置設(shè)置要緊挨著礦熱爐的澆筑位置，縮短鐵水的運(yùn)輸距離，保證溫度并對(duì)溫度進(jìn)行充分的利用，這是確保金屬制成率的有效手段[2]。

礦熱爐將制成的生鐵送到鐵水包，再運(yùn)送到成品區(qū)，在AOD精煉爐里使用吊車加入3噸鐵水，開(kāi)始進(jìn)行冶煉。冶煉的過(guò)程中需要及時(shí)使用除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行加速，在前期應(yīng)注意小流澆入，以免撒漏。同時(shí)為了防止脫鉤，應(yīng)該強(qiáng)化爐口與天車之間的緊密配合。

澆筑完畢的鐵水第一個(gè)步驟就是提釩。對(duì)其加入氧氣來(lái)保證高溫。在一定的溫度范圍內(nèi)炭會(huì)早于釩被優(yōu)先氧化，不然會(huì)影響鋼渣內(nèi)釩的含量，導(dǎo)致生產(chǎn)的金屬減少。所以，需要合理的加入適量的冷卻劑來(lái)調(diào)節(jié)溫度，保證提釩保炭的高質(zhì)量。將吹煉完成的鐵水輸送至鐵水包中，在加入另外一臺(tái)AOD精煉爐，并將釩渣倒入渣盤(pán)當(dāng)中，對(duì)爐內(nèi)的情況進(jìn)行細(xì)致的檢查以便于下次冶煉提釩[3]。

圖1 AOD爐雙聯(lián)冶煉釩渣及低釩合金工藝流程圖

脫磷脫碳操作在另一臺(tái)AOD精煉爐內(nèi)進(jìn)行，以此生成低釩合金。頂部加入氧氣并在底部加入氮?dú)?，再充分的攪拌。高質(zhì)量的脫磷需要加入適量的石灰，制成高堿度的鋼渣。這一過(guò)程主要發(fā)生炭氧反應(yīng)，即可在適當(dāng)?shù)牟僮鞣秶鷥?nèi)實(shí)現(xiàn)最佳的脫磷效果。這一過(guò)程中水中有少量的釩被氧化，確保了釩的有效含量。

釩渣的與低釩合金的冶煉方式采用AOD 精良爐雙聯(lián)的工藝，具有工藝流程簡(jiǎn)短、工序簡(jiǎn)潔、設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)管理方便，經(jīng)營(yíng)成本低。其具體的工藝流程如圖1所示。

1.3 傾動(dòng)電爐冶煉硅釩合金

將原料打破，制成10～15mm 大小的顆粒，加入定量的釩渣、硅鐵、鐵粉以及石灰，用作還原劑，再加入適量的脫磷劑與造渣劑，攪拌均勻后加至爐內(nèi)。經(jīng)過(guò)電極起弧將溫度升高至2700℃直至熔化，經(jīng)過(guò)粗煉脫氧反應(yīng)與精良還原反應(yīng)之后把生成的爐渣清除出去，這些爐渣可以在日后用于還原劑使用。在椗模中加入鐵水，冷卻后清出浮渣就得到了硅釩合金。將其精細(xì)加工成30～50mm的成品，包裝后即可出售。

1.4 真空電阻爐、重熔爐冶煉釩氮合金

將鋼中的氮含量增大能夠促進(jìn)鋼中釩的分離與析出，以此來(lái)確保細(xì)化晶粒與沉淀強(qiáng)化作用的充分發(fā)揮，進(jìn)而使得鋼的韌性與強(qiáng)度性能得到大幅度的提升。這樣還可以大幅度的減少釩的使用，有效的降低了生產(chǎn)成本[4]。因此，在耐熱鋼、耐腐蝕鋼以及合金鋼這一系列特殊鋼材的冶煉與生產(chǎn)中，釩氮合金被廣泛的應(yīng)用。

制取釩氮合金有加入液態(tài)氮與固態(tài)氮兩種方法。液體滲氮存在溫度高，但是所制取的產(chǎn)品含氮量低的缺點(diǎn)。所以現(xiàn)階段多用固體滲氮的方式來(lái)進(jìn)行釩氮合金的制取。

其具體的冶煉工藝為：購(gòu)買(mǎi)一定數(shù)量的釩片，首先使用顎式破碎機(jī)將其大致破碎為大小不超過(guò)20mm 的小片，然后混合定量的碳粉與粘合劑，攪拌均勻后成型，干燥處理之后輸送至750KVA 的真空電阻爐內(nèi)。在600～1300℃以及氮?dú)鈮毫υ?0～5000Pa的環(huán)境下進(jìn)行脫磷與氧化8～10小時(shí)，然后就可以得到釩氮合金。這種合金密度不高，想要獲得高密度的合金產(chǎn)品，就需要使用重熔爐進(jìn)行二次加密。

2 結(jié)語(yǔ)

釩作為一種具備廣泛用途的戰(zhàn)略性資源，對(duì)其合理的開(kāi)發(fā)與使用非常的重要。雖然目前我國(guó)轉(zhuǎn)爐釩鋼渣的產(chǎn)量非常之高，但是由于鋼渣提釩的技術(shù)不夠成熟，導(dǎo)致一大半的鋼渣無(wú)法被二次利用。文章中所探尋的全新冶煉工藝：礦熱爐-AOD精煉爐-傾動(dòng)電爐-真空電阻爐-重熔爐，能夠妥善的處理這問(wèn)題，保證鋼渣資源有效的二次利用，這將對(duì)促進(jìn)鋼渣資源的綜合利用具有改革性的積極意義，，具有廣闊的發(fā)展情景，經(jīng)濟(jì)意義非凡。