陳圣鵬 呂韜 李秦燦 寧曉宇

(中冶東方工程技術(shù)有限公司 山東青島 266555)

1 前言

以釩鈦磁鐵礦為主礦的鋼鐵工藝流程中，轉(zhuǎn)爐煉鋼后的鋼渣中仍含有不少的釩。根據(jù)多年的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合東北某廠技改實(shí)踐，提出利用原有4×12500kVA礦熱爐冶煉含釩鋼渣制取含釩生鐵的工藝。含釩生鐵中的釩含量較低，同時(shí)由于使用焦炭作主還原劑，生鐵中會(huì)含有4%～6%的碳，合金鋼使用受限[1]。因此需要使用精煉設(shè)備對(duì)之進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

AOD精煉爐對(duì)原料的適應(yīng)性較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的氧化能力，生產(chǎn)率較高，經(jīng)濟(jì)性較好[2]。選用2座3tAOD精煉爐，以礦熱爐生產(chǎn)的高碳含釩生鐵為原料，雙聯(lián)冶煉來生產(chǎn)釩渣和低釩合金。4座礦熱爐配置2座AOD精煉爐，與礦熱爐車間澆鑄跨毗鄰建設(shè)，縮短運(yùn)輸距離，熱含釩鐵水直接兌入AOD爐內(nèi)進(jìn)行精煉。

2 冶煉工藝

AOD精煉爐冶煉基本工藝流程如圖1所示，主要包括：裝料、造渣、供氧、過程控制、終點(diǎn)控制、出爐。

圖1 AOD爐雙聯(lián)冶煉釩渣及低釩合金工藝流程圖

礦熱爐生產(chǎn)的含釩鐵水，通過過跨車運(yùn)到AOD精煉爐前。由冶煉吊車將鐵水包吊起來運(yùn)行至AOD爐口，將鐵水兌入爐內(nèi)。鐵水典型成分如表1所示。

表1 含釩生鐵化學(xué)成分

裝入量控制在新爐1～30爐4～5噸鐵水，30爐以后為5～8噸鐵水。兌鐵時(shí)應(yīng)通知除塵風(fēng)機(jī)提速，開始時(shí)要小流兌入，避免灑鐵，同時(shí)注意爐口和天車配合，防止脫鉤。

鐵水兌入爐內(nèi)后，按鐵水成分加入冷卻劑，開始冶煉。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到正常除塵要求后，方可允許下降氧槍吹煉。氧槍系統(tǒng)是由主控室操作的，同時(shí)還設(shè)有機(jī)旁操作盤可供維修試車時(shí)操作。可進(jìn)行自動(dòng)控制和人工操作或在機(jī)旁人工操作。

氧槍打火成功后，控制氧氣壓力在0.6～0.7MPa之間，并把底吹氮?dú)獯蜷_，壓力控制在0.2～0.3MPa。同時(shí)注意觀察爐口火焰變化，調(diào)整氧槍槍位，按火焰變化補(bǔ)加一些球團(tuán)進(jìn)行降溫，促進(jìn)釩在此溫度區(qū)間快速氧化。過程中的供氧、供氮量需根據(jù)鐵水中Si+Ti含量進(jìn)行控制，如表2所示。

表2 噸鐵供氧、供氮量控制表

在冶煉過程中，需密切關(guān)注火焰變化，當(dāng)有溫度急劇上升的趨勢(shì)時(shí)，加入冷卻劑調(diào)溫，來控制升溫速率，保證終點(diǎn)溫度命中同時(shí)盡量延長(zhǎng)供氧時(shí)間。要求提釩供氧時(shí)間大于4min，冷卻劑每次不能大于鐵水裝入量的5%。

吹煉結(jié)束后，提起氧槍關(guān)閉氧氣，繼續(xù)吹氮?dú)?0～30秒后把氮?dú)忾y門關(guān)小，保持在0.05～0.1MPa之間，防止底吹槍堵塞。不倒渣爐次爐內(nèi)溫度控制在1360～1390℃之間。碳控制在不小于3.5%，余釩控制在不大于0.5%。倒渣爐次爐內(nèi)溫度控制在1400～1450℃之間，以保證良好的渣鐵分離和渣狀。到達(dá)吹煉終點(diǎn)，將鐵水出在鐵水包內(nèi)，隨即兌入另一座AOD精煉爐內(nèi)，并將釩渣倒于渣盤，檢查爐況準(zhǔn)備下次冶煉提釩。

第二座AOD爐開始進(jìn)行脫磷脫碳生產(chǎn)低釩合金，其冶煉方法主要為：頂吹氧氣，同時(shí)底吹氮?dú)膺M(jìn)行熔池?cái)嚢?，并加入石灰造高堿度渣，使含釩鐵水中的磷氧化成P2O5并與之結(jié)合成4CaO·P2O5穩(wěn)定在爐渣中，同時(shí)將碳脫到合理范圍內(nèi)。這個(gè)過程以碳氧反應(yīng)居多，鐵水中的釩氧化少，保證了釩的含量。爐溫控制在1500～1580℃，終點(diǎn)碳<1%，釩>0.3%，磷<0.04%。

