w(SiO2)/w(V2O3)对含钒炉渣熔化温度及黏度的影响

摘要：为了对转炉提钒冶炼过程含钒炉渣熔化和流动性进行合理的控制，采用半球点法和内旋转黏度法分别测试了含钒炉渣熔化温度和黏度，采用XRD测试了含钒炉渣的物相，并采用综合碱度（BI′）反映渣中酸碱氧化物平衡关系。结果表明，在FeO质量分数一定的条件下，随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，综合碱度由BI′>1单调下降至BI′<1，含钒炉渣熔化温度先降低后升高；随着FeO质量分数的增加，熔化温度最低点对应的w（SiO2）/w（V2O3）增大。随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，黏度随温度变化的趋势变缓，高温熔融态含钒炉渣黏度增大，低温阶段黏度减小。综合考虑黏度对钢渣界面反应和钒渣流失的影响，FeO质量分数为44%时含钒炉渣w（SiO2）/w（V2O3）应控制为0.7。     

四元渣系CaO-FeO-SiO2-V2O3的活度模型及应用

根据分子离子共存理论建立了CaO-FeO-SiO2-V2O3四元渣系活度计算模型.计算结果表明,渣中V2O3的活度系数与实测值吻合.V2O3活度系数的影响因素主要为炉渣碱度和渣中氧化铁含量.冶炼含钒合金钢时,钒的收得率主要与冶炼钢种成分、炉渣成分和渣量有关,其中炉渣氧化铁的活度和渣量对钒的收得率影响显著.对于钒铁、V2O5和钒渣等合金添加剂用于冶炼含钒合金钢的计算表明,钒铁收得率最高,而钒渣的收得率最差,且只能用于冶炼微钒合金钢种.     

含钒钢渣资源特性及其提钒的研究进展

含钒钢渣产生于钒钛磁铁矿的炼钢过程,是重要的、很有利用价值的冶金二次资源,可作为提取V2O5的重要原料,但由于其钙、铁含量高,钒含量低,钒赋存状态复杂、弥散分布于多种矿物相中,使得其中的钒难以回收利用。在分析了含钒钢渣资源特性的基础上,从火法冶炼、湿法提钒、新技术等方面综合评述了含钒钢渣提钒的进展状况,其主要表现为:现有提钒工艺虽多,但很难适应含钒钢渣的资源特性,且普遍存在成本高、污染重、回收率低等诸多问题;而一些新兴技术如选择性析出、微生物浸出、矿浆电解等,用于含钒钢渣提钒的研究,虽然效果较好,但工艺尚不成熟,实际生产仍采用传统钠化焙烧工艺。最后,基于国内外现有研究,针对钢渣中钒的回收,就今后研究的重点和方向提出了相应的建议:加强选矿预处理、焙烧-浸出过程机制的研究,提高钒的总回收率;提高酸浸和溶剂萃取的选择性,实现含钒溶液的有效净化与回收;应加强新技术的开发与完善,这可从根本上解决现有提钒工艺污染重、利用率低的状况。     

含钒钢渣固废的资源化利用途径

采用钒钛磁铁矿的钢铁生产企业,其产生的钢渣为一般工业固废,其中仍含有大量的钒尚未得到有效利用。针对含钒钢渣固废亟待处理的问题,采用矿热炉处理含钒钢渣固废,生产含钒生铁,变废为宝。实践表明,钒回收率可达85%以上,可生产含钒3.0%～3.5%的含钒生铁,实现了含钒钢渣固废的资源化利用。     

攀钢高炉含钒铁水成分的优化

根据钒钛磁铁矿的冶金特性及大型高炉冶炼含钒铁水的特点，分析了攀钢高炉含钒铁水成分对铁水在线脱硫，含钒铁水提钒炼钢的影响，建议在充分发挥钒钛磁铁矿冶炼流程中各个工艺环节的作用的基础上，通过试验研究，使高炉含钒铁水成分达到最佳化，从而使整个冶炼工艺取得更大的经济效益。     

