钒钛球团矿高炉冶炼总结
关于高炉冶炼钒钛球团矿的总结
201*年8月份，我公司组织相关人员去承德建龙考察学习钒钛矿的冶炼，为了降本增效工作的有效开展，我公司将购进的新西兰粉（属高钒钛磁铁矿）逐步配加在本厂球团矿中，从原料入手，达到降成本增效益的目的。同时高炉也逐步开始摸索钒钛矿的冶炼方法。
新西兰粉属高钒钛磁铁矿，其理化指标：
TFe57.31SiO24.8CaO1.6MgO3.35TiO26.4V2O50.44AL2O33.2为适应高炉对原料条件及成分的变化，球团厂分阶段逐步的将新西兰粉配加到原料中，目前球团矿中新西兰粉配比在22%左右，其理化指标：
日期TFeSiO25.894.333.65CaO1.241.421.79MgO1.071.250.82AL2O31.291.661.98Tio21.451.461.53转鼓95.5294.9194.82筛分1.361.261.44201*.0961.41201*.1062.00201*.1161.77未配加新西兰粉时本厂球成分：
日期TFeSiO2CaOMgOAL2O3TiO2转鼓筛分201*.0760.986.410.800.891.451.5894.800.81201*.0860.956.710.890.851.351.3494.971.32在使用钒钛球团矿初期，由于初期本厂球中钒钛矿配比不高，对高炉顺行影响并不明显，但随着球团矿中钒钛矿配比的逐渐增加，对高炉顺行影响不明显，但铁水和炉渣中钛明显随炉温呈线性的正比关系增减，且随炉温上升炉渣变稠，同时铁水罐出现粘结现象。
据此，炼铁厂根据当时现状，制定了初步冶炼钒钛矿的操作方针，在保证炉况顺行得情况下，主要以控制炉温为主，将生铁中【Si】和【Ti】分别控制在0.20%-0.25%之间，并要求炉温【Si】+【Ti】≤0.50%为合适炉温，并且在此基础上要求炉温稳定，相邻里两炉铁硅偏差不大于0.15，从而来抑制Ti的过还原。
对比炼铁厂1#、4#高炉9-11月份平均渣铁成分，如下：1#高炉渣铁成分：
日期9月铁水SiSMnPCrTiSiO2CaO炉渣MgOAl2O3SRTiO20.440.020.530.130.140.1531.6935.8111.1315.280.881.131.4010月0.340.030.400.120.100.1431.7235.7211.0614.490.901.871.1311月0.320.040.550.140.120.1231.4135.201*.6315.260.891.881.124#高炉渣铁成分：
日期铁水SiSMnPCrTiSiO2CaO炉渣MgOAl2O3SRTiO29月0.380.030.420.110.090.1032.2035.3611.1214.830.851.101.3910月0.350.030.340.110.100.1231.7335.0011.0714.960.881.681.1011月0.350.030.360.130.110.1331.3435.1810.6815.550.871.731.12根据数据显示，生铁中【Si】和【Ti】的含量对渣中【TiO2】的正比关系。同时也可以看出，在冶炼过程中炼铁厂在摸索钒钛铁的冶炼操作中，在保证炉况顺行前提下，炉温基本可以达到要求控制范围内。
在炉况顺行方面，冶炼钒钛铁矿，原料当中的钒钛在滴落带反应的特点是钛的氧化物和钒的氧化物被碳还原。反应生成TiC与TiN的难溶固溶体，并进入到炉渣当中，从而导致炉渣变粘稠。
