低釩轉爐渣熔分還原試驗研究

戚明強

(鋼城集團涼山瑞海實業有限公司，四川 西昌 615000)

隨著釩產品的大規模推廣應用，對于其進一步的提取研究逐漸深入。

攀鋼曾開展過“先煉鋼后提釩”[1]。而低釩轉爐鋼渣(V2O5<2%)則產生于含釩鐵水轉爐煉鋼提釩工藝之后[2]，為此借鑒國內相關研究機構以及攀鋼“先煉鋼后提釩”的提釩技術，開展礦熱爐熔分還原低釩轉爐鋼渣，形成獨特的提釩技術——V元素的“著床”條件，開創了低釩轉爐鋼渣的提釩技術，為低釩轉爐鋼渣的利用提供了一條可行的技術路線[3-4]。

1 低釩轉爐渣熔分還原試驗研究方法

為考查礦熱爐熔分低品位含釩鋼渣的工藝可行性，并借鑒“先煉鋼后提釩”工藝，以探索該工藝的鐵、釩回收效果，在某鑄造廠1250 kVA礦熱爐上開展低釩鋼渣熔分半工業性試驗，先后進行了“常規還原”、“加載還原”兩個階段的還原試驗，對低釩轉爐鋼渣礦熱爐熔分還原工藝進行較為全面的研究。

1.1 試驗條件及原料

(1)礦熱爐。容量：1250 kVA；主要技術參數見表1。

表1 礦熱爐參數

(2)原材料。主要有低釩轉爐渣(V2O5≈1.51%)、氧化鐵皮、河砂、螢石、焦炭(粒度<8 mm)，含鐵料(V2O5≈1.32%、MFe≈60%)，所用原料成分分別見表2、表3。

表2 主要原材料化學分析結果(%)

表3 低釩鋼渣及含鐵料化學分析結果(%)

低釩轉爐渣占鋼產量的10%，除含有少量的釩外，其余為鐵、鈣、鎂、鋁等元素。其中，釩全部彌散分布于多種礦相中，主要存在于石灰固溶體相和Ca3SiO5相中。焦炭的C固達到84.1%的較高水平。含鐵料為高鐵低鈣原料。

1.2 試驗方法

試驗采用的工藝流程見圖1，礦熱爐熔分還原配料后的低釩轉爐渣獲得含釩生鐵及還原產生的尾渣——還原渣可用于水泥摻合料使用。

圖1 低釩轉爐渣熔分提釩工藝流程示意圖

開爐采用焦炭開爐法。開爐前，先清空爐膛，然后，預裝低釩鋼渣和焦炭等混合物。裝料畢，送電、起弧、升溫，熔分鋼渣。

試驗采用二次電壓130 V、二次電流25～120 A冶煉、熔分。當爐溫達到1600～1650 ℃時，采用燒氧法、渣鐵混出方式出爐。

渣鐵在渣罐內分離。鐵水鑄成鐵塊，并分別準確計重渣、鐵量。出爐渣單獨回收和堆放以備用。

2 礦熱爐試驗結果及分析

整個試驗內容共分兩大部分：第一部分在1250 kVA礦熱爐上進行了1～15爐的低釩鋼渣常規熔分還原試驗；第二部分進行了16～25爐的低釩鋼渣加載熔分還原試驗。

在還原冶煉初期，由于起弧困難，其中一組電極在后期基本沒有形成熔池。現場操作人員分析，其原因在于電極之間導電性差，于是不斷添加少量含鐵料和廢鋼鐵，前后添加約500 kg，最終實現起弧，形成熔池，經390 min還原后出爐，得到含釩生鐵(V含量0.97%)，還原渣V含量為0.38%，TFe為2.81%。

隨后的2～15爐按批次投料，沒有配加含鐵料，還原冶煉時間為113～575 min不等，平均冶煉時間為244 min。由表4可見，一部分還原渣中的MFe較高，為5.0%。表明渣中含有細鐵粉(粒)。說明有的爐次渣鐵分離不好，造成渣中MFe高，這與試驗期間爐內鋼渣未形成大熔池有關。

表4 熔分還原渣成分表(%)

1～15爐所得含釩生鐵V含量為0.97%～3.1%，平均V含量為1.9%，Fe和V回收率分別為50%和25%，還原渣中V含量為0.19%～0.76%，TFe為1.21%～9.92%。表明因缺少鐵水而未能形成良好的熔池，還原出的V和Fe有一部分進入渣中，形成了新的流失，V和Fe回收率下降，同時因冶煉時間加長，電耗增加。

針對V和Fe回收率低、電耗偏高的問題，分析認為是V元素缺乏良好的附著載體——鐵水，從而無法實現V資源的真正回收，因此立即采取措施進行調整，在隨后的16～25爐中每爐均加入50-500 kg的含鐵料，低釩鋼渣與含鐵料配比為(5～10)：1，以增加鐵份，創造熔池為V元素提供“著床”條件。

16～25爐還原冶煉時間為135～385 min，平均冶煉時間為193 min，較未形成熔池時間縮短了51 min，按冶煉1噸鋼渣所需的時間與之前的1～15爐較為接近，但以還原冶煉出1噸標準釩渣(V2O510%)所需的電耗與之前相比下降了55%,可見，加入含鐵料提供鐵元素后的“著床”條件，冶煉電耗大幅降低。

