中国钒工业的发展

中国钒工业的发展周家琮攀钢（集团）公司1.中国钒工业概述中国是世界上主要的产钒大国。

目前全球钒渣、氧化钒、钒铁的主要产地是南非、中国、俄罗斯、美国、澳大利亚、新西兰和日本等七国。

1999年世界钒产量如图1所示。

从80年代以来，南非、俄罗斯和中国一直是三个最大的产钒国，随着澳大利亚Windimurra钒项目的达产，可能会占据世界钒产量9%的份额，也将成为主要的产钒国之一。

除美国和日本从石油残渣和电厂飞灰中提取钒外，其他各国都是从矿石冶炼过程中提取钒。

说明: 图中数据（除中国外）主要参考美国地质调查局(USGS)公布的统计资料，未包括澳大利亚WindimuraV2O5（99年底投产）生产情况。

攀钢是中国最大的钒生产商，按V2O5产量计算，攀钢生产的钒原料占全国的74%左右，占世界18%左右，图2是中国钒原料生产情况。

承德钢铁公司是中国另一个主要钒生产商，近年来其生产规模也在不断扩大。

中国钒工业的崛起主要得益于攀枝花钒钛磁铁矿的开发利用。

随着1972攀钢雾化提钒投产，中国钒从无到有，从1980年开始由一个钒的进口国，变成钒的出口大国。

目前攀钢钒产品的年销售收入达到4.07亿元，出口创汇达3200万美元/年（1998年达到6500万美元），成为攀钢仅次于钢铁的第二支柱产业。

本文将以攀枝花钒的开发利用为重点，报告中国钒工业的发展历程。

图2. 中国钒原料生产情况从世界来看，钒在钢铁工业中的消费量占其总量的85%，其余应用于含钒的钛合金和化学工业。

在钢铁工业中，钒的消费分布如图3所示，高强度低合金钢（包括输气油管线钢在内）占55%左右，特殊钢（包括工具钢在内）占45%左右。

国内每年消费各种钒原料约2860吨（按金属钒计）。

其中，90%用于钢铁工业，其余10%用于催化剂、钛钒合金、颜料等领域。

在钢铁工业中有1500吨左右用于特殊钢冶炼，1100吨左右用于普通钢铁厂中冶炼高强低合金钢。

近年来，建筑含钒钢筋用钒明显上升。

除攀钢使用FeV80外，其他中国钢铁厂都以FeV50或其它形式使用钒。

国际上通常用钒消耗强度表示钢铁业钒的应用水平。

钒消耗强度按每生产1000吨钢所消耗钒的公斤数表示。

从80年代以来，世界钒消耗强度已从30kg/1000t升至1998年的50kg/1000t，增加了67%。

今后，随着对强度高、重量轻的钢材需求的增加，钒消耗强度还会进一步增加。

而中国目前钒消耗强度仅为20~25kg/1000t，其差距是显而易见的。

潜力也是巨大的。

可见，中国钒的生产已处于世界前列，但钒的应用范围、规模和水平却并不先进，与产钒大国的地位很不相称。

扩大低合金钢的应用是钢铁产品结构升级、体现钢铁工业技术水平的重要标志。

因此，大力推广包括含钒钢在内的低合金钢、调整钢铁产其他：4500吨品结构，是中国从钢铁大国向钢铁强国迈进的重要任务之一。

2. 攀钢钒产品的生产中国国内各工厂钒的提取工艺基本相同，攀钢钒氧化物生产工艺与国内同行的主要区别在于用多膛炉而不是回转窑焙烧钒渣,下面以攀钢钒产品的生产为代表来作介绍。

图4是攀枝花钒的提取工艺流程图，图中括号内的数据为V 2O 5的品位，旁边的数值为此工序的回收率。

图4. 攀枝花钒的提取工艺流程图钒钛磁铁矿原矿经选矿得到的含钒铁精矿送入烧结、炼铁工序，得到含钒铁水，含钒铁水经转炉提钒后得到钒渣，此时的钒回收率为46.28%，若考虑钢渣等的综合利用，实际的钒回收率略高于此数，可达到53%以上。

