工業氧化鉬直接合金化工藝研究與應用

張 勇 杜亞偉 賀瑞飛 楊陳莉 楊曉奇 王翠娜 石成剛

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

工業氧化鉬直接合金化工藝研究與應用

張 勇 杜亞偉 賀瑞飛 楊陳莉 楊曉奇 王翠娜 石成剛

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

為了降低鉬的合金化成本，進行了工業氧化鉬直接合金化的試驗與推廣應用。試驗結果表明：在轉爐、出鋼過程、LF精煉進行工業氧化鉬的直接合金化都是可行的，收得率分別為94.77%、96.10%、94.41%；推廣應用結果表明：工業氧化鉬在轉爐直接合金的收得率較高且較穩定，平均收得率為92.0%～93.0%，與鉬鐵94.63%的收得率基本相當，具有較高的推廣應用價值與前景。

工業氧化鉬 直接合金化 轉爐

0 前言

為了降低鉬的合金化成本，自20世紀70年代以來，莫叔遲等[1-11]先后在電爐、轉爐內進行了氧化鉬直接合金化的工業實驗，取得了較好的效果；周文玉等[12-16]對鐵水、煉鋼等條件下的氧化鉬還原熱力學與動力學進行了較為全面的分析；郭培民等[17]在實驗室條件下進行了氧化鉬揮發性試驗研究。上述實踐與理論分析為氧化鉬直接合金化工藝方案設計提供了重要的理論依據與現實參考。

日本冶煉含鉬合金鋼時，氧化鉬的平均消耗量占含鉬爐料總消耗量的80%以上[18]。國內雖然進行了大量的實驗研究，但是實際采用氧化鉬直接合金化的鋼廠不多，與國外相比還有很大差距。

根據文獻資料并結合安陽鋼鐵集團有限責任公司(以下簡稱安鋼)工藝設備條件，進行了工業氧化鉬直接合金化工業化的試驗研究與推廣應用，取得了良好的效果，降低了鉬的合金化成本。

1 可行性分析

1.1 成本分析

試驗方案提出時工業氧化鉬的價格為97 110 元/t，鉬鐵的價格為126 360 元/t，假設鋼種鉬含量要求為0.10%，則需要的鉬鐵和工業氧化鉬的噸鋼含稅成本見表1。

表1 鉬合金化成本分析

從表1可以看出，使用工業氧化鉬代替鉬鐵進行鉬合金化，如果鉬的收得率可以達到78%，則兩者的成本基本持平，如果鉬的收得率可以達到90%以上，則可以降低成本30 元/t鋼以上(每替代鉬0.10%)，效益較為明顯，因此有必要進行氧化鉬直接合金化的研究。

1.2 雜質含量要求

工業氧化鉬是由鉬精礦生產而來，鉬精礦中鉬的主要存在方式是MoS2，并且雜質含量較高，而目前安鋼生產的大多數鋼種是低硫鋼。所以，不能使用鉬精礦作為鉬鐵的替代品。

依據YB/T 5129中氧化鉬雜質含量的要求，硫含量在0.15%～0.30%以下，Mo含量為0.20%時直接合金化增硫量在0.001 0%以下，其他雜質元素含量更低。因此，滿足YB/T 5129標準氧化鉬直接合金化不至于影響鋼材質量，可以考慮代替鉬鐵使用。

1.3 氧化性與揮發性

研究表明[13]，煉鋼條件下碳、硅、錳、鐵等均能還原MoO3。在煉鋼爐渣FeO含量小于40%的條件下，即使鐵也能還原MoO3，可見氧化鉬直接合金化還原從熱力學角度看完全可行。

目前影響氧化鉬直接合金化的關鍵因素是MoO3的熔點(795 ℃)和沸點(1 155 ℃)均較低，具有較強的揮發性，加入到熔池將很快熔化、揮發。結合工業化現場的條件分析認為，氧化鉬的加熱熔化需要一定的時間，由于其極易還原，其熔化與還原幾乎同時進行，而且是液態的鋼液對其進行還原，還原速率遠大于實驗室條件下的固體還原，因此只要充分利用有利條件，減少氧化鉬的揮發，氧化鉬直接合金化是完全可行的。

