《全球铁合金网》2011-3-14:根据攀成钢含钒铁水的特点和设备、工艺实际情况,采用转炉双联提钒法,开展了低钒铁水提钒工业试验,生产出成品试验钒渣143.2t。铁水提钒各项技术经济指标优良,半钢[C]3.23%,[V]0.036%,温度1395.5℃;钒渣V2O56.71%TFe34.2%;钒氧化率76%,钒回收率为62.78%。提钒过程钒、碳元素氧化特征表明,提钒主要在吹氧3min前进行,4.5min时结束;脱碳主要在提钒后期进行。
随着国内外钢铁产能的逐步增加,普通铁矿石的供应量日趋紧张,不仅导致钢铁生产成本上升,同时影响到钢铁企业的生产稳定和生产安全。因此,为了充分利用攀西地区丰富的钒钛磁铁矿资源,在攀成钢采用钒钛磁铁矿高炉冶炼技术,使铁水[V]达0.15%以上。该含钒铁水若不进行提钒,按攀成钢年产含钒铁水近1500 kt估算,钒资源的流失将达2 000 t以上。钒是钒钛矿高炉冶炼产出的铁水中特有的有价元素。提取钒渣,生产出V2O5产品,符合国家资源综合利用的战略思路与发展目标要求。
目前,国内外生产钒渣方法主要有:南非摇包提钒工艺,新西兰铁水包吹钒工艺,俄罗斯、中国的转炉提钒工艺以及中国的雾化提钒工艺(该工艺现已停用)。各种提钒工艺中,以俄罗斯下塔吉尔钢厂转炉提钒工艺的各项经济指标最好[1,2]。它由4座160t转炉进行双联提钒。提钒在炼钢500~800炉后进行,年产实物钒渣100~120kt,各项技术经济指标为:钒氧化率≥90%,钒回收率82%~84%,半钢收率90%~94%,[C]半3.0%~3.26%,[V]半0.02%~0.04%。南非摇包提钒工艺和新西兰铁水包吹钒工艺的[V]半在0.06%~0.20%之间[3,4]。中国承钢采用30t转炉提钒,钒氧化率仅为70%~85%[5,6]。
在2005年攀成钢低钒铁水转炉提钒首次探索性试验的基础上,2006年在攀成钢2座30t转炉上开展了208炉含钒铁水转炉双联提钒试验。本次试验旨在考查攀成钢转炉铁水提钒实现工业化的可行性、经济性,并生产出钒渣,为水法提钒工业性连续试验提供原料。试验达到了预期效果,在铁水[V]仅为0.150%条件下,半钢[C]3.23%(范围2.51%~3.7%),[V]0.036%(范围0.013%~0.074%);钒渣V2O5 6.71%(范围4.09%~11.28%)。实物钒渣重量228t,成品钒渣重量143.2t。由表5可见,①在铁水[V]仅为0.15%条件下,攀成钢30t转炉提钒达到了预期效果。钒渣品位6.71%(范围4.09%~11.28%),与理论值(V2O57%)基本一致。②钒渣中TFe为34.2%,与承钢[6]、西昌新钢业30t转炉提钒的钒渣TFe(35%)相当。③渣中CaO较高,达3.34%。究其原因,主要是铁水带高炉渣,以及提钒用转炉的炉衬挂有钢渣所致。①钒渣CaO<2.5%者仅占29.51%,<3.5%者占63.93%。②钒渣TFe<30%者仅占24.59%,<35%者占55.74%。个别炉次钒渣TFe含量较高,主要是铁水温度高(1300℃以上),以及设备原因,造成铁皮球加入较多(0.7t/炉)所致。③V2O5≥5%者占85.25%,≥8%者占19.68%。钒渣是一个氧化物体系。钒渣的形成是铁水中溶质元素氧化生成各自氧化物的过程。其表现规律是:吹钒前期,初渣为液态渣,渣中钒铁尖晶石低,氧化铁、氧化硅含量高,粘度低,流动性好,在吹炼中后期,渣中钒铁尖晶石快速增多,渣态向糊状转化,粘度显著增大,最后形成粘稠渣。如果金属中氧活度[ao]大于与被氧化成份相平衡的氧活度(ao),反应可按式(3)正向进行。顶吹转炉中的反应状态是由扩散环节和化学反应动力学环节组成的混合态,并以化学反应动力学环节的作用为主。为了加速化学反应动力学环节,应增大金属与氧气的接触面,更重要的是要补加氧化铁皮或复合球等氧化剂,因为熔体从上述氧化剂中进氧的速率要比从气流中进氧高很多。文献[10]进一步指出,在低钒铁水中,钒主要靠铁氧化物中的氧进行氧化。
