延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的造渣剂及方法

摘要

本发明公开了一种延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的造渣剂及方法，所述的造渣剂为重质氧化钙和富镁轻质氧化钙。本造渣剂及方法使用富镁、轻质氧化钙用于来提高炉料与原始炉渣中的氧化镁含量，通过改进钒铁冶炼过程中加入的造渣剂氧化钙的成分及理化指标，控制、改善钒铁冶炼过程中炉渣及炉料对炉衬的化学侵蚀和物理侵蚀，从源头上控制钒铁冶炼过程中电炉炉衬的损耗，实现延长钒铁电炉炉衬寿命的目的，若配合补炉技术，能更有效地延长钒铁电炉炉衬寿命。采用本造渣剂及方法后，提高行业50钒铁电炉单炉炉衬寿命一倍以上，正常可到达200炉以上，而且冶炼时间及各期冶炼指标完全满足生产需求。

说明书

技术领域

本发明属于钒铁冶金生产技术领域，尤其是一种延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的造渣剂及方法。

背景技术

钒铁是钢铁材料生产所需的一种重要合金添加剂，通常采用电硅热法、铝热法及电铝热法生产；中国50钒铁产量约占世界总量的2/3以上，其中80%以上是采用电硅热法生产。电硅热法冶炼钒铁是以氧化钒为原料,硅铁做还原剂，石灰做造渣剂，采用电弧炉加热、分期冶炼生产。电硅热法以其生产的连续性好、产品稳定性高、钒收率高、产品质量好、成本低等特点而被行业广泛应用。目前，国内外有攀钢、锦州铁合金、南京铁合金、河北钢铁集团承钢公司等数十家企业采用此法生产50钒铁。目前该方法存在的主要问题之一就是电弧炉的钒铁炉衬寿命较低（尤其是吨位较大的钒铁电炉），如国内3吨钒铁电炉的炉衬寿命一般都在70～100炉。炉衬寿命较低严重影响钒铁的电耗、产量、耐材消耗等多项重要经济技术指标，因此，炉衬寿命是衡量企业钒铁冶炼生产技术水平的关键标准。

电硅热法的原理是以五氧化二钒、三氧化二钒为原料，用硅铁作还原剂。其生产工艺流程如图1所示。在完成配料、混料之后，50钒铁冶炼时加料通常分为四期加料（各期的炉料配比是不相同的）：先在钒铁电炉内加入冷渣、废钢后，将Ⅳ期产生的精渣返回电炉，通电后加入Ⅰ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物），冶炼，出贫渣；加入Ⅱ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物），冶炼，出贫渣；加入Ⅲ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物），冶炼，出贫渣；加入Ⅳ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物）后冶炼，加硅铝铁或金属铝精炼，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品。

钒铁冶炼中加入的氧化钙作为造渣剂使用，这是因为在钒铁生产过程中，在冶炼温度下用硅还原的低价钒氧化物的反应自由能是正值，说明在酸性介质中用硅还原钒的低价氧化物是热力学不可能的，另外低价氧化物与二氧化硅进行反应后生成硅酸钒，钒自硅酸钒中再还原就更加困难，因此在冶炼时加入石灰，它可以与还原产物二氧化硅反应生成稳定的硅酸钙，防止生产硅酸钒；而且还能降低炉渣的熔点和黏度，改善炉渣的性能，强化冶炼效果。

目前常规50钒铁冶炼中，冶金石灰都是采用重质氧化钙（堆密度3.2g/cm³），全部采用重质氧化钙有以下不足：（1）重质氧化钙由于堆密度大于熔融态渣密度（密度2.8g/cm3），冶炼过程中加料时会有部分重质氧化钙下沉，在冶炼过程中对渣线下的炉衬产生冲刷与化学侵蚀，将强化降低炉体寿命。（2）钒铁冶炼过程中造渣通常采用常规二元碱度（氧化钙/二氧化硅）造渣，炉渣碱度在1.7至2.5之间，而炉衬材质为碱性较弱的氧化镁材质，在冶炼条件下，炉渣易使氧化镁被转换、熔入炉渣中，对炉衬产生严重的化学侵蚀。（3）侵蚀冲刷的炉衬材料融入炉内，使炉内物料温度下降，渣量上升，降低钒收率。因此如何改善加入重质氧化钙后的冶炼反应对炉体的副作用，是延长钒铁电炉炉衬寿命的关键。