2 試驗方案

試驗鋼種：試驗鋼種為一般含鉬鋼。

試驗原料：工業氧化鉬。

生產流程為“轉爐→精煉→連鑄”，部分鋼種經過脫硫預處理，因此可選擇在轉爐冶煉、出鋼過程與LF精煉過程等任意一處進行直接合金化。

(1)方案1：在轉爐使用，濺渣結束后先向爐內加入一定量的鋪底石灰，將氧化鉬加入廢鋼斗前部和廢鋼一起加入轉爐，然后兌入鐵水。

(2)方案2：較方案1，僅省去鋪底石灰以簡化操作。

(3)方案3：出鋼過程中使用，出鋼前在鋼包底部加一定量的鋪底石灰，工業氧化鉬在出鋼過程中隨合金加入。

(4)方案4：在LF精煉使用，精煉渣充分熔化后，再加入分氧化鉬，并同時配加還原劑與石灰，加氧化鉬時要控制氬氣流量不要太大，避免氧化鉬顆粒的吹損。

根據上述試驗方案設計與合金總量，各個試驗方案實際氧化鉬的加入量見表2。

表2 工業氧化鉬加入量

3 試驗結果與分析

3.1 鉬的收得率

四種試驗方案鉬的收得率見表3。

表3 鉬的收得率

從表3數據并結合現場試驗情況等可以得出如下結論：

四種方案鉬的收得率均在90%以上，平均收得率達到了94.08%，可見試驗過程很好的解決了煉鋼溫度下易揮發的技術難點。

(1)方案1與方案2都在轉爐使用，兌鐵水前爐口未見異常冒煙現象，方案1中氧化鉬收得率為94.77%，高于方案2的91.04%，可見基本達到了方案設計中加入鋪底石灰的目的。

(2)方案3與方案4分別在出鋼過程與LF精煉爐加入，鉬的收得率分別為96.10%、94.41%，收得率均較高。但是這兩個方案需要人工加入合金，增加了工人的勞動強度，同時會增加脫氧合金元素硅、鋁等的消耗，也容易造成鋼液污染。

3.2 成本對比

以鋼水(均為控鋁鋼)鉬含量0.12%，還原劑為鋁鐵計算，工業氧化鉬、鋁鐵價格分別以50 000 元/t、6 800 元/t計算，四種試驗方案的消耗與成本見表4。

表4 鉬合金化成本對比

從表4可以看出，盡管方案3與方案4收得率較方案1與方案2略高，但是考慮到還原劑消耗，其綜合成本反而略高于方案1與方案2。

3.3 對生產的影響

3.3.1 對冶煉節奏的影響

方案1、方案2在轉爐使用，雖然鉬鐵加入廢鋼料斗需要在冶煉平臺完成，會影響廢鋼斗的吊運作業，但是不會影響轉爐本身的冶煉節奏；方案3對生產節奏完全沒有影響；精煉爐冶煉過程還原氣氛強并且鋼水溫度高、精煉渣流動性好，利用精煉爐強的攪拌和還原氣氛氧化鉬很快就充分還原，不影響生產節奏。

3.3.2 鋼水潔凈度影響

方案1和方案2中，生產未見磷、硫含量異常；方案3與方案4，生產過程也沒有見磷、硫含量異常，也沒有增碳現象，但增加了脫氧劑的消耗。

3.4 批量驗證試驗

根據初步試驗結果與分析，四種方案鉬的收得率均比較高，方案1與方案2操作方便，對鋼水潔凈度無不良影響，而且成本更低；方案3與方案4收得率相對較高，但是由于涉及到貴重合金管理問題，操作難度相對較大。綜合考慮，決定采用方案2進行批量試驗，并在生產條件允許時考慮方案1。進行了3次共計29爐的驗證試驗，試驗結果如下：

(1)鉬的平均收得率為94.42%(最大值98.79%，最小值91.76%)；

(2)作為對比，統計了近百爐次的鉬鐵合金對含鉬鋼的轉爐合金化效果，結果顯示，鉬的平均收得率為94.63%(最大值98.43%，最小值92.51%)。

由此可見，該工藝方案較好的解決了氧化鉬的揮發問題，鉬具有較高的收得率，可以推廣應用。

4 推廣應用

4.1 推廣應用情況

自推廣應用以來共計推廣應用1 000余爐，過程數據齊全的有600余爐。其中二煉軋有427爐，鉬平均收得率92.45%，一煉軋有175爐，鉬含量較低的175爐，鉬平均收得率93.30%，鉬含量較高的有17爐，鉬平均收得率86.07%。

由于出鋼量計量偏差以及合金品位無法準確對應到爐次，單爐次的收得率波動較大，但是實際成分控制較為穩定。轉爐直接合金化鉬含量的波動情況如圖1所示。

圖1 鉬含量的波動情況

從圖1可以看出，成分基本在目標值±0.01%的范圍內波動，在該范圍的比例達到了96%以上，僅有極個別爐次出鋼鉬含量偏低需要精煉微調，說明直接合金化工藝也可以實現成分的穩定控制。

4.2 鉬收得率的影響因素

4.2.1 終點碳含量

鉬的收得率隨轉爐終點碳含量的變化趨勢如圖2所示。

圖2 終點碳含量對鉬收得率的影響

從圖2可以看出，終點碳含量低于0.10%～0.12%時，鉬的收得率隨終點碳含量的增加明顯升高；終點碳含量大于0.10%～0.12%時，鉬的收得率趨于穩定。因此，滿足鋼種成分控制要求的情況下，盡可能提高終點碳含量至0.10%～0.12%以上的水平。