综上所述,铁水中诸元素在吹钒过程中的氧化特征是:在铁水气、液界面上消耗的氧气,按反应(1)形成以FeO为主的初渣;然后通过FeO的传质作用,在渣、铁界面上按反应(2)进行Si、Ti、V、Mn、Cr等元素的选择性氧化反应。根据元素氧化特征,在吹钒初期加入氧化铁皮可以明显加快铁水中元素氧化速度。由铁水吹钒过程[C]、[V]变化可知,①脱钒贯穿于整个提钒过程,但不同吹钒期脱钒速率不同,且相差很大。吹钒前期,熔池呈现“纯提钒”特征,脱钒速率明显快于中后期。到4.5min时,提钒基本结束。根据计算,吹钒3min前,脱钒量可占总脱钒量的80%以上;②吹钒前期脱碳较少,中后期脱碳速率明显加快,此时,V、Si、Mn等元素大多氧化,氧主要与铁水中碳反应,使熔池温度迅速升至目标值。中后期脱碳量可达总脱碳量的80%以上。试验钒渣主要物相及其含量见表6。由表6可见,攀成钢试验钒渣的钒铁尖晶石含量少且晶粒小。该结果的产生主要因铁水[V]低且钒渣1炉1出所致。钒渣品位低,钒铁尖晶石少,对后步水法提钒影响较大,既增大了水法提钒工序的磨料量,降低其产能,又将降低钒焙烧转化率和钒收率,增加水法提钒成本。
因此,今后攀成钢铁水提钒时,高炉铁水[V]应提高到0.2%以上,同时,要采用多炉出钒渣技术。试验钒渣由铁锰橄榄石、钒铁尖晶石、磁铁矿、硅酸盐相等构成。钒铁尖晶石是渣中主要含钒矿物,呈粒状,部分为完好的八面晶形,但各晶粒间含钒差异较大。磁铁矿为不规则的粒状,有的为细粒状。铁锰橄榄石呈不规则的粒状,充填在其它物相的间隙中。试验钒渣含钒较低,含钛较高。钢余钒在生产上是难以达到的。这表明,攀成钢转炉铁水提钒工艺的“保碳脱钒”难度比国内外钒生产厂家都大。而俄罗斯下塔吉尔钢厂等企业因铁水[V]高,[V]半≤0.045%时,ηV就能达90%以上。在铁水[V]0.15%条件下,本次30t转炉提钒试验的钒氧化率ηV为76%,比攀钢本部(85%~90%)低。钒氧化率低主要是铁水[V]低所致,而波动大主要是由“铁水质量(如:[V]、温度等)不稳定,以及攀成钢现场试验时铁水/半钢钒、碳成分不能及时化验出”所致。钒回收率(ηR)决定着提钒工艺水平的高低。ηR越高,则钒渣产量越高,获得效益越大。
攀钢原雾化提钒由于受自身工艺条件的限制,钒渣、半钢分离时,钒渣流失大,ηR低(73%)[11]。攀钢和俄罗斯下塔吉尔钢厂转炉提钒工艺的ηR达80%~84%[12]。攀成钢低钒铁水提钒试验的钒平衡见表7。由表7可见,①试验钒渣中的钒重量为5.38t。②钒回收率为62.78%。若今后烟尘及绝废渣中的钒能得到回收,钒回收率将达73%以上。③金属收得率为97.5%。与攀钢本部120t转炉提钒的金属收得率(98%)相当。钒渣中CaO可与V2O5形成钒酸钙,钒酸钙不溶于水,在水法提钒时,造成钒回收率降低,因此,转炉提钒试验时,必须要控制好钒渣中CaO含量。可从“减少铁水带渣量和采用专用转炉提钒”两方面加以解决。降低钒渣中TFe含量是提高金属收得率的关键。稳定铁水[C]、[V]、[Si]含量,控制好铁水温度,采用较合理的冷却制度,并维护好设备,使冷却剂量准确加入,对降低钒渣中TFe有效。在铁水钒含量仅为0.15%的条件下,通过工业性试验,生产出成品试验钒渣143.2t。低钒铁水提钒的主要指标优良,半钢[C]3.23%,[V]0.036%,温度1395.5℃;钒渣V2O56.71%,TFe34.2%;钒氧化率76%,钒回收率为62.78%。低钒铁水提钒的钒、碳元素氧化特征表明,铁水提钒主要在吹氧3min前进行,到4.5min时,提钒基本结束;脱碳主要在提钒后期进行。