钒渣经过焙烧、浸出和沉钒等过程获得多钒酸铵，多钒酸铵经焙烧、还原等过程得到V 2O 5或V 2O 3，进一步采用电铝热法还原V 2O 5或V 2O 3来生产钒铁。

2.1 钒渣的生产攀钢从1972年开始从铁水中提取钒，在1995年以前，攀钢采用自行开发的具有自主知识产权的雾化提钒技术，规模为年产7.5万吨钒渣，处理的含钒铁水量仅150万吨/年，随着钢铁生产规模的半钢 （0.04%）钒渣 （13.28%） 炉尘 （0.14%） 钢水 （0.021%） 钢渣 （2.65%）转炉尘（0.36%））89.74%尾矿（0.068%）铁水（高炉渣（炉尘（泥浆（0.83%）扩大，为提高铁水处理能力和钒的收率，开发了有攀钢特色的转炉提钒生产工艺，建设了转炉提钒车间，目前铁水处理量达到300万吨/年，得到钒渣约13-14万吨，年处理能力可达400万吨含钒铁水。

采用转炉提钒，钒的氧化率从85%以下提高到了90%左右，半钢中的残钒降到了0.04%以下，技术指标得到大幅度提高。

图5是1972年以来攀钢的钒渣产量，可见，采用转炉提钒后钒渣产量有了很大增长。

2.2 V2O5及V2O3的生产攀钢的V2O5车间于90年3月建成投产，目前的生产能力约为3800吨/年（含攀钢西昌分公司的生产能力），该工序的钒收率在85%。

为了降低生产成本，提高生产效率，于1998年自行开发了V2O3生产工艺，与引进设备和技术相结合，于98年建成了年产3350吨的V203车间，1999年V2O3产量达到2180吨，预计2000年的产量将达到设计能力。

图6反映了历年来攀钢V2O5及V2O3的产量情况。

2.3 钒铁的生产攀钢于1991年自主开发了FeV80生产技术和装备，并投入商业生产，年产能1300吨，钒收率在95%以上，1993年攀钢引进卢森堡电铝热法冶炼FeV80设备，在广西北海建了第二条生产线，产能为2000吨。

为满足国内钢厂的不同需要，攀钢从98年开始也生产FeV50。

图7是攀钢历年钒铁产量。

2.4 钒的提取及加工技术的研究和开发在多年的技术开发和生产实践中，攀钢及中国的其他企业及研究部门对钒渣、钒氧化物以及钒铁的提取制造工艺技术进行了研究和开发，主要成果有：从含钒铁水中的提钒技术:●雾化提钒（70年代开发、应用到1995年）●钠化提钒（70年代末开发）●钢渣提钒（80年代，作为钢渣综合利用方式之一）●转炉提钒（开发于90年代，从1995年开始应用于生产，其技术指标达到世界先进水平）利用钒渣生产钒氧化物的技术：●低温浸出技术（多钒酸铵的生产）●多膛炉焙烧技术（80年代开发并一直投入应用）●V2O5的生产技术●V2O3生产技术钒合金的冶炼及深加工技术：●用V2O5和V2O3电铝热法FeV80熔炼技术●FeV50钒铁熔炼技术●用钒渣、含钒钢渣直接冶炼钒铁（80年代）●碳化钒、氮化钒（90年代至今）生产技术经过多年的不懈努力，攀钢在钒的提取和产品开发上取得了数十个研究成果，形成了完全适合攀枝花资源特色的钒提取和深加工系列技术，品种不断增加，收率逐年提高，成本持续下降。

特别是在转炉提钒、V2O3生产、以及VN的生产工艺技术开发上，已取得了创造性的显著成就。

1991年攀钢在实验室里用多钒酸铵为原料研制了碳化钒，同时还用高钒铁为原料制得了氮化钒铁。

1997年，攀钢又和东北大学进行合作用三氧化二钒为原料研制氮化钒，结果在常压下使V2O3+4C=V2C+3CO碳化反应时间从40~60小时缩短为5小时以内，并且还有进一步缩短碳化时间的潜力。

产品达到国际同类产品技术标准。

现在，在生产工艺上已取到了关键性突破，批量工业应用取得良好效果，正在建设150t/a规模的工业试生产线。

3.中国含钒钢的应用3.1 应用概况随着中国钢铁工业的技术进步和钒产业的发展，中国含钒钢的应用得到了稳步的增长，图8是我国90年代以来含钒低合金钢和微合金钢的产量。