4.2.2 工業氧化鉬加入量

由于不同鋼種鉬含量的不同，轉爐工業氧化鉬加入量差別較大，其平均收得率也有明顯差別。

轉爐氧化鉬加入量在400 kg/爐左右的爐次，平均綜合收得率約為93.29%；轉爐氧化鉬加入量在1 000 kg/爐左右的爐次(該鋼種爐次較少)，平均綜合收得率僅有86%左右。這可能是由于氧化鉬加入量過大，前期兌鐵水期間沒有能夠及時完成還原造成氧化鉬直接揮發損失以及吹氧過程的吹損增加。因此，應根據轉爐實際冶煉條件適當的調整氧化鉬直接合金化的加入量。

5 結論

1)在轉爐、出鋼過程、LF精煉進行工業氧化鉬的直接合金化都是可行的，通過采取合理的措施，收得率分別為94.77%、96.10%、94.41%，均在90%以上，其中以出鋼過程收得率最高，綜合考慮收得率、現場操作等因素，認為在轉爐進行直接合金化最具可操作性。

2)用工業氧化鉬進行鉬合金化，不會增加鋼中碳含量，對冶煉低碳鋼無影響；同時也不會增加鋼中有害元素磷、硫等其他有害元素的含量。

3)推廣應用結果表明，工業氧化鉬在轉爐直接合金化的收得率平均為92.45%～93.30%，且成分控制較穩定，

1-赤鐵礦；2-磁鐵礦2-鐵酸鈣；4-玻璃相；5-孔洞

1-磁鐵礦；2-鐵酸鈣；3-玻璃相

1-磁鐵礦；2-鐵酸鈣；3-孔洞

1-磁鐵礦；2-鐵酸鈣；3-玻璃相；4-孔洞

屬于低溫高堿度燒結礦，其組織結構主要是交織熔蝕結構和熔蝕結構，鐵酸鈣為主要粘結相，玻璃項含量較少，不到5%且主要起輔助粘結作用，硅酸二鈣含量極少，僅在個別礦塊中偶見；存在較多的大粒致密原生赤鐵礦和部分疏松狀赤鐵礦，少數粒狀赤鐵礦存在，孔洞邊緣存在少量骸晶菱形化的再生赤鐵礦。但兩組燒結礦的礦物含量略有差別，相比而言，S3燒結礦的鐵酸鈣含量略高于S4，其礦物結構應優于S4，亦表明生石灰的實物質量對燒結礦的礦物組成有影響。燒結礦礦物組成見表10，燒結礦顯微組織結構如圖1、圖2所示。

表10 燒結礦礦物組成 / %

3 結語

(1) 生石灰是燒結生產必不可少的鈣質熔劑，作為熔劑，生石灰用量不同帶來的燒結指標不一樣。利用生石灰強化燒結生產的作用，根據生產需要合理使用生石灰。

(2) 目前大多鋼鐵公司燒結用生石灰既有外購，也有自產，隨著燒結生產工藝的不斷優化，生產用生石灰均以罐裝粉灰為主，粉灰質量檢驗主要體現生石灰學成分分析上。而對燒結用灰而言，其質量不僅體現在CaO含量的高低，還與其濕容性、反應活性、礦化能力等實物性能有很大關系，不同質量的生石灰在鐵礦燒結中的效果差別很大。實際生產中對生產用生石灰的質量分析不夠全面，不應局限在成分方面，還應加強對生石灰其它實物性能進行控制。

[1] 姜濤，傅菊英，朱德慶.燒結球團學[M].長沙：中南工業大學出版社，1996：32-36.

[2] 徐矩良.煉鐵學術年會論文集[C].北京：中國金屬學會煉鐵學會，1998:42-45.

THE STUDY AND APPLICATION OF THE TECHNICAL MOLYBDENUM OXIDE FOR DIRECT ALLOYING

Zhang Yong Du Yawei He Ruifei Yang Chenli Yang Xiaoqi Wang Cuina Shi Chenggang

(Anyang Iron and Steel Group Co., Ltd)

In order to reduce the cost of molybdenum alloying，the test and application of the technical molybdenum oxide for direct alloying had been conducted. The experimental results showed that in converter, tapping, and LF refining process for the technical molybdenum oxide for direct alloying was feasible, and the yield of which was 94.77%, 96.10% and 94.41% respectively; Application results showed that the technical molybdenum oxide for direct alloying in the converter had a stable and higher yield, the average yield of which was 92.0%～93.0%, roughly equivalent to the yield of 94.63% in ferromolybdenum, which has higher application value and prospect.

technical molybdenum oxide direct alloying converter

2017—2—9

聯系人：杜亞偉，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵集團有限責任公司技術中心高線產品研究室；