提釩冷卻劑和脫磷劑成分、低釩合金組成分別如表3、表4所示。

表3 冷卻劑和脫磷劑化學(xué)成分

表4 低釩合金化學(xué)成分

3 系統(tǒng)參數(shù)

3.1 主要設(shè)備組成

AOD由爐體及爐體支承裝置、側(cè)吹裝置及供氣管、傾動(dòng)機(jī)械及稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。

(1)爐體

AOD爐體主要包括爐帽、爐身、爐底這三部分，爐殼采用16mm的鋼板焊接而成。爐帽為上錐形，可防止冶煉過程中高溫鐵液的噴濺。爐底為一傾斜度約20°的倒錐形，可以有效防止氣流對(duì)風(fēng)口上方爐襯的沖刷，以提高其使用壽命[3]。

(2)托圈及耳軸

托圈主要起著支撐、傾動(dòng)、換爐體的作用，是AOD爐的重要部件。采用16Mn鋼板焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度良好，制造工藝簡(jiǎn)單。其平面高于爐內(nèi)液面，當(dāng)傾動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，因爐自重仍使之返回初始的直立狀態(tài)，避免發(fā)生安全事故。托圈上設(shè)有主動(dòng)、從動(dòng)兩個(gè)耳軸，為35CrMo大型鍛件，通過軸承將爐重座于支架之上。

(3)傾動(dòng)裝置

AOD爐傾動(dòng)采用落地式傳動(dòng)裝置，由開式齒輪、減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)組成。主要是通過傾動(dòng)爐體來配合兌鐵水、測(cè)溫及取樣、出鋼和扒渣等工序操作，因此需要?jiǎng)幼鳒?zhǔn)確、速度可控，能夠根據(jù)冶煉工藝的需要實(shí)時(shí)靈活地做出反應(yīng)。

(4)水冷及通氣配管

托圈主動(dòng)側(cè)耳軸配有水冷旋轉(zhuǎn)接頭，用于將爐帽、托圈的冷卻水排出；配管完成后，需用0.9MPa水做耐壓試驗(yàn)，保壓10分鐘不得滲漏。從動(dòng)側(cè)耳軸配有底吹氣旋轉(zhuǎn)接頭，用于引入爐帽、托圈的冷卻水及底吹氣體；配管完成后，需保以2.4MPa壓力水，維持30分鐘沒有滲漏方為合格。

3.2 爐型參數(shù)(見表5)

表5 AOD爐型基本參數(shù)

3.3 維護(hù)

AOD的爐襯材質(zhì)如表6所示，由于長(zhǎng)時(shí)間地高溫操作，以及氣流、熔渣及鋼水對(duì)爐襯的強(qiáng)烈沖刷，導(dǎo)致其壽命較低[4]，約70爐左右。為了保證AOD爐的作業(yè)率，采用活爐座形式，設(shè)置了2個(gè)爐殼。為便于拆卸爐體，AOD爐及其傾動(dòng)裝置布置在爐子跨內(nèi)。

爐子采用固定式，其更換爐殼的操作與轉(zhuǎn)爐類似[5]，爐體與托圈的連接可滿足快速拆裝，生產(chǎn)效率較高。需要更換時(shí)，先將爐前活動(dòng)平臺(tái)移開，使用成品跨吊車將換殼臺(tái)車吊于AOD爐下的軌道上并開至爐殼下方，隨即升起液壓平臺(tái)支撐住爐殼，拆開爐殼與托圈的連接，接著將換殼臺(tái)車開出。然后由吊車將爐殼吊運(yùn)至補(bǔ)爐區(qū)進(jìn)行爐襯的拆除與砌筑，在線烘烤后由吊車吊于換殼臺(tái)車上開至托圈內(nèi)，擰緊爐體與托圈之間的螺栓連接，降下液壓平臺(tái)后，再將臺(tái)車復(fù)于原位。

3 結(jié)語

(1)礦熱爐冶煉轉(zhuǎn)爐鋼渣制取的含釩生鐵，具有很高的碳量和較低的釩量，筆者從先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，通過合理工藝及設(shè)備參數(shù)的選取，將礦熱爐工序與精煉工序直接有效銜接。

表6 含釩生鐵化學(xué)成分

(2)精煉工序采用AOD雙聯(lián)法，即將礦熱爐所產(chǎn)的含釩鐵水直接熱兌入一臺(tái)AOD爐內(nèi)，提釩保碳得到富釩渣，接著將吹煉鐵水轉(zhuǎn)入另一臺(tái)AOD爐內(nèi)進(jìn)行造渣，脫碳、脫磷后得到低釩合金。

(3)整段工藝流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)營(yíng)成本低。同時(shí)極大地提高了金屬的回收率，可為生產(chǎn)者帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，是一種節(jié)能降耗的有效途徑。