复吹转炉铁水提钒理论及热模拟试验

采用共存理论计算了提钒炉渣V_2O_3-SiO_2-TiO_2-Cr_2O_3-MgO-MnO-FeO中V_2O_3的活度系数,研究了炉渣组元、温度对V_2O_3活度系数的影响,得到V2O3的活度系数为0.5×10~(-6)~9.0×10~(-6)。通过对V-C平衡进行研究,得出了V-C氧化的转化温度为1380℃,即吹炼过程铁水控制温度。采用具备顶底复吹功能的500kg中频感应炉模拟了复吹转炉铁水提钒工艺,试验结果表明:吹炼终点钒质量分数平均为0.06%,钒氧化率为95%。底吹搅拌可以显著加速铁水中钒的氧化,缩短3min的冶炼周期。     

含钒铁水炼钢应用研究

通过含钒铁水在转炉炼钢生产过程研究分析,总结出了含钒铁水冶炼变化规律。钒的氧化特征表明,转炉单渣冶炼条件下钒氧化率为98.9%,钒总收得率为7.7%,钢包渣中钒的收得率约为90.4%,可利用钒渣生产含钒钢。含钒铁水减少了HRB400钢筋钒氮合金消耗,降低了生产成本。     

用碳热还原法从含钒钢渣回收含钒生铁

实验研究表明对于含钒2．65％钢渣,钒元素主要分布在RO相和Ca3SiO5相中;调节渣中（CaO／SiO2）=2,含V2O53．4％的合成渣,熔化缓冷后,钒主要固溶于Ca3SiO5相中;对于V2O5含量在4．7％-7．0％之间的钢渣,钒是以CaV2O6还是Fe—Mn—V—O固溶体形式存在主要取决于渣中铁氧化物的含量。在钒含量较低的钢渣中,由于含钒相的晶粒较小,很难将钒从其它组分中分离出来,但在1550～1600℃条件下,用碳热还原法可以有效地回收钢渣中的钒,得到被碳饱和的钒铁合金,利用渣在冷却过程中自动粉化现象,很容易实现渣和合金的分离。     

转炉含钒钢渣冶炼钒系合金新流程工艺思路

钒钛磁铁矿在以钢铁为主导的冶炼工艺流程中,经转炉提钒炼钢后渣中仍存有不少的钒。目前,有关于钢渣返回高炉冶炼,以及钠化或钙化湿法提钒技术等报道,但因存在诸多问题尚未大规模生产。文章提出了一套新的冶炼工艺来生产钒系列合金:矿热炉以含钒钢渣为主配加钒钛磁铁矿生产高钒生铁;使用一台AOD炉通过顶吹氧、低吹氩并加入适当冷却剂生产钒渣,另一台AOD炉以提钒后的含钒铁水经脱磷脱碳等工序生产低钒合金;倾动电炉以钒渣为原料用电硅热法生产硅钒合金;真空电阻炉和重熔炉以钒片为原料生产钒氮合金。该工艺可有效解决钢厂产生的大量脱磷钢渣,实现对钒、铁等有价资源最大限度的回收利用,具有显著的经济效益和环境效益。     

含钒钢渣提钒新工艺研究

含钒钢渣产生于钒钛磁铁矿的炼钢过程,可作为提取V_2O_5的重要原料。但由于其CaO和铁的含量高,钒含量低,目前回收利用难度很大。针对现有提钒工艺存在的问题和含钒钢渣的特点,自主开发出一种"选矿预处理、选择性分段浸出、萃取—洗涤—反萃"的选冶湿法提钒新工艺,并重点研究了选矿预处理、选择性分段浸出、净化与富集等工序,取得了较好的结果。新工艺钒总回收率达80%,与传统工艺从含钒固废中提钒时总回收率不足70%相比,指标大幅提升。新工艺取消了焙烧工序,突破了传统火法冶炼的局限,既消除焙烧污染、降低成本和投资,又提高浸出指标。新工艺使用的原料是废弃的含钒钢渣,属于废弃物的综合利用,对充分利用钒资源具有重要意义。     

Possibility of Selective Oxidation of Vanadium from Iron and Phosphorus in Fe‐V‐P Melt

Experiments on a vanadium recovery method from vanadium containing BOF‐slag using both a Tamman furnace (3 kg scale) and an induction furnace (150 kg scale) were conducted. The vanadium was extracted into the slag phase by bubbling oxidation gas into a metal bath consisting mainly of V (1–10 mass%), Si (less than 1 mass%) and P (about 1 mass%). The first experiments revealed that the slag formed during oxidation reaction had considerably high phosphate capacity. High phosphorus content would rule out the possibility of using the slag as a raw material for the production of ferrovanadium of high quality. In order to reduce the P‐content in the slag, addition of slag former to reduce phosphate capacity was necessary. A suitable slag system (having the initial composition 40 mass% Al₂O₃ ‐ 25 mass% CaO ‐ 35 mass% SiO₂) and a suitable atmosphere, by using CO₂, that enhanced the oxidation of vanadium, but limit the oxidation of iron and phosphorus was found. However, more efforts should be put forward, e.g. study of the phase diagram, the viscosity of the slag and even oxide activities to gain more insight into the slag formed by selective oxidation.     