其平均年增长率为10%左右。

近年来中国含钒钢产量不断提高，品种不断增加，特别是在建筑用钢、管线钢、重轨钢和汽车及火车结构用钢等方面，发展十分迅速。

96-98年各种含钒低合金钢的的平均年产量分布见图9。

它们主要由攀钢、首钢、鞍钢、宝钢、重钢等生产，目前，产量在万吨以上的企业达到12家。

随着含钒钢筋的推广，承钢、八钢、水钢、莱钢等一批中型企业在今明二年将成为含钒钢生产大户。

攀钢凭借钒的资源优势和应用技术优势，经过十多年的不断努力，先后开发了数十个含钒钢品种，其含钒低合金钢和微合金钢的产量占到了全国同类钢总产量的50%以上。

图10是攀钢历年来含钒低合金钢的产量。

图8. 中国含钒低合金钢发展趋势204060801001201401990199119921993199419951996199719981999产量（万吨）图9. 近年中国含钒钢钢种分类建筑用钢重轨钢火车梁、厢板汽车用钢管线钢氧气瓶钢船板其他3.2含钒钢的特点及应用在钢中加入钒，可显著改善钢的性能。

实践表明，在结构钢中加入0.1%的钒，可提高强度10～20%，减轻结构重量15～25%，降低成本8～10%。

若采用含钒高强度钢时，可减轻金属结构重量40～50%，比普通结构钢的成本低15～30%。

研究表明：钒加入钢中，除固溶强化作用不显著外，在以下几方面显著改善钢的性能。

①V(CN) 在奥氏体重点溶度积高，钒在低、中、高碳钢中都具有较强的沉淀强化作用。

②钒加入到钢中通过阻止加热时奥氏体晶粒的长大、抑制形变奥氏体再结晶、强化γ→α相变细化晶粒作用等途径，达到细化钢的晶粒的作用。

③钒对过冷奥氏体转变具有明显影响，研究表明，与大多数合金元素不同，钒不延迟铁素体转变而推迟贝氏体和珠光体转变。

同时，钒提高钢的淬透性的作用，是同样含量的钼对淬透性贡献的二倍。

钒在焊接高强钢中，促进热影响区中铁素体的形成，从而提高焊件的韧性。

在中、高碳钢中采用钒微合金化，将明显推迟珠光体转变，在同样冷却速度条件下可获得更细的珠光体，即提高了索氏体化的程度，如在硬线产品中，钒微合金化不但提高了产品的强度和韧性，而且有可能部分或全部取消铅浴处理。

在钢轨产品中，为提高其使用寿命，发展了欠速淬火工艺，即SQ（Slack Quenching）工艺。

试验表明，在硬度相同的情况下，珠光体比回火马氏体和贝氏体更耐磨，并且珠光体的片层间距越小，其耐磨性能越好。

在钢轨中加入适量的钒，其转变曲线右移，使其在实施SQ工艺时，更易于实现组织的索氏体化。

钒作为合金和微合金添加剂，在钢中具有许多良好的作用。

以上介绍的主要是在微合金钢或微合金化时钒的作用。

除此之外，钒在不同类型、不同用途的钢种中，还具有许多不同的特殊的作用。

如：在热处理钢中增加抗回火的能力；在高速钢中提高红硬性的作用；在热强钢中将改善抗蠕变性能；在耐蚀钢中改善抗腐蚀性能的作用，以及抑制应变时效的作用等。

3.2.1钒在高碳钢中的应用在高碳钢中采用钒微合金化，主要用于钢轨、轴承钢、工具钢、模具钢等的生产，目前攀钢采用钒微合金化生产的钢种主要为铁路钢轨。

重轨钢属于珠光体型钢。

珠光体的片间距、珠光体团的大小控制了钢轨强度和韧、塑性。

抗拉强度和屈服强度随片间距的减小而增加，韧性则与珠光体团的大小及渗碳体厚度有关，微量钒在重轨钢中的作用研究结果表明，钒可以细化奥氏体晶粒、细化珠光体组织并改变其组织形态，产生沉淀强化作用，提高重轨的强度和使用寿命。