转炉含钒钢渣冶炼钒系合金新流程工艺思路

冯晓明（承德建龙特殊钢有限公司，河北 承德067000）

0 引言

钒是重要的和化学元素，在众多工业领域的作用非常重要，在冶金、化工以及航天等关键性的行业领域被全面的使用，所生产的产品性能优良。钒在一般情况下的存在形式始于其它的元素共同形成共生矿或者复合矿。钒钛铁磁矿以及部分铁矿的钒存储量，相较于其它的类似元素存量最高，世界上重要的产钒国家都是从这些物质中进行钒的提取。高炉内所冶炼的钒钛铁磁矿是经过选择之后的，以此生成含有钒元素的铁水，继而送入转炉内，有选择的进行氧化提钒的过程，获取半钢与钒渣。湿法提纲使用钒渣，转炉炼钢使用半钢。但是钒渣会伴随着倒半钢操作流出来，进而导致转炉钢渣中仍然含有不少的钒。结合某厂对转率钢渣的实际生产经验，提出一套转炉钢渣冶炼钒系列合金的全新工艺。

1 冶炼工艺流程

将钢渣作为原料，烧结是按比例加入焦粉、除尘灰以及黏结剂，再加以混料与造粒处理。在12.5MVA矿热炉中冶炼时加入20%的钒钛磁铁球，以此生成高钒生铁。准备两台容量为3吨的AOD炉，一台用高钒铁水、上部吹入氧气、下部吹入氩气或氮气搅拌之后作为原料，为了将钒集中到钢渣中，同时确保提取钒物质，保留炭物质，需要在搅拌的同时加入定量的冷却剂。另一台设备是将提钒处理之后的铁水进行脱磷脱碳的处理，以及生成低钒的合金物质。将生成的钒渣使用硅热法，在5吨的倾动电炉之中进行运作，生成硅钒合金。同时，加入钒片，使用真空电阻炉与重熔炉来制成不一样密度的钒氮合金。

1.1 矿热炉冶炼高钒生铁

转炉含钒钢渣以及钒钛磁铁矿是在矿热炉进行含钒生铁生产的主要原料。其主要的造渣剂是白云石与硅石，还原剂是炭质。利用电加热提供足够的温度在矿热炉内进行成品加工生产。具体的生产操作流程是原料预处理、烧结以及冶炼。

矿热炉内不能直接加粉进去，所以加入炉内的粉矿必须经过制粒处理。钒渣、焦粉以及除尘灰等原料在烧结之前需要混料与造粒处理，完成烧结的矿由皮带机送至配料站统一管理储存[1]。同时，还原剂、白云石以及钒钛磁铁矿检验合格之后装载至仓库，再运送至冶炼日料库进行统一管理。仓库所储存的原料需要哪个保障矿热炉连续12个小时不间断的生产。所有的配料仓都安设单一的出口并单独配置称重装备。被运送至矿炉顶料仓的原料需要经过严格的称量，再被加入炉内进行生产。

新型含钒生铁电炉的操作与控制，与传统的操作方式存在很大的差异。传统的操作是通过对电极的位置进行改变来调整电极与电流。含钒生铁电炉的电极位置并不发生变动，一旦炉内的电阻出现变化，保持恒定功率的方法就是调整变压器。电极液压的升降与压放都可以采用自动或手动的方法。PLC系统的功能是控制车间上料以及含钒生铁电炉的调节。

1.2 AOD炉冶炼钒渣及低钒合金

矿热炉为AOD精炼车间提供生产所需的含钒生铁，这一车间的位置设置要紧挨着矿热炉的浇筑位置，缩短铁水的运输距离，保证温度并对温度进行充分的利用，这是确保金属制成率的有效手段[2]。

矿热炉将制成的生铁送到铁水包，再运送到成品区，在AOD精炼炉里使用吊车加入3吨铁水，开始进行冶炼。冶炼的过程中需要及时使用除尘风机进行加速，在前期应注意小流浇入，以免撒漏。同时为了防止脱钩，应该强化炉口与天车之间的紧密配合。

浇筑完毕的铁水第一个步骤就是提钒。对其加入氧气来保证高温。在一定的温度范围内炭会早于钒被优先氧化，不然会影响钢渣内钒的含量，导致生产的金属减少。所以，需要合理的加入适量的冷却剂来调节温度，保证提钒保炭的高质量。将吹炼完成的铁水输送至铁水包中，在加入另外一台AOD精炼炉，并将钒渣倒入渣盘当中，对炉内的情况进行细致的检查以便于下次冶炼提钒[3]。

图1 AOD炉双联冶炼钒渣及低钒合金工艺流程图

脱磷脱碳操作在另一台AOD精炼炉内进行，以此生成低钒合金。顶部加入氧气并在底部加入氮气，再充分的搅拌。高质量的脱磷需要加入适量的石灰，制成高碱度的钢渣。这一过程主要发生炭氧反应，即可在适当的操作范围内实现最佳的脱磷效果。这一过程中水中有少量的钒被氧化，确保了钒的有效含量。

钒渣的与低钒合金的冶炼方式采用AOD 精良炉双联的工艺，具有工艺流程简短、工序简洁、设备简单的优势，同时管理方便，经营成本低。其具体的工艺流程如图1所示。

1.3 倾动电炉冶炼硅钒合金

将原料打破，制成10～15mm 大小的颗粒，加入定量的钒渣、硅铁、铁粉以及石灰，用作还原剂，再加入适量的脱磷剂与造渣剂，搅拌均匀后加至炉内。经过电极起弧将温度升高至2700℃直至熔化，经过粗炼脱氧反应与精良还原反应之后把生成的炉渣清除出去，这些炉渣可以在日后用于还原剂使用。在椗模中加入铁水，冷却后清出浮渣就得到了硅钒合金。将其精细加工成30～50mm的成品，包装后即可出售。

1.4 真空电阻炉、重熔炉冶炼钒氮合金

将钢中的氮含量增大能够促进钢中钒的分离与析出，以此来确保细化晶粒与沉淀强化作用的充分发挥，进而使得钢的韧性与强度性能得到大幅度的提升。这样还可以大幅度的减少钒的使用，有效的降低了生产成本[4]。因此，在耐热钢、耐腐蚀钢以及合金钢这一系列特殊钢材的冶炼与生产中，钒氮合金被广泛的应用。

制取钒氮合金有加入液态氮与固态氮两种方法。液体渗氮存在温度高，但是所制取的产品含氮量低的缺点。所以现阶段多用固体渗氮的方式来进行钒氮合金的制取。

其具体的冶炼工艺为：购买一定数量的钒片，首先使用颚式破碎机将其大致破碎为大小不超过20mm 的小片，然后混合定量的碳粉与粘合剂，搅拌均匀后成型，干燥处理之后输送至750KVA 的真空电阻炉内。在600～1300℃以及氮气压力在50～5000Pa的环境下进行脱磷与氧化8～10小时，然后就可以得到钒氮合金。这种合金密度不高，想要获得高密度的合金产品，就需要使用重熔炉进行二次加密。

2 结语

钒作为一种具备广泛用途的战略性资源，对其合理的开发与使用非常的重要。虽然目前我国转炉钒钢渣的产量非常之高，但是由于钢渣提钒的技术不够成熟，导致一大半的钢渣无法被二次利用。文章中所探寻的全新冶炼工艺：矿热炉-AOD精炼炉-倾动电炉-真空电阻炉-重熔炉，能够妥善的处理这问题，保证钢渣资源有效的二次利用，这将对促进钢渣资源的综合利用具有改革性的积极意义，，具有广阔的发展情景，经济意义非凡。