为有效控制Ti的过还原的，在保证炉况顺行的条件下，在料制上调整好煤气流分布，保证适宜的炉腹边缘煤气流，避免因炉渣粘稠，造成过分粘结炉墙，造成炉墙部分结厚，甚至结瘤。送风制度上要求下部吹透中心，使炉缸工作均匀活跃，以此降低钛渣的黏度，同时避免和减少渣铁中高熔点的含钛化合物在炉缸内堆积和沉淀，造成炉缸堆积。
炉前出铁方面，强化炉前出铁，严格控制好出铁时间，减少渣铁在炉内停留的时间，同时维护好铁口，确保每炉出净渣铁。
11月下旬，为学习钒钛铁冶炼方法，提高冶炼的水平，由公司技术处牵头，组织炼铁厂领导及相关技术人员前往承德建龙钢铁公司（简称：建龙）对标学习，承德建龙在冶炼钒钛铁的经验上要早于我厂，实际操作的水平也明显高于我厂。从原燃料方面对比，除在高炉喷煤的理化指标上略次于建龙，其他各原燃料理化指标我厂均好于建龙，但在入炉原料结构上，差异较大，对比如下：
建龙荣钢烧结矿70%56%入炉原料结构球团生矿30%26%16%钢渣2%入炉品位54.6256.16由于我公司去年10月新建4#高炉，造成烧结矿消耗增大，烧结厂与炼铁厂产能不匹配，烧结矿供应紧张，目前靠使用钢渣来调整炉渣碱度，使入炉原料品种多，结构复杂，不易于炉况的稳定。虽然综合入炉品位高于建龙，但整体上建龙的原料结构优于我厂。
渣铁成分方面:
炉渣成分建龙荣钢SiO228.6CaO34.21MgO10.96Al2O313.18R1.2R3R4MgO/Al2O30.830.68Tio28.271.761.581.0831.3435.3610.6115.561.131.470.98建龙荣钢si0.25生铁成分s0.040.350.04Ti0.190.13物理热14201*50从生铁及渣成分上对比，炉温低于我厂0.1%，能够有效抑制钛的过还原，炉渣碱度控制到1.20，比我厂高0.07，容易保证物理热和炉渣还原气氛的稳定，可以增强对S的还原，渣中二氧化钛较我厂大大高于6.51，处于中高钒钛冶炼。而我厂渣中二氧化钛在2.0左右，一般不超过2.0，属低钛渣冶炼，渣中镁铝比较我厂高0.15，对钒钛矿冶炼有利于渣铁流动性。总体来说，建龙对钒钛矿冶炼经验和各项参数指标的控制成熟。我厂在这方面还需要继续积累经验，完善各项操作制度，同时提高工长操作水平，逐步地适应钒钛矿冶炼，摸索出我们自己的一套冶炼方法。
在这阶段冶炼钒钛铁期间，发现的一些主要问题：
入炉原料结构方面，由于本厂烧结矿产能不足，高炉入炉原料结构复杂，球团矿的比例升高，使不易于炉况的稳定顺行。
原燃料质量方面，要严格控制原料质量，由于冶炼钒钛矿需要控制较低的炉温，这样脱硫就成了一大问题，因此需要减少原燃料中硫的带入量，控制入炉原燃料的硫负荷，同时在含有钒钛的原料当中，要稳定原料中TiO2的含量。且要严格要求入炉原料粒度。
炉渣碱度问题，我厂冶炼目前冶炼的属于低钛渣，可以在保证炉渣流动性的情况下，适当提高炉渣碱度，以此来保证渣铁的物理热和一个好的还原气氛，从而保证脱硫问题。
外围影响，铁水罐粘包问题，由于冶炼钒钛铁，铁中高熔点的钒与钛的氧化物容易造成铁水粘罐，现在这种现象已经逐步显现出来，因此必须要做好出铁后的铁水罐保温工作。
对下游单位的影响，由于烧结矿供应不足，我厂以钢渣来调整炉渣碱度，钢渣在成分中含有大约0.3%-0.5%的P，而高炉无法解决脱P问题，本厂钢渣在配加到高炉中，P不断的循环和富集，铁水中P明显上升，平均在0.14-0.15，对下游炼钢厂的生产有一定影响。
