第五章含钒铁水炼钢工艺及钢渣(钒渣)提钒介绍

①轻烧镁球：1.0~1.5吨/炉，中高碳钢取下限，低碳钢取上限
②锰矿：0.4~0.6吨/炉 ③石英砂：根据石灰加入量控制 ④复合渣加入量为石灰的40%。
⑶渣料加入时间和炉渣的控制 攀钢渣料一般分两批加入,第一批占总渣料的60%以上,其余在第二批
分小批加入。如拉碳后需调整炉渣或炉温，则再加入第三批渣料。
高，本身还含有大量的物理热。将这种炉渣部分地或全部留在炉内， 可显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期的去磷和去硫
率，节省石灰用量和提高炉子的热效率。
留渣法操作适合于成渣困难的铁水条件，其脱磷率可达 85%左 右，脱硫率可达40~50%左右。 注意：这种渣有一定氧化性(尤其是低碳钢的终渣)，兑铁时会产 生爆炸性喷溅，不利于安全生产，但在兑铁前先加少量石灰稠化炉 渣，兑铁时细流慢兑，安全事故可完全避免。
钒氧化物由碳和硅还原，最终脱氧由硅钙合金和铝进行，这
种方法会造成还原期钢渣碱度降低(还原后渣中SiO2增加)和 氧化性(因为钒渣中氧化铁高)提高，钢中金属夹杂物增加。
②在盛钢桶中加入混合物——此方法最好 在出钢时将钒渣和还原剂组成的混合物(钒渣粉+硅铁粉 或铝粉制成块 ) 倒入盛钢桶，可避免钢脱氧时造成烧损。混 合物之间的相互作用就可达到合金化的目的。 钢水使钒氧化物发生热还原反应，还原出的钒进入钢水 中，钒还原率可达60~80%。 攀 钢 用 钒 渣 +FeSi75+ 萤 石 粉 制 成 混 合 物 ， 比 例 100:30:5,加水玻璃作粘结剂，压制成块，干燥后使用。生 产出了09V、22MnSiV、16MnSiVN等钢种。
分阶段恒压变枪位供氧操作(攀钢)
二、炼钢工艺制度 1、造渣制度
氧气转炉供氧时间只有十几分钟，在此期间内必须快速形成具有 合适碱度，较好流动性和一定氧化性的炉渣，以便迅速把半钢的磷、 硫等杂质去除，保证炼出合格优质钢水。此外，所造炉渣还应减少 炉衬的侵蚀，尽可能不引起喷溅，保证终点钢水适当的氧化性，渣 中金属铁最少，出钢后易于挂渣等特性。 造好渣是炼好钢的关键
转炉炼半钢的特殊性： 由于半钢的特点，从而决定了转炉炼钢的特殊性，即转炉炼半钢几
乎无硅锰氧化期，转炉开吹的同时就进入碳的氧化期，所以成渣困难。
为保证快速成渣，需采取以下措施： ①加辅助造渣材料。如石英砂、锰矿或复合造渣剂 (MnO=6~8%,
CaO≥5%, SiO2=52~60%, Al2O3≤8.0%,P、S≤0.1%,熔点1260℃，
铁水特点：除硫含量或磷含量降低外，其他成分基本未变，转
炉冶炼较容易。 2、含钒铁水炼钢工艺流程 铁水→脱硫→扒渣→提钒→半钢→炼钢→精炼→浇注 钒渣
提钒前后铁水和半钢成分及温度
铁水化 学成分 铁水 半钢 C%
3.9~4.6 2.7~3.8
Si%
0.05~0.20 ≤0.02
Mn%
0.1~0.30 0. 03~0.20
保渣料的有效利用。
②炉渣的控制 冶炼过程中，炉渣的控制应遵循“初期渣早化，过程渣化 透，终渣要做粘，出钢后挂渣”的原则。
如何做呢？
a. 要使初期渣早化，第一批渣料必须是低碱度、多组元、
高氧化性的渣。在初期渣中，矿物组分越多，初渣熔点越低，
成渣速度越快。此外，在吹炼过程中，采用高枪位保持渣中较 高的(FeO)含量，也有利于初期渣的形成。 b.吹炼中期由于碳的激烈氧化，渣中(FeO)被大量消耗，炉 渣“返干”，此时应适当提高枪位，保证渣中有合适的 (FeO)
含量，保证炉渣具有良好的流动性，使过程渣化透。
c. 吹炼后期，为防止产生大量低熔点物质，不利于炉衬挂 渣和保护炉衬，需适当降低枪位，控制终点(FeO)含量不能过 高，这样在出钢时，随着炉温的降低，有 MgO 微粒析出，使 炉渣粘稠，能挂于炉壁上。
2、终点控制
攀钢采用低拉增碳法。超低碳钢采用 RH脱碳，中高碳钢 采用增碳法补碳。
前期：开吹枪位1.4米，快速升温
化渣枪位2.2米，增加熔池∑(FeO)含量 中期：多次变化枪位 1.4~2.0米 后期：1.2米 减少渣中∑(FeO)含量,均匀钢水温度、成分,有 利于溅渣护炉。