采用电硅热法冶炼钒铁时，炉体炉衬寿命较短是一个严重的问题，既影响成本又影响生产作业率，若不采取补炉措施，新炉衬冶炼10炉左右后炉体将因炉衬耐材严重侵蚀而无法继续使用。影响炉体炉衬寿命的原因主要是：（1）炉渣的高温化学侵蚀，冶炼过程中，电炉内的高碱度熔融炉渣会对炉衬耐材产生化学侵蚀作用，使炉衬材料熔蚀到炉渣中，造成对炉衬的化学侵蚀，这是造成炉体炉衬寿命下降的最主要原因；（2）熔融态炉料对炉衬的物理侵蚀，在冶炼条件下，铁水及炉渣将在炉内运动，会对炉体熔融态耐材产生冲刷及侵蚀作用，这也是影响炉体炉体炉衬寿命的重要原因；（3）电弧冲击，通电冶炼时电极产生的高温电弧造成炉底局部区域热量集中，对炉体耐材形成烧蚀；因此，延长电硅热法电炉炉衬寿命的可行性措施就是如何设法减轻冶炼过程中的上述侵蚀作用。

50钒铁电炉所用镁砖型号主要有M1、M18、M19、M20等，其成分为MgO≥89%，Cr₂O₃=6%～8%，氧化钙≤3%，0.2Mpa荷重软化温度≥1540℃。冶炼过程中炉渣对炉体耐材的高温化学浸蚀的原因较复杂，但首要原因是氧化钙(碱性较强)造渣剂在高温冶炼条件下对镁质(碱性较弱)炉衬的化学侵蚀作用，由于氧化钙的碱性强于氧化镁，在高温条件下极易造成炉体耐材的化学侵蚀，降低炉体寿命。

以往提高钒铁电炉炉衬寿命的方法是采用行业公知公用的在线补炉的方法，具体做法是：采用人工补炉的方式，采用在线高温快补的办法，每炉出完铁后，清理炉衬上的残铁、残渣，然后用和好的补炉泥（镁砂、镁粉与卤水按一定比例的混合物）直接进行在线热补；补炉时将补炉泥用补炉铲送入炉内，自炉衬底部补到上部，补炉时补炉泥要一铲压一铲，不能有漏铲，泥层下厚上薄。通过每炉期间隔内的在线高温快补，可延长炉体炉衬寿命至70～100炉/炉体。但此方法是在炉衬受到侵蚀后的被动保护办法，不能在源头上控制炉衬侵蚀，达到延长炉衬寿命的效果。能从源头上控制钒铁电炉炉衬的损耗，延长钒铁炉衬寿命的技术与方法，目前尚未发现有关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少对炉衬的物理侵蚀和化学侵蚀的延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的造渣剂；本发明还提供了一种延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述的造渣剂为重质氧化钙和富镁轻质氧化钙。

本发明所述冶炼过程Ⅰ期料中富镁轻质氧化钙的加入比例为本期氧化钙总重的0～50%，Ⅱ期料和Ⅲ期料中富镁轻质氧化钙的加入比例为其中氧化钙总重的20～70%，Ⅳ期料中富镁轻质氧化钙的加入比例为本期氧化钙总重的0～70%。

优选的，所述冶炼过程Ⅰ期料中富镁轻质氧化钙的加入比例为本期氧化钙总重的0～30%，Ⅱ期料和Ⅲ期料中富镁轻质氧化钙的加入比例为其中氧化钙总重的30～60%，Ⅳ期料中富镁轻质氧化钙的加入比例为本期氧化钙总重的40～50%。

本发明所述富镁轻质氧化钙的堆密度≤2.6g/cm³，MgO含量≥4wt%。

优选的，所述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.4～2.6g/cm³，MgO含量为4～10wt%。

