石教興¹，肖峰² ，劉丹³，尹文⁴

（1.四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司技術(shù)中心，四川 樂山  614900）

（2.四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司煉鋼廠，四川 樂山  614900）

（3.四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司煉鋼廠，四川 樂山  614900）

（4.四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司煉鋼廠，四川 樂山  614900）

摘要：隨著高爐原燃料結(jié)構(gòu)的變化，加之高爐低硅鈦冶煉技術(shù)的推進(jìn)，德勝釩鈦鐵水質(zhì)量發(fā)生了較大的變化。為提高煉鋼工序釩回收率，通過脫硫工序調(diào)整、冷料結(jié)構(gòu)調(diào)整、底吹工藝優(yōu)化及相關(guān)管控措施等手段，使得釩回收率由之前的78.5%提高至82%左右，進(jìn)一步提高了釩效益，降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：釩鈦鐵水；釩回收率；釩效益；成本   

1   引言

目前我公司釩回收率指標(biāo)與其它國內(nèi)外公司指標(biāo)對比如下（見表1），與先進(jìn)鋼企仍存在差距。德勝集團(tuán)釩鈦有限公司技術(shù)中心與煉鋼廠一起對提釩過程工藝進(jìn)行統(tǒng)計分析，制定了有效的控制措施，提高了釩氧化率與回收率，使得釩效益最大化，降低了煉鋼工序成本。

2   生產(chǎn)現(xiàn)狀

德勝釩鈦煉鋼廠擁有1座噴吹脫硫站、1座KR脫硫站、1座80t提釩轉(zhuǎn)爐、2座80噸煉鋼轉(zhuǎn)爐。

德勝80t提釩轉(zhuǎn)爐，采用三孔氧槍，主要冶煉參數(shù)：氧槍槍位為1.3-1.6ｍ，氧槍工作壓力為0.6-0.8MPa，氧氣流量為11000-16000m³/h，底吹流量為100-140m³/h，底槍壓力為0.3-1.2MPa，底吹供氣元件為４支。

德勝釩鈦轉(zhuǎn)爐提釩冷卻劑加入量為：鐵皮球加入量為1.4-1.5噸/爐；球團(tuán)礦加入量為0-500Kg/爐；含釩生鐵加入量為2-3噸/爐。高爐鑄造生鐵通過廢鋼斗從爐前加入，鐵皮球、球團(tuán)礦均從轉(zhuǎn)爐高位料倉加入。

3   釩氧化率與回收率

3.1   定義

依據(jù)鐵水和半鋼的數(shù)據(jù)計算釩氧化率、回收率，計算公式如下：

式中，V₀和V₁分別是鐵水和半鋼中釩的含量；MFe是釩渣中明鐵含量；1.6為釩金屬氧化產(chǎn)渣系數(shù)。

因出鋼部分釩渣流失、煙塵噴濺損失、出渣過程噴濺損失及磁選過程中的損失等原因，釩回收率總是小于釩氧化率。通過計算可知，釩渣品位每提升0.1%左右，釩回收率可提高0.5%左右；釩渣中金屬鐵（MFe）每降低1%，釩回收率可提升1%左右。

3.2   指標(biāo)統(tǒng)計

表1：德勝釩鈦與國內(nèi)外各鐵水提釩生產(chǎn)企業(yè)主要技術(shù)指標(biāo)對比

4   影響因素

4.1   脫硫損釩

釩鈦鐵水含P、S均較高，鐵水中平均硫含量為0.100%-0.120%之間，因此，鐵水需100%全部脫硫，保證入爐硫含量≤0.035%。現(xiàn)有脫硫過程中因鐵水中V與空氣接觸氧化，脫硫前、脫硫后鐵水V差值在0.015%，該部分V氧化后產(chǎn)物留存于脫硫渣中，經(jīng)扒渣工序損耗掉。另外，脫硫渣中（CaO）含量為68%，高爐渣中（CaO）為28%，且脫硫鐵水帶渣量大于高爐鐵水帶渣量。釩渣中的（CaO）在深加工過程中易與V₂O₅生成不溶于水的釩酸鈣CaO.V₂O₅或含鈣的釩青銅。研究表明，釩渣中（CaO）每增加1%會造成4.7-9.0%的V₂O₅損失，造成釩損失。

