含釩鐵水

含釩鐵水指在鐵水中加入少量的釩，可顯著改善鑄鐵的性能，少量的釩加入鋁中，可改善其強度。含釩鐵水是提釩的主要原料，其化學成分決定著釩渣質量和提釩工藝流程。含釩鐵水中矽和錳含量的總和不超過0.6%，硫、磷含量越低，這對於轉爐提釩獲得優質釩渣是有利的。

基本介紹

• 中文名：含釩鐵水
• 外文名：extraction of vanadium from molten iron containing vanadium
• 熔點：1534℃
• 密度：7138kg/m3
• 冶煉方法：同爐單渣法、同爐雙渣法和雙聯法

含釩鐵水的冶煉

頂吹轉爐吹煉含釩鐵水，曾試驗和採用過三種方法：

同爐單渣法

即在一座轉爐內，加造渣材料，用與吹煉普通鐵水相似的操作方法直接將含釩鐵水吹煉成鋼，獲得含氧化鈣高的低品位釩渣。

同爐雙渣法

即在一座轉爐內，吹煉前期僅加冷卻劑吹煉，當Si、Mn、V等元素氧化完而碳焰剛露頭時停氧，倒出品位較高的釩渣，然後再加造渣材料煉鋼。一般把前期稱吹釩期，後期稱煉鋼期。

雙聯法

即採用兩座轉爐吹煉，一座為吹釩爐，獲得品位高的釩渣和含碳的半成品鋼水；另一座為煉鋼爐，把半鋼吹煉成鋼。

實驗表明，同爐單渣法可以直接將含釩鐵水煉成含余釩<0.05%的低、中、高碳鋼，但得到的釩渣含氧化鈣高達40%左右、含釩量低(含V₂O₅平均為6～7%)，這種渣可以作為部分石灰的代用品返回高爐或直接冶煉低釩鐵；同爐雙渣法可以得到比單渣法含氧化鈣較低和含釩量較高的釩渣，但釩渣產量及釩回收率都較低；採用雙渣法吹煉低矽含釩鐵水時，

可以獲得含V₂O₅為18～20%的低氧化鈣(<0.6%)的優質釩渣。雙聯法吹煉平均含釩量為1.38%的高釩鐵水時，可以得到含V₂O₅量為40%的釩渣，釩的回收率達70%。因此，雙聯法是頂吹轉爐吹煉含釩鐵水時採用的主要方法。

鐵水預提釩應把含釩鐵水吹煉成溫度較高的高含碳量低含釩量的半鋼，同時最大限度地氧化鐵水中的釩，以便得到高品位優質釩渣。顯然，吹釩工藝操作是影晌半鋼和釩渣質量的主要因素。

含釩鐵水預處理吹煉釩渣工藝

含釩鐵水氧化預處理一般引入氧氣或者壓縮空氣，用氧氣或壓縮空氣吹煉含釩鐵水時，可使鐵水中的溶解釩氧化富集於渣相，與其他組分氧化物以及金屬鐵等形成釩渣，分離釩渣後的鐵水稱為半鋼，是深度煉鋼的原料，釩渣的V₂O₅含旨一般可保持在10%~30%。

含釩鐵水基本定律

按照熱力學定律，當鐵水從一個容器兌入另外一個容器時可以生成鈦的氧化物，因為鈦與氧的親和力要比鐵大。同時也可以生成由幾個氧化物組成的複雜氧化物。從金屬中去除脫氧產物的方法是將他們轉移到渣中或耐火材料中（兌鐵時由溫度梯度或機械攪拌所產生的對流作用下上浮）。大型夾雜物上浮較快，小型夾雜物則互相聚合（或凝固成固體）後自行合併成大顆粒。在液相中環流的作用下它們被附著到渣中。往轉爐車間送鐵水的高爐鐵水罐表面用焦粉加以保溫。在爐渣與焦粉相互作用的動態表面上，含鈦的氧化性熔體中鈦離子的化合價會降低。通過一系列的中間氧化物轉換，最終有一部分轉變成金屬鈦，並生成大量分散的碳化物、氰化物夾雜和鈦的氰氧化物。
鈦渣能很好地潤濕焦塊，在與焦塊的界面上會析出難熔的鈦的化合物，使分散的金屬液滴（鐵珠）很難合併，從而導致生成由鐵珠、碳化物、鈦氰化物以及夾渣所組成的很穩定的懸浮物。結果在鐵水罐（混鐵爐）的鐵水液面附近的罐壁（或爐壁）上會沉積下不熔的物質，它們是固體氰化物、低價態氧化物為主的難熔化合物、焦碳粒、渣子及分散的液滴所組成的聚合體。

懸浮物是被渣層裹住的金屬珠（其表面層含50%的氰化物），同時礦相中富含鈣鈦礦和鈣鐵輝石。它在混鐵爐內非常穩定不易被破壞，並不斷從下一批鐵水罐中補充進來。時間一長懸浮物長大到一定程度便開始與爐壁接觸並粘附其上，爐子工作空間逐漸變小。

在研究過程中，曾分別從冷修的混鐵爐爐襯上，工作混鐵爐的鐵水表面漂浮著的爐瘤上，以及高爐鐵水罐鐵水表面取樣，試樣分析結果表明：儘管化學成分不盡相同，但實際上所有的試樣中都會有很高的TiO₂。
為此應努力消除高爐鐵水罐和混鐵爐內懸浮物的形成。在大家熟知的降低懸浮物生成速度的措施中，提高覆蓋鐵水渣中的（FeO）含量特別有效。渣中的（FeO）與鈦的碳化物相互作用，發生反應將其溶解。