冶炼钒钛磁铁矿时铁液中钒的扩散及V2O5还原动力学

铁水中钒的扩散及其动力学特征是影响钒钛磁铁矿冶炼时钒还原及回收的关键因素。本文研究了：碳饱和铁水中钒的扩散及动力学特征；温度、铁水中钛的浓度对钒扩散的影响；铁水中钒与钛对相互间扩散的影响；分析了钒钛磁铁矿冶炼时钒还原的动力学条件及限制性环节。研究结果表明：随温度提高，钒的扩散系数提高，铁水中钛浓度提高，有利于提高钒的扩散能力，而铁水中钒会降低钛的扩散能力。钒钛磁铁矿冶炼时，钒的还原属于扩散为主要限制环节的动力学特征。     

含钒硅铁水CO_2脱硅保钒实验研究

以含钒生铁为原料,进行脱硅保钒处理,得到低硅含钒生铁,为下一步转炉提钒获得高品位钒渣奠定基础.本文利用MoSi_2炉和石墨坩埚以CO_2为氧化剂,研究了温度和CO_2气体流量等因素对含钒硅铁水中硅和钒含量的影响.结果表明:当温度在1 450℃左右、CO_2流量控制在1 L/min、一定强度的搅拌时,对脱硅保钒有利,脱硅率高达68.62%,而钒氧化率仅为0.73%.     

苟淑云燃烧碘量法测定V2O3中的硫

针对V2O3产品中硫的测定既无方法也无标样的问题,经大量试验研究选择了硫含量相近、基体相同的钒渣标样,作为分析V2O3中硫的量值传递标准,确认了燃烧碘量法作为其分析方法。     

基于转底炉直接还原工艺的钒钛磁铁矿综合利用试验研究

通过大量试验研究,提出了＂钒钛磁铁矿转底炉直接还原—电炉深还原—含钒铁水提钒—含钛炉渣提钛＂工艺流程。铁、钒、钛元素回收率分别达到90.77%、43.82%和72.65%。通过试验室和工业试验研究,解决了钒钛磁铁矿直接还原金属化率低、电炉深还原钒还原率低、高硅铁水提钒、高镁铝含钛炉渣提钛等技术难题,获得了直接还原金属化率大于90%,电炉深还原钒还原率大于80%,钒渣提钒钒回收率大于65%,钛渣提钛钛回收率大于75%的良好效果,分别获得了符合电炉炼钢要求的低碳生铁、符合YB/T5304-2006要求的片状V2O5和达到PTA121质量要求的钛白产品。     

150t转炉低钒铁水提钒生产实践

针对承钢特殊铁水条件（wV=0.15%～0.25% ,铁水温度为1280～1380℃）,通过理论分析,采取N2-O2提钒模式,控制转炉提钒各工艺参数,得到合格钒渣和良好的半钢。生产实践表明,解决了对低钒、高温铁水的钒资源提取,取得良好的经济效益。     

Decomposition,Reduction and Dissolution Mechanism of Calcium Sulfate in Iron Oxide Dust Pellet

Iron oxide dust generated during oxygen blowing in the BOF process contains a high content of iron. This iron oxide dust can be used as a material of iron source in the BOF slag reduction process or as de‐siliconisation flux or dephosphorization flux of hot metal pretreatment. One of the most practical uses of iron oxide dust is recycling as a form of pellets in the BOF considering easy application and the amount that can be recycled. In the process of making iron dust pellets cement is used as a binder that contains a lot of calcium sulfate. This calcium sulfate is reduced and dissolved in the molten metal during refining in the BOF. If the oxygen content in slag and molten steel is high enough, the reduced sulfate cannot be dissolved into molten metal and it can be removed as SO_x gas. The behaviour of calcium sulfate has been studied using of 50kg high frequency induction furnace and industrial‐scale plant tests were carried out at a 300ton BOF. The results show that for low carbon steels the evaporation of decomposed sulfate increases with increasing oxygen content in the slag while for high carbon steels the decomposed sulfate is reduced into the molten metal.     