本发明方法采用上述重质氧化钙和富镁轻质氧化钙为造渣剂。

本发明方法中的重质氧化钙和富镁轻质氧化钙采用上述配比。

本发明方法所述冶炼过程中，控制炉渣碱度为1.7～2.5。

目前钒铁电炉炉衬的化学腐蚀主要是镁质炉衬与炉渣之间的化学侵蚀过程，在单炉冶炼时间内，炉渣中MgO 的总量即为冶炼时间内达到侵蚀化学平衡时所腐蚀的炉衬量（因所配炉料中不含MgO成分）。50钒铁所产出的贫渣主要成分为：CaO 58.7%、MgO 6.42%、SiO₂ 27.59%、，因此如在造渣剂氧化钙成分中含有适量MgO 成分，将减少冶炼期内达到侵蚀平衡时炉衬的侵蚀量，有利于保护炉衬。因此，选择富镁氧化钙部分替代重质氧化钙将更有利于延长钒铁电炉炉衬寿命。

对于富镁轻质氧化钙（堆密度小于2.6g/ cm³），由于其堆密度小于渣密度（密度2.8g/cm³），加料过程中不存在氧化钙下沉情况，可减少冶炼过程中对渣线下炉衬的冲击与浸蚀；并且，富镁轻质氧化钙加入后可降低了渣相密度，促进熔渣上浮，使渣铁易分离，利于炉内冶炼反应（但富镁轻质氧化钙的加入比例过大时，会有部分富镁氧化钙不能沉入渣面下参与反应，导致渣温低，冶炼过程变慢导致单炉冶炼时间较长）。

通过富镁轻质氧化钙（堆密度小于2.6g/ cm³）与重质氧化钙（堆密度3.2g/ cm³）的比例调配，确定在冶炼50钒铁时，在造渣剂中用部分轻质氧化钙替代重质氧化钙进行造渣，可实现扬长避短，减轻造渣过程中对炉衬的化学侵蚀和物理侵蚀，有效延长50钒铁电炉炉衬寿命，经实际生产验证，可在现有70～100炉的基础上提高炉衬寿命一倍以上，正常情况下可达到150～200炉以上。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明使用富镁、轻质氧化钙用于来提高炉料与原始炉渣中的氧化镁含量，通过改进钒铁冶炼过程中加入的造渣剂氧化钙的成分及理化指标，控制、改善钒铁冶炼过程中炉渣及炉料对炉衬的化学侵蚀和物理侵蚀，从源头上控制钒铁冶炼过程中电炉炉衬的损耗，实现延长钒铁电炉炉衬寿命的目的，若配合补炉技术，能更有效地延长钒铁电炉炉衬寿命。

本发明可减少对炉衬的物理侵蚀。在冶炼碱度一定的情况下，使用含有富镁轻质氧化钙的混合氧化钙比单独配加重质氧化钙，可有效改善氧化钙的沉底量，减轻对炉衬的冲刷、侵蚀。本发明混合氧化钙因密度的匹配作用，更有利于钒铁冶炼的成渣与渣相反应，提高冶炼效果。本发明采用富镁轻质氧化钙造渣，可提高原始渣中的MgO含量，减少达到化学腐蚀反应平衡时对镁质炉衬的化学侵蚀，配合补炉工艺，将有效延长钒铁电炉炉衬寿命。本发明因炉衬侵蚀减少，可有效降低冶炼所产生的炉渣总量，减少炉渣带钒损失，提高钒收率，并减少冶炼电耗。采用本发明后，提高行业50钒铁电炉单炉炉衬寿命一倍以上，正常可到达200炉以上，而且冶炼时间及各期冶炼指标完全满足生产需求。

本发明方法在冶炼钒铁时，根据不同冶炼状况，在各期炉料内加入不同比例的富镁轻质氧化钙，通过富镁轻质氧化钙的低密度与富镁特性，改进钒铁冶炼过程中加入的造渣剂氧化钙的成分及理化指标，实现减少冶炼过程中炉渣对炉体耐材的侵蚀效果，达到延长钒铁电炉炉衬寿命的目的，并起到减低炉渣总量，提高钒收率，节能减排的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是钒铁生产工艺流程简图。

具体实施方式

实施例1：本延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法采用下述工艺和造渣剂。

图1所示，以3吨电弧炉为例，在Ⅰ期料中，配入氧化钙总量为900kg（全部为重质氧化钙），Ⅱ期料、Ⅲ期料中配入氧化钙总量为1400kg，其中700kg为富镁轻质氧化钙，Ⅳ期料氧化钙总量为900kg，其中450kg为富镁轻质氧化钙，冶炼过程中控制炉渣碱度在1.9～2.1，冶炼完成后得到合格50