為增加鐵水表面渣中的（FeO）含量，曾試驗加入一種渣—金屬混合料，該料由車間生產，它含有19.0%SiO₂，5.06%Al₂O₃，19.25%CaO，14.65%MgO，17.60%Fe，10.50%FeO，3.55%MnO，3.4%C，0.91%TiO₂，0.49%V₂O₅。

試驗中將混合料取代焦粉加入高爐鐵水罐中，粒度為0～10mm，以保證其鋪散在鐵水表面。鐵水溫降不超過1℃/分鐘，而使用焦粉時溫降為1.8℃/分鐘。在鐵水運輸到轉爐車間後，鐵水表面仍保持流動狀態，同時有少量混合料熔化。

對加入混合料的鐵水罐內鐵水表面的渣子取樣分析結果表明，渣中（TiO₂）含量實際減少一倍。

含釩鐵水的作用

使用含釩鐵水可以減少混鐵爐結瘤。

在高爐車間的生產實踐中為了清除冶煉含釩生鐵時爐缸內形成的難熔的鈦化合物，高爐要周期性地變料改煉煉鋼生鐵。在裝有煉鋼生鐵的高爐鐵水罐中，渣子的TiO₂含量不超過5～6%。其中所含大量的SiO₂（約40～50%）有助於渣子的稀釋。根據這一點，混鐵爐在使用了九個月的含釩鐵水後由於工作容積明顯減少而改為使用煉鋼鐵水。爐頂下面混鐵爐溫度從1280～1290℃提高到1350～1390℃。肉眼可觀察到漂浮在混鐵爐鐵水表面的懸浮物逐漸減少。一個半月之後混鐵爐的工作容積又恢復到設計值。

因此，周期性地將使用含釩鐵水的混鐵爐改裝煉鋼鐵水有助於減少結瘤和維持混鐵爐在工作狀態。

含釩鐵水使用的展望

含釩鐵水-開發含釩鐵水的前景展望高強度、高韌性高可悍性管線用鋼的技術要求嚴格，是由於國際上新型工程結構都是根據高技術產品——微合金鋼的性能設計的，因之對鋼廠的要求也極苛刻。滿足了這些前提，就會拿到訂單，就解決了鋼廠的生存問題。滿足了這些要求，其他行業需要的鋼材，如：橋樑、立體交通樞紐、高層建築（要求抗震、防火）、工程機械、鐵道、造船、汽車、礦山用鋼中大量微合金鋼的生產難題也會迎刃而解。舉一個例子作為教訓：前蘇聯由於引用含釩微合金化鋼較晚，80年代建造的橫貫歐亞大陸的高壓天然氣輸送管線所用的上千萬噸微合金化管材，不能不給予於德國（歐洲段）和日本（亞洲段），這也促成了德、日兩國制管和微合金化（通常的消耗釩鐵的噸位為標尺）的飛速發展。不要忘記，當年蘇聯的鋼鐵產量也是居於世界首位。“十五”和下一個五年期間，中國天然氣輸送管道將形成“兩橫、兩縱、四樞紐、五氣庫”的供氣管格線局。這一時期，中國約需建設天然氣幹線9000千米，連同區域性管網共約21400千米，折合鋼管1600~1800萬噸，其中大口徑直縫（VOE）管至少占20%，如果我們自己不去占領，這片市場是否也會像前蘇聯那樣，由德國、日本甚至美國來填補？我們豈能甘心別人代庖？

提供輸油氣管線鋼的熱點問題是：14~15兆巴輸送壓力下高壓輸送強度所引發的問題；抗氫致裂紋問題，高甲烷（富氣）輸送時腐蝕問題；延性斷裂（塑性失穩）的止裂問題；近中性（PH）土環境的應力腐蝕問題；高強度屈強比的選擇；殘餘應力的檢測以及焊接接熱影響區的強韌化問題等等。石油部要求按0.2%C釩（X52）、0.12%C鈮釩(X65)、0.08%C鈮鈦（X70~X80）和0.03%C鈮鈦鉬（X90~X100）為參考成份；強調“用TiO處理的鋼優於TiN處理的鋼”，因為TiO可協助形成更細的針狀鐵素體，超低碳奧反體和超級碳馬亞體；要求徹底解決：

①超純淨鋼冶煉技術（鐵水脫硫脫磷，複合爐外精煉，CA處理真空脫氣等），務求全部雜質元素的總量不超過100PPM；

②高均勻性連鑄技術（電磁攪拌、適時輕微壓下等），達到無裂紋；

③控軋、控冷強制加速冷卻技術（層流冷卻、高壓噴霧劇冷等）。這些都是必需面對的問題。機遇與挑戰共存，壓力和成就同佑。輸油氣管線鋼能否滿足用戶需求，也直接帶動了IF（無間隙原子）深沖汽車板、CF（無裂紋）造船與容器板、FR（耐600~650度高溫）建築型鋼、Z向（要求垂直於板面的應力參數）採油平台用支撐架、高強度耐磨鋼軌和高強度工程機械用鋼等的生產。