若爐內形成大熔池，則渣中MFe可達0.5%以下。試驗期間熔分形成大熔池的還原渣成分和爐底還原渣成分證明了這一點。

16～25爐所得含釩生鐵V含量為1.76%～2.54%，平均V含量為2.13%，較之前提高了0.23%，Fe和V回收率分別提高至85%和50%，而還原渣中V含量下降至0.10%～0.33%，TFe也下降至1.61%～4.82%。

2.1 還原渣及V2O5、TFe的還原度

V2O5及TFe的還原度采用公式(1)進行計算：

(1)

低釩轉爐鋼渣及還原渣成分見表5。

表5 低釩鋼渣及還原渣成分(%)

由表5可見，鋼渣中的V2O5、TFe分別由1.51%、15%下降至0.34%、5.02%，V2O5、TFe的還原度為77.48%、66.53%。這表明，采用礦熱爐冶煉低釩鋼渣，鋼渣中的V2O5和TFe可以得到較充分的還原，從而有利于V和Fe的有效回收利用。另外，在V2O5、TFe被還原的同時，鋼渣中的MnO、P2O5也被還原。

圖2、圖3為各次試驗還原中V2O5、TFe含量的分布情況。1～15爐為常規還原試驗記錄，16～25爐為加載還原試驗記錄。

由圖2、圖3可見：

圖2 礦熱爐試驗還原中V2O5含量分布

圖3 礦熱爐試驗還原中TFe含量分布

(1)常規還原試驗還原渣中V2O5含量<0.2%的比例接近20%，而加載還原試驗還原渣中V2O5含量<0.2%的比例達到50%。常規還原試驗還原渣中V2O5含量>0.4%的比例接近30%，而加載還原試驗還原渣中V2O5含量>0.4%的比例為0%。加載還原試驗還原渣中的V2O5含量明顯低于常規還原試驗中V2O5含量。

加載還原冶煉中通過添加一定比例的含鐵料，經過還原冶煉后，增加了鐵水，形成了較好的熔池，所還原出的接近50%的V進入了生鐵中，較前15爐提高了一倍，而進入渣中的V明顯減少。可見，形成良好的鐵水載體，V可以很好地進行富集和回收，如果加大鐵水量，同時改進通渣(鐵)口技術，將會更好地提高V的回收率。

(2)常規還原試驗還原渣中TFe含量<2.99%的比例僅為33%，TFe>3.99%的比例高達55%，而加載還原試驗還原渣中TFe含量<2.99%的比例高達87.5%，TFe>3.99%的比例僅為2.5%。加載還原試驗還原渣中的TFe含量明顯低于常規還原試驗的TFe含量。

1～15爐所投入的鐵主要來自于低釩鋼渣(68%)，經過還原冶煉后，回收率不到50%，大部分是進入了各類渣以及爐底中，致使Fe的流失較為嚴重。

16～25爐所投入的鐵主要來自于低釩鋼渣以及含鐵料(合計接近90%)，經過還原冶煉后，回收率超過了70%，進入渣中的Fe大為減少，如果爐內剩渣中鐵份在連續生產時可得到利用，則鐵回收率可達85%。

2.2 中釩生鐵

兩個階段鋼渣熔分還原試驗正常出爐的中釩生鐵成分見表6，V含量分布見圖4。由表6、圖4可見：常規還原中釩生鐵中的釩含量平均達到1.90%，其中[V]≥2.0%的比例僅為41%；加載還原中釩生鐵中的釩含量平均達到2.13%，其中[V]≥2.0%的比例達到62%。

表6 熔分中釩鐵化學分析結果/%

圖4 礦熱爐試驗中釩生鐵中[V]含量分布

在試驗過程中，由于工序操作問題不斷，鐵水和渣長時間停留爐內，造成爐渣中的TiO2被大量還原，并富集于生鐵中(爐底沉積的中釩生鐵成分見表7)，形成TiC等高熔點的物質，造成爐底嚴重上漲；爐底沉積鐵中的碳含量高，鐵液中的碳與外加的還原劑共同還原下一爐鋼渣，繼續導致鋼渣過還原，形成不良循環。

表7 爐底沉積中釩生鐵成分(%)

另外，從表6的中釩生鐵成分可以看出，中釩生鐵中的Si含量平均達到1.31%，主要原因是鋼渣還原度過高所引起。中釩生鐵中的Si含量過高，將會對后部吹釩工藝及釩渣質量均產生不利影響，這從另一角度反映出爐況順行和鋼渣還原度合理控制的重要性。

3 結論

(1)礦熱爐熔分還原可以充分還原低釩轉爐鋼渣中的釩進入到鐵水中，實現鐵水中提釩，但如果僅靠還原低釩轉爐鋼渣中25%的Fe2O3和1.5%的V2O5，其回收率分別為50%和25%。

(2)通過加載含鐵料等低鐵物料與低釩轉爐鋼渣混合共同還原，形成了較好的熔池，可以將V還原至鐵水中進行提釩，Fe和V的回收率可達85%和50%。

(3)進一步調整操作工藝及工藝技能，V的回收率可大大提高，同時冶煉后產生的廢渣氧化鈣達到50%以上可用于水泥摻合料使用。