总结：我公司在钒钛球团矿的冶炼操作中，炼铁厂在工艺不成熟的情况下，逐步摸索钒钛冶炼的方法，期间没有因为冶炼含钒钛原料而造成的炉况不顺以及工艺事故，同时在工长也逐步的适应了目前操作要求。在此试验阶段炼铁厂取得了一些成绩，并积累了宝贵的操作经验。但在今后的生产工作中，随着原料中钒钛含量的逐步增加，还应逐步去摸索，解决生产中可能存在的问题，严格控原燃料的理化成分，合理搭配入炉原料，加强操作。在允许的情况下，多组织技术人员到冶炼钒钛矿的企业去交流学习，为今后高钒钛矿冶炼奠定基础，为公司降本增效工作做出更大贡献。
技术处201*年12月
扩展阅读：首承钒钛球团矿高炉冶炼可行性分析
首承钒钛球团矿高炉冶炼可行性分析
高炉冶炼钒钛矿一直是比较困难，主要有泡沫渣、铁水粘罐、粘渣、铁损高、脱硫能力低等技术难题。攀钢高炉自1970年投产后，经过多年技术攻关，高炉利用系数不断提高，由90年的1.406t/m3.d提高到1999年2.143t/m3.d和201*年2.3t/m3.d以上，主要技术经济指标步入了大高炉冶炼普通矿水平。一、首承球团矿与攀钢烧结矿球团矿质量比较
信通首承球团厂是首钢矿业公司与承德信通公司等四方共同出资建设的球团厂，其金属原料为含钒钛的磁铁精矿粉，设计年产钒钛氧化球团矿200万吨。承德地区的钒钛磁铁精矿粉含铁品位较高，达到64％以上，SiO2含量低，一般在3.5％以下，TiO2含量相对比较低，一般小于3.0％，铁品位高于攀钢地区精矿粉品位，TiO2含量低于攀钢地区精矿钛含量，生产的球团矿和烧结矿指标要好于攀钢水平，见表1。
表1信通首承精矿粉、氧化球团矿和烧结矿与攀钢比较指标
首承精矿粉攀钢精矿粉首承球团矿攀钢球团矿
全首承精矿烧结*50％首承精矿烧结*攀钢烧结矿
注：*为计算值
从表1可以看出，承德地区钒钛精矿粉中TiO2含量远低于攀钢地区精矿TiO2含量，且铁品位较高，因而使用承德地区精矿粉生产出的烧结矿、球团矿其铁品位要高于攀钢地区的烧结矿品位，烧结矿、球团矿中的TiO2含量低于攀钢烧结矿、球团矿含量。二、高炉料比结构和冶炼指标
攀钢高炉炉料结构为78％左右的自产钒钛烧结矿，品位前全钒钛球团矿品位约为55~56％，SiO28％，钒钛球团矿人炉主要是代替烧结矿。
攀钢高炉用块矿的主要特点是TFe品位低(50％)，Si02含量高(15％以上)，使用Si02
含量高的块矿的主要目的是调节炉渣碱度和控制炉渣TiO2含量，如果使用高品位低Si02块矿，则需用搭配高硅块矿(Si02>20％)或配加硅石来控制炉渣TiO2含量。
在目前高炉料比结构和原料质量条件下，高炉综合入炉料的TiO2含量为％，炉渣中TiO2含量为％，高炉冶炼顺行，各项技术经济指标较好。表2是近几年攀钢高炉技术经济指标。
表2近10年攀钢高炉主要技术指标
利用系数/t.m-3.d-1焦比/kg.t-1
-1煤比/kg.t入炉品位/％炉渣中TiO2/%
19951.696600.017.0545.4723.2
19961.80958527.6545.7922.3
19971.92955355.8446.0321.63
19981.97252474.9446.5722.15
19992.119430.5113.8147.3822.34
201*201*2.2422.36423140.0347.9722.13
201*年7月20日开始，攀成钢335m3高炉进行了渣中Ti02含量分别为8％、10％、12％、15％四个阶段的工业性试验，通过试验摸索高炉冶炼钒钛矿的操作特点，取得了比较好的技术经济指标。前三个阶段的平均利用系数分别达到2.85t/m3.d、3.15t/m3.d、2.90t/m.d，第四阶段渣中TiO215％的试验遇到一些问题。通过试验和冶炼经验的积累，201*年攀成钢4座高炉逐步加大钒钛矿使用量，使渣中二氧化钛含量逐步提高到15％，取得了比较好的高炉技术经济指标。