环缝式底吹供气元件在铁水提钒中的应用

 为了解决提钒炉熔池搅拌能力不强造成的半钢残钒和炉渣中金属铁高的问题,在提钒转炉的含钒铁水提钒过程中采用环缝式底吹供气元件,设计了适用于铁水提钒的底吹工艺,开展了工业试验研究。通过调研发现,毛细管式透气砖在提钒炉使用过程中存在底吹搅拌强度不高,容易堵塞的问题,因此把毛细管式透气砖改为环缝式供气元件。在此基础上,利用数值模拟计算、冷态模拟试验确定出合适的提钒底吹和顶吹工艺模式,以此制定工业试验方案。数值模拟结果表明,随着底吹供气元件距炉底中心距离的增加,熔池死区面积比例增加,选取底吹元件最佳开孔位置在距离工作层中心0.45D处(D为熔池直径),能获得最佳的熔池搅拌效果。水模试验结果表明,在顶吹流量为11 000～15 400 m3/h条件下,合适的底吹供气强度为0.05～0.08 m3/(t·min)。工业试验结果表明,底吹工艺优化后,半钢中钒质量分数和碳质量分数平均值分别为0.033%和3.35%,分别比工艺优化前钒质量分数降低0.004%,碳质量分数提高0.1%;钒渣中氧化钒质量分数和金属铁质量分数平均值分别为18.99%和22.25%,较工艺优化前氧化钒质量分数增加0.67%,金属铁质量分数降低3%。由此说明工艺优化后,熔池搅拌条件改善,钒氧反应更充分。实践证明,环缝式底吹供气元件具有底吹强度大、维护容易、不易堵塞,安全可靠的特点,适用于提钒转炉铁水提钒工艺。     

Activity of VO1.5 in CaO‐SiO2‐MgO‐Al2O3 Slags at Low Vanadium Contents and Low Oxygen Pressures

In the present work, the gas‐slag equilibration technique was employed for the measurement of the thermodynamic activity of vanadium oxide. The vanadium‐containing slag kept in a platinum crucible was equilibrated with a gas mixture of CO, CO₂ and Ar, with well‐defined oxygen partial pressure at a pre‐determined temperature. The slag sample was quenched and the composition of the final slag was determined by chemical analysis. From the value of the oxygen partial pressure, the thermodynamic activity of VO_1.5 could be calculated using the value for the activity of vanadium in V‐Pt alloy. The measurements were carried out in the temperature range 1823～1923K and the oxygen partial pressures employed were 10^‐3, 10^‐4, 10^‐5 Pa. The present results show that the activity of vanadium(III) oxide in slag exhibits a negative deviation from ideality in the present composition range. With increasing basicity of the slag, the final content of vanadium oxide in the slag was found to show an initial increase followed by a constant content. The activities of vanadium(III) oxide did not exhibit any significant change with increasing temperature. The activity coefficient of vanadium(III) oxide decreased sharply with slag basicity approximately up to a basicity of 1, beyond which it showed a near–constant value. Increase in basicity was found to cause a change in the distribution of vanadium between the slag and the alloy phases even though this effect was less pronounced. From the present results, a mathematical relationship for estimating the vanadium content in slag for a given activity of vanadium in the molten metal phase was developed.     

三聚氰胺沉钒试验研究

以钒渣钠化焙烧工艺得到的碱性钒净化液为原料,分析了溶液中V、Na以及杂质Si、P的含量,研究了三聚氰胺代替常规铵盐作为沉淀剂的酸性铵盐沉钒新工艺,并探讨了溶液中Na含量对沉钒效果的影响。结果表明:采用三聚氰胺沉钒,在沉钒剂用量n(C_3H_6N_6)/n(TV)=0.3、pH=2.0、沉钒温度90℃及沉钒时间45 min的条件下,沉钒率大于98%,得到的钒沉淀物经500℃煅烧3 h,可以获得满足标准的粉状V_2O_5,且沉钒废水中V和NH_4~+含量极低,简化了后续的废水处理工序。该工艺适合于n[Na]/n[V]≤5.0的溶液体系,试验效果良好。