4.2   渣干帶鐵

就釩渣結(jié)構(gòu)而言，主要分為尖晶石相、粘結(jié)相和夾雜相。釩渣中所含元素最多的是釩和鐵，釩鐵尖晶石的熔點(diǎn)在1700℃以上；釩渣的粘結(jié)相主要是鐵橄欖石，它的熔點(diǎn)是1220℃；以細(xì)小彌散的金屬鐵夾雜在釩渣的物相之中或以球滴狀、網(wǎng)狀、片狀等形式夾雜在釩渣中，是釩渣的主要夾雜相。在轉(zhuǎn)爐提釩“前、中、后”三個階段，前期尖晶石相含量低，氧化鐵、SiO₂含量高粘度小，流動性大；提釩中后期，渣中尖晶石快速增多，渣態(tài)向糊狀轉(zhuǎn)化，粘度顯著增大。

4.2.1   低Si+Ti冶煉

高爐低硅鈦冶煉技術(shù)是釩鈦磁鐵礦高爐冶煉生產(chǎn)的一項新技術(shù)，因高爐冶煉釩鈦礦的特殊性，入爐原料中含有大量的二氧化硅，在高爐內(nèi)Si和Ti都是較難還原的元素，其還原都需要消耗大量的熱量，因此鐵水中[Si+Ti]值是判斷高爐爐溫的發(fā)展趨勢。低[Si+Ti]冶煉不僅可以降低高爐焦比、改善鐵水質(zhì)量，降低爐前勞動強(qiáng)度，同時還可以減少后續(xù)煉鋼氧氣和熔劑的消耗、縮短冶煉周期、延長爐襯使用壽命。而在后續(xù)的轉(zhuǎn)爐提釩工序，低[Si+Ti]鐵水對提釩影響較大，顯著增加釩渣中夾雜相金屬鐵（MFe）含量，釩渣中MFe含量與鐵水Si含量的呈“U”型對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)將釩渣中的SiO₂含量控制在15-20%之間，使得釩渣中夾雜相金屬鐵處于較低水平。

4.2.2   鐵水鉻高

含鉻型釩鈦磁鐵礦中Cr₂O₃含量較高0.5%左右，Cr₂O₃作為一種高熔點(diǎn)物質(zhì)，其熔點(diǎn)高達(dá)2435℃，不僅在高爐煉鐵過程中會極大的惡化高爐軟熔帶、滴落帶和渣鐵盛聚帶的熔渣物理化學(xué)特性，而且在后續(xù)轉(zhuǎn)爐提釩過中對釩渣的物料化學(xué)特性也影響較大，影響整個高爐提釩流程。攀枝花紅格礦區(qū)的含鉻型釩鈦鐵水中[Cr]含量與[V]含量相當(dāng)甚至高于[V]含量。由于[V]和[Cr]兩種元素在化學(xué)周期表中的位置非常接近，在轉(zhuǎn)爐提釩過程中鐵水中的[Cr]很容易與[V]一起被氧化而進(jìn)入釩渣，使得釩渣中的（Cr₂O₃）含量達(dá)到5%以上，增加了釩渣的熔點(diǎn)，易導(dǎo)致“渣干”帶鐵。

圖1 釩渣中夾雜相金屬鐵

4.3   氧化率低

轉(zhuǎn)爐提釩過程釩氧化率越高，氧化越徹底，半鋼殘V越低，相應(yīng)的釩回收率越高。德勝釩鈦煉鋼廠提釩轉(zhuǎn)爐底吹供氣元件服役時間較長，且一直采用毛細(xì)管式透氣磚，實(shí)際使用過程中易出現(xiàn)堵塞、侵蝕等不受控現(xiàn)象，與爐齡也不同步，導(dǎo)致復(fù)吹強(qiáng)度小，底吹氣體從底槍噴入熔池向上運(yùn)動帶動鋼液運(yùn)動過程中，存在流動死區(qū)，爐內(nèi)反應(yīng)動力學(xué)條件不夠，導(dǎo)致釩氧化率低。