钒钛资源是国家急需的短缺战略资源，由于钒产品具有特殊的性能，故被广泛用于钢铁、有色金属、化学以及航空航天、导弹、火箭等各行业。钒氮合金在国内市场极为紧张，目前只有攀钢能够生产钒氮合金，每年生产能力仅1500吨。美国、俄罗斯、德国、日本及西欧等发达国家，对钒的需求量极大，市场前景十分看好。为综合利用目前首承球团矿铁、钒资源，在获得钢铁产品的同时提取钒产品，对首钢控制的承德地区钒钛精矿进行综合开发利用提出如下想法：一是冶炼钒钛矿，二是进行提钒和生产钒钛合金
承德地区钒钛精矿含铁品位在64.5％左右，SiO2在3.3％左右，TiO2含量在3.0％左右，V2O5含量在0.5％左右。用该精矿生产的球团矿品位约63.5％，SiO2约4.5％，TiO2含量约2.5％，V2O5含量约0.45％；用50％该精矿生产的烧结矿在碱度1.80时，品位约57％，SiO2约4.7％，TiO2含量约1.28％，V2O5含量约0.23％。根据攀钢和攀成钢铁公司钒钛矿冶炼经验，在炉渣中TiO2含量10％左右时，通过采取强化冶炼等技术措施，高炉利用系数可以达到接近冶炼普通矿水平，但燃料比比冶炼普通矿时高约80kg/t，使炼铁
成本上升约60~80元/t铁。按照钒钛烧结矿72％、奥块矿8％、钒钛球团矿20％为料比时，高炉炉渣中TiO2含量在8.5％，铁水中V2O5含量约0.3％。三、提钒和含钒合金
根据资料，炉料中的钒约有80～90％在炼铁过程中进入铁水，所以按照前面叙述的烧结矿和球团矿中的钒含量以及高炉料比结构，铁水中的钒含量约0.3％。根据攀钢和承钢铁水吹炼提钒经验，在炼钢前对铁水中的钒进行吹炼时约90％左右的钒进入渣中，形成钒渣。按照年产300万吨铁计算，每年需要钒钛球团矿100万吨，钒钛烧结矿350万吨，可以得到钒渣10～15万吨。通过冶炼钒渣生产V2O5、V2O3和钒氮合金等系列钒产品。
1、产品优势分析（1）钒氮合金
目前每生产一吨FeV80钒铁就会产生一吨半左右的固体废渣，而生产钒氮合金则无任何废弃物产生；同时生产高钒铁钒的回收率仅为95％，而生产钒氮合金，钒的回收率几乎为100％。因此，生产钒氮合金即可保护环境，又节约了钒资源。实践证明，在炼钢中使用钒氮合金比使用钒铁合金产品具有以下优势：
①在含钒量相同的情况下，采用氮化钒合金化的含钒钢比采用钒铁合金化的含钒钢强度高，而延伸率降低很小或基本不降低。
②采用钒氮合金化的钢比采用钒铁合金化的钢，铁素体晶粒度级别要高1～2级，晶粒尺寸更细。
③采用钒氮合金化的高氮钒钢，其钒的析出相数量是含钒钢的2倍，且析出相平均颗粒尺寸更小。
④采用钒氮合金化与采用钒铁合金化钢，可以节约20％～40％的钒，另外，在含钒量相同的情况下，高氮钒钢的强度水平比含钒钢的强度更高。从节约成本和提高性能上看，钒氮合金比钒铁合金具有明显的优越性。
由于国内钒氮合金生产能力远远不能满足市场需求，因此开发生产钒氮合金具有显著优势。
2、市场前景分析