枪位/m 2.2 2.0 2.0 1.8
1.4 吹炼前期
1.4
1.4 吹炼中期
1.4
1.2 吹炼后期 吹炼时间
V%
0.2~0.4 0.02~0.05
P%
0.03~0.07 P:0.05~0.09
S%
0.03~0.15 S:0.01~0.05
铁水温度℃
1180~1300 1300~1360
从表中可见，半钢和含钒铁水相比有如下特点： ①碳的质量分数降低了1.2~0.8%； ②硅为痕迹；
③锰的质量分数降低了0.07~0.10%； ④半钢温度有所上升。 虽然半钢温度有所上升，但炼钢所需热源已经非常紧缺→导致 废钢加入量减少; 采用少渣操作, 使脱磷、脱硫率降低，还会使转炉 熔池内产生大量的金属喷溅，氧枪喷嘴易被金属堵塞; 终点钢水残 锰含量减少,也增加了锰铁耗量；当钢水温度达不到终点温度要求时, 还得加提温剂提温。
(三) 钒渣作为钒化合物生产的原料
攀钢提钒工艺流程图
四、用钒渣生产V2O5工艺简介
(一)用钒渣生产V2O5的基本原理 从钒渣中提钒主要是将低价 钒 V3+ 氧化成 V5+ ，之后使之生成
溶解于水的钒酸钠，再用水浸出
到溶液中使钒与固相分离，然后 再从溶液中沉淀出钒酸盐，使钒 与液相分离，最终将钒酸盐转化 成五氧化二钒。
金(%)：26～34V,14～18Mn,4～6Cr。
注意：要提高合金钒含量可配入V2O5，这样可得到V50%以上 的钒铁。 国际上钒铁根据钒含量分为低钒铁 FeV35~50 ，一般用硅热法 生产；中钒铁 FeV55~65 和高钒铁 FeV70~80, 一般用铝热法生产。
(二)用钒渣使钢直接合金化
目前炼钢除了用含钒合金和金属化球团进行合金化外，还 可用钒渣中钒直接合金化。
第五章
含钒铁水炼钢工艺及钢 渣(钒渣)提钒
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教学要求： 1、了解含钒铁水炼钢工艺及特点 2、理解钢渣提钒的方法及其工艺 3、掌握钒渣的主要用途及其提钒方法 重点：钒渣提钒方法
难点：钒渣提钒的工艺过程
一、普通铁水与含钒铁水冶炼的区别
在各钢铁企业中，由于入转炉的铁水条件和冶炼钢种不同，其
吹炼工艺也各有差异。 1、普通铁水炼钢工艺流程 铁水→脱硫(脱磷) →扒渣→(混铁炉)→炼钢→钢水→精炼→浇注 普通铁水进厂后，一般只经过脱硫或脱磷处理，然后进入混铁 炉混匀成分和温度。
⑵渣料配比
要造好炉渣，选择合适的渣料配比非常重要。加入炉内的渣料主
要指石灰和镁质材料及少量助溶剂。对于硅、磷含量较低的半钢，根据 硫含量来确定石灰加入量。攀钢120t转炉石灰加入量规定如下： ⑴半钢中ω[S]≤0.03%时,保证石灰加入量3.0吨/炉; ⑵半钢中ω[S]＞0.03%时，石灰加入量由下式确定: 石灰加入量(t)=α×装入量×铁水硫含量 α 为造渣系数,取值范围0.7~1.0,优质钢取上限,普通钢取下限。 其他辅助材料加入量：
⑴造渣方法
攀钢目前采用的造渣方法是留渣操作法。 留渣法操作：是指将上一炉冶炼的终渣在出钢后留一部分或全部 在转炉内供下一炉冶炼时作部分初渣使用。
攀钢转炉多采用半钢冶炼，成渣困难，留渣操作不但加速了初 期渣的形成，而且较好的缓解了冶炼过程中温度不足的矛盾。
原因是：终渣一般具有较高的碱度和∑(FeO)含量，并且熔点不
程中能充分氧化。
钒渣破碎要求保证磨料质量→注意球磨的装球量，钢球大 小比例，排料速度的均匀性以及防止钒渣过湿。
钒渣预处理工艺流程
⑵俄罗斯的姆.阿.累斯：介绍了用碳在1290～1390℃预还原钒渣， 将86%的氧化铁和小于5%的氧化钒被还原到金属中，分离后钒渣
中的 V/Fe 比由 0.20 ～ 0.25 提高到 1.0 ～ 1.5 。再用 75% 的硅铁和
铝 还 原 预 还 原 钒 渣 得 到 合 金 (%) ： 20 ～ 26V,10 ～ 15Mn,2 ～ 4Cr,14 ～ 18Si,3 ～ 6Ti 。用预还原钒渣精炼此合金后得到钒铁合
V2O5-Na2CO3相图