5   提高措施

5.1   先提釩后脫硫

按照年產(chǎn)300萬噸釩鈦鐵水，實(shí)施先提釩后脫硫可增加釩回收率為：

①高爐渣中V₂O₅

300（萬t）*20%（實(shí)施比例）*0.7%（鐵水帶渣量）*0.4%（高爐渣V₂O₅含量）*78.5%=13.36t

②脫硫氧化燒損

300（萬t）*20%（實(shí)施比例）*0.015%*1.6%（釩金屬氧化產(chǎn)渣系數(shù)）*78.5%=114.48t

③提升釩回收率為：

5.2   調(diào)整冷料結(jié)構(gòu)

在提升高爐釩鈦礦入爐比例與強(qiáng)化冶煉實(shí)施低[Si+Ti]工藝的背景條件下，鐵水成分發(fā)生了較大變化，鐵水Si含量由0.28%降至0.15%以下，鐵水Cr含量由0.15%上升至0.30%左右，形成了低硅高鉻鐵水。在后工序煉鋼提釩環(huán)節(jié)，氧化低硅高鉻鐵水生成了較少的SiO₂與較多的Cr₂O₃進(jìn)入了釩渣。SiO₂是釩渣中低熔點(diǎn)硅酸鹽相的組成部分，Cr₂O₃是釩渣中高熔點(diǎn)尖晶石相的組成部分，低熔點(diǎn)相的減少與高熔點(diǎn)相的增多導(dǎo)致釩渣熔點(diǎn)升高，釩渣粘度增大。針對低硅高鐵鐵水，我公司通過壓制工藝制得河沙鐵皮球提釩冷卻劑，冷卻劑種類及冷料結(jié)構(gòu)按照下表2執(zhí)行：

        表2：冷卻劑種類及冷料結(jié)構(gòu)

通過對提釩冷料結(jié)構(gòu)的調(diào)整，有效控制了釩渣渣態(tài)。對比提釩爐優(yōu)化前后釩渣（入庫）的數(shù)據(jù)，在同樣生產(chǎn)條件下（鐵水V為0.32%）對比結(jié)果如下圖2所示。由圖可知，提釩冷料結(jié)構(gòu)優(yōu)化后釩渣的明鐵含量降低明顯，由平均為27.64%降低到22.39%。

圖2 釩渣中MFe對比

5.3   優(yōu)化底吹工藝

為提高提釩爐復(fù)吹冶金效果，德勝釩鈦煉鋼廠于2020年6月份在提釩爐中修換爐期間將原先的毛細(xì)管式透氣磚改造為外徑￠22mm環(huán)縫式透氣磚，如下圖3所示：

圖3 提釩爐底吹供氣元件裝配圖

底吹元件改造后，復(fù)吹強(qiáng)度增大，極大地改善了爐內(nèi)反應(yīng)動力學(xué)條件。在頂吹流量為11000～15400m³/h、底吹供氣強(qiáng)度為0.05-0.08m³／（t·min）條件下，對比了底吹工藝優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)，其中優(yōu)化前數(shù)據(jù)979爐，冶煉時間為2020年01月-04月；優(yōu)化后數(shù)據(jù)803爐，冶煉時間為2021年01月-04月，釩氧化率指標(biāo)對比如下圖4所示：

圖4 釩氧化率對比

由圖可知，底吹工藝優(yōu)化前，釩的氧化率平均為89.23%，分布比較分散；底吹工藝優(yōu)化后，釩的氧化率平均為90.23%，分布比較集中。半鋼平均殘V由優(yōu)化前的0.035%降低至優(yōu)化后的0.033%。由此可見，強(qiáng)化了提釩爐的底吹攪拌，半鋼釩含量有所降低，有利于釩渣中釩含量的提高。

5.4   其它工藝優(yōu)化