1）供求与市场行情。从世界钒(按V205计，以下同)供求情况看：201*年全球总需求为19160万lb，钒供应为17600万lb，供应缺口为1500万lb；预计201*年需求将达20530万lb，供应为19600万lb，缺口为1000万lb。从钒行情看：钒行情从1999-201*年一直在低位徘徊，随着以中国为主的需求的激增，201*年开始钒价格不断攀升。V205和FeV价格201*年1月份分别为7.87美元／kg和17．9美元／kg；12月份分别为21.08美元／kg和48.7美元／kg。201*年5月份V205和FeV价格分别上涨到57.87美元/kg和120美元/kg。虽然供需紧张，但市场涨幅如此之大实属异常，预计今后将会回落。但V205的价格不会降到22.05美元/kg以下。201*年6月中旬，国内市场钒铁主流报价13.5-13.7万元/吨左右，美国市场方面供应依然紧张，钒铁价格45-47美元/kg，欧洲钒铁报价为39-40美元/公斤钒。
2）钒氮合金
随着新技术的不断进步，钒合金在应用中表现出许多重要的特性，在冶金行业、工具和模具行业、建筑行业、能源行业、铁路运输行业、汽车行业以及热轧容器等行业得到了广泛且重要的应用。
以建筑业为例，我国建筑行业消耗的钢材占钢材消耗总量的30～50％，仅钢筋每年的消费量约5000万t。若用400MPa级钢筋取代335MPa级钢筋，则可节省钢材10～15％，如果建筑行业400MPa级钢筋的用量达到50％，则可节约钢材750万t。同时还提高了混凝土结构的强度，对提高高层建筑和大型桥梁安全性，尤其是抗震性是十分重要的。所以含钒钢铁产品有比较强的市场竞争优势。试验结果表明：钒氮合金生产20MnSiV400MPa钢筋，在达到相同强度的条件下，与钒铁相比可节约35％的钒，并降低炼钢成本。如果我国每年5000万t钢筋中的五分之一使用钒氮微合金比提高到400MPa级钢筋标准，那么每年将消耗钒氮合金约6500t，所以钒氮合金市场前景看好。
3、生产工艺（1）提取钒渣工艺
采用氧气顶吹转炉提钒工艺，将铁水注入转炉后，每吨铁加入冷却氧化剂轧钢铁皮40～80kg/t，用带有水冷的氧气喷枪，以280～320m3/min的供氧强度喷吹工业氧气，吹钒操作时间5～8min，吹炼过程熔池温度从1230～1260℃提高到1340～1410℃，抬起氧枪停止吹氧，将半钢倒入半钢罐车，送至另一座转炉炼钢，钒渣倒入渣罐,实现半钢与钒渣的分离。
（2）五氧化二钒生产工艺
以苏打为添加剂，钒渣为原料生产五氧化二钒工艺流程主要有：原料处理（包括钒渣破碎、粉碎、配料、混料）、氧化焙烧、熟料浸出、沉钒和溶化等5个工序。
将钒渣破碎、球磨、除铁、配料、混料后，在氧化气氛下加热，经焙烧后成为熟料；将熟料中的可溶性钒酸钠溶解到水溶液中，随着溶液酸性增加逐步水解，生成多钒酸钠沉淀物，经过滤后得到的“红饼”（xNa2OyV2O5nH2O），加热后得到五氧化二钒，经脱水、熔化后，再经粒化台制成片状五氧化二钒。
（3）三氧化二钒的生产工艺
用多钒酸钠作原料，用气体还原（天然气、煤气、氢气、一氧化碳、氨气等）得到三氧化二钒。
（4）氮化钒的生产工艺目前国内已经具有钒氮合金产业化生产的工艺和技术，催化还原及固态渗氮技术、非真空连续生产技术及关键设备技术等在国内已经属于成形的技术。
①原料制备：在V2O3中按0.25％～0.30％的比例加入炭质（C1）有机粘结剂，在混合均匀的基础上加压成型，制成毛坯。
②催化还原及氮化：将制成的毛坯物料和一定比例的石墨（作为催化剂）和F型还原剂放入Tby炉中焙烧，同时通入氮气，在炭质还原剂和催化剂共同作用下，实现脱氧还原和渗氮，得到合格的氮化钒。
该工艺特点是非真空、连续、碳化和氮化同步进行。设备投入低、工艺流程简单、生产效率高、能耗低、运行周期短。
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