轉爐含釩鋼渣冶煉釩系合金新流程工藝思路

馮曉明（承德建龍特殊鋼有限公司，河北 承德067000）

0 引言

釩是重要的和化學元素，在眾多工業領域的作用非常重要，在冶金、化工以及航天等關鍵性的行業領域被全面的使用，所生產的產品性能優良。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合礦。釩鈦鐵磁礦以及部分鐵礦的釩存儲量，相較于其它的類似元素存量最高，世界上重要的產釩國家都是從這些物質中進行釩的提取。高爐內所冶煉的釩鈦鐵磁礦是經過選擇之后的，以此生成含有釩元素的鐵水，繼而送入轉爐內，有選擇的進行氧化提釩的過程，獲取半鋼與釩渣。濕法提綱使用釩渣，轉爐煉鋼使用半鋼。但是釩渣會伴隨著倒半鋼操作流出來，進而導致轉爐鋼渣中仍然含有不少的釩。結合某廠對轉率鋼渣的實際生產經驗，提出一套轉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，燒結是按比例加入焦粉、除塵灰以及黏結劑，再加以混料與造粒處理。在12.5MVA礦熱爐中冶煉時加入20%的釩鈦磁鐵球，以此生成高釩生鐵。準備兩臺容量為3噸的AOD爐，一臺用高釩鐵水、上部吹入氧氣、下部吹入氬氣或氮氣攪拌之后作為原料，為了將釩集中到鋼渣中，同時確保提取釩物質，保留炭物質，需要在攪拌的同時加入定量的冷卻劑。另一臺設備是將提釩處理之后的鐵水進行脫磷脫碳的處理，以及生成低釩的合金物質。將生成的釩渣使用硅熱法，在5噸的傾動電爐之中進行運作，生成硅釩合金。同時，加入釩片，使用真空電阻爐與重熔爐來制成不一樣密度的釩氮合金。

1.1 礦熱爐冶煉高釩生鐵

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

礦熱爐內不能直接加粉進去，所以加入爐內的粉礦必須經過制粒處理。釩渣、焦粉以及除塵灰等原料在燒結之前需要混料與造粒處理，完成燒結的礦由皮帶機送至配料站統一管理儲存[1]。同時，還原劑、白云石以及釩鈦磁鐵礦檢驗合格之后裝載至倉庫，再運送至冶煉日料庫進行統一管理。倉庫所儲存的原料需要哪個保障礦熱爐連續12個小時不間斷的生產。所有的配料倉都安設單一的出口并單獨配置稱重裝備。被運送至礦爐頂料倉的原料需要經過嚴格的稱量，再被加入爐內進行生產。

新型含釩生鐵電爐的操作與控制，與傳統的操作方式存在很大的差異。傳統的操作是通過對電極的位置進行改變來調整電極與電流。含釩生鐵電爐的電極位置并不發生變動，一旦爐內的電阻出現變化，保持恒定功率的方法就是調整變壓器。電極液壓的升降與壓放都可以采用自動或手動的方法。PLC系統的功能是控制車間上料以及含釩生鐵電爐的調節。

1.2 AOD爐冶煉釩渣及低釩合金

礦熱爐為AOD精煉車間提供生產所需的含釩生鐵，這一車間的位置設置要緊挨著礦熱爐的澆筑位置，縮短鐵水的運輸距離，保證溫度并對溫度進行充分的利用，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，再運送到成品區，在AOD精煉爐里使用吊車加入3噸鐵水，開始進行冶煉。冶煉的過程中需要及時使用除塵風機進行加速，在前期應注意小流澆入，以免撒漏。同時為了防止脫鉤，應該強化爐口與天車之間的緊密配合。

澆筑完畢的鐵水第一個步驟就是提釩。對其加入氧氣來保證高溫。在一定的溫度范圍內炭會早于釩被優先氧化，不然會影響鋼渣內釩的含量，導致生產的金屬減少。所以，需要合理的加入適量的冷卻劑來調節溫度，保證提釩保炭的高質量。將吹煉完成的鐵水輸送至鐵水包中，在加入另外一臺AOD精煉爐，并將釩渣倒入渣盤當中，對爐內的情況進行細致的檢查以便于下次冶煉提釩[3]。

圖1 AOD爐雙聯冶煉釩渣及低釩合金工藝流程圖

脫磷脫碳操作在另一臺AOD精煉爐內進行，以此生成低釩合金。頂部加入氧氣并在底部加入氮氣，再充分的攪拌。高質量的脫磷需要加入適量的石灰，制成高堿度的鋼渣。這一過程主要發生炭氧反應，即可在適當的操作范圍內實現最佳的脫磷效果。這一過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 精良爐雙聯的工藝，具有工藝流程簡短、工序簡潔、設備簡單的優勢，同時管理方便，經營成本低。其具體的工藝流程如圖1所示。

1.3 傾動電爐冶煉硅釩合金

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。經過電極起弧將溫度升高至2700℃直至熔化，經過粗煉脫氧反應與精良還原反應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鋼中釩的分離與析出，以此來確保細化晶粒與沉淀強化作用的充分發揮，進而使得鋼的韌性與強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中，釩氮合金被廣泛的應用。

制取釩氮合金有加入液態氮與固態氮兩種方法。液體滲氮存在溫度高，但是所制取的產品含氮量低的缺點。所以現階段多用固體滲氮的方式來進行釩氮合金的制取。

其具體的冶煉工藝為：購買一定數量的釩片，首先使用顎式破碎機將其大致破碎為大小不超過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。在600～1300℃以及氮氣壓力在50～5000Pa的環境下進行脫磷與氧化8～10小時，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品，就需要使用重熔爐進行二次加密。

2 結語

釩作為一種具備廣泛用途的戰略性資源，對其合理的開發與使用非常的重要。雖然目前我國轉爐釩鋼渣的產量非常之高，但是由于鋼渣提釩的技術不夠成熟，導致一大半的鋼渣無法被二次利用。文章中所探尋的全新冶煉工藝：礦熱爐-AOD精煉爐-傾動電爐-真空電阻爐-重熔爐，能夠妥善的處理這問題，保證鋼渣資源有效的二次利用，這將對促進鋼渣資源的綜合利用具有改革性的積極意義，，具有廣闊的發展情景，經濟意義非凡。