(二)用钒渣生产V2O5工艺 钒渣生产 V2O5 的工艺流程：主要有原料预处理、氧化焙烧、 熟料浸出、沉钒及熔化五个工序。
1、原料预处理
定义：就是将钒渣破碎到一定粒度后再与一定比例的钠盐添 加剂混合均匀的过程。包括钒渣破碎、球磨、除铁、配料(配入 添加剂)、混料等。
⑴ 原料预处理的工艺 ① 钒渣的破碎 定义：就是将大块钒渣经破碎机和球磨机粉碎到一定粒度 的粉末状态，以提高钒渣的比表面积，保证钒渣在氧化焙烧过
①渣料加入时间 第一批渣料在兑铁前或开吹时加入,包括石灰、镁质材料和酸性材料。
第二批渣料在第一批渣料化好、化透后分小批量多次加入(每次不超过
0.5吨)，这样有利于石灰熔化，避免炉渣“返干”，同时还可以较好控制 炉内泡沫渣，防止喷溅和溢渣，在吹炼终点前3~5min全部加完。 第三批渣料是否加入，根据拉碳后硫、磷去除情况而定。 注意：无论加几批渣料或加多少渣料，都必须保证终点炉渣化好，确
粒度30~50mm)等来调整炉渣碱度和加速成渣。锰矿还可以提高终渣 中(MnO)含量，使炉渣粘稠易于挂在炉衬上，从而提高炉龄。
②控制好氧枪枪位，确保熔池有相当高的∑(FeO)含量，才能保证炉
渣快速形成。攀钢转炉造渣过程枪位控制见下页图。 ③留渣操作：将上炉冶炼终渣留一部分或全部在炉内作下炉的冶炼初
渣使用。
冶炼含钒生铁79%
转炉生产钒渣66% 含 钒 中 间 合 金 50 %
金属化含钒球团93%
钒渣生产V2O5 47% 冶炼钒铁44.5%
直 接 合 金 化
直 接 合 金 化
钒转入钢中的比率42%
47.5%
53% 71%
80%
钒渣直接使钢合金化方法举例： ①在炼钢过程中加入钒渣（苏联） 在碱性电弧炉中直接合金化的方法是：先将炼钢过程中 产生的磷氧化物放出，在还原期加入钒渣、碎焦和粉状硅铁，
三、钒渣的作用
①钒渣直接冶炼钒铁
②钒渣作为生产钒化合物原料
③用钒渣使钢直接合金化

(一)钒渣直接冶炼钒铁的方法 1、基本原理 钒渣直接冶炼钒铁的方法分两步进行： 首先将钒渣中的氧化铁采用选择性还原的方法，在电
弧炉内用碳、硅铁或硅钙合金将钒渣中的铁还原，使大
部分铁从钒渣中分离出去，而钒仍留在钒渣中，这样得 到了V/Fe比高的预还原钒渣。 第二阶段是在电弧炉内，将脱铁后的预还原钒渣用 碳、硅或铝还原，得到钒铁合金。
①一次精炼法由钒硅合金、五氧化二钒和石灰按 120:75:126 的重 量比组成的炉料在电炉内精炼 ,得到的合金成份 (%):44.46V 、34.85Fe、 16.97Si 、 0.91Cr 、 0.92Ti 、 0.71Mn 、 0.23C 。同时得到中间渣含 V9.1%。 ②两次精炼法首先将一次精炼得到的中间渣与钒硅合金一起精炼得 到中间钒硅合金 (含33.80%V ，23.33%Si) ，再配入五氧化二钒和石灰 进行二次精炼得到钒铁成份为(%)：55.80V、0.78Si。钒回收率87%。
2、钒渣直接使钢合金化
采用钒渣直接合金化原理：是用钒渣和还原剂进行混合， 还原渣中的钒氧化物，并使钒转入钢中。
优点：可显著降低合金化的成本，减少生产钒铁造成的
钒损失，提高钒利用率。目前俄罗斯许多企业采用钒渣直接 合金化。采用不同含钒原料使钢合金化时，钒进入钢的比率 及工艺流程图见下页。
含钒铁精矿100%V 造块原料(烧结球团)97.8%
1、含钒合金
⑴钒铁合金化是在钢包内进行的，钒铁有熔化温度高，密度
大，钒浓度高特点，其溶解并均匀分布较困难。
⑵含钒复合合金，除含钒外，还有其他脱氧和合金元素，如 Si、Mn、Ti、Cr、C、N等，它能降低熔炼温度和密度，有助 于合金的快速溶解，其优点是易于操作，不影响冶炼过程，保 证钢中钒含量高而且稳定，但生产成本高。
2、用钒渣直接冶炼钒铁方法举例
⑴ 美 国 专 利 提 出 ： 第 一 步 将 钒 渣 ( 含 V2O517.5~22.5% ，
SiO216.74~17.57%) 、石英、熔剂与炭在电弧炉内冶炼出钒硅合金 (18.97%V,42.02%Si ，32.16%Fe)；第二步用氧化钒和钒渣精炼的钒
硅合金，降低硅得到钒铁合金。精炼可分一次精炼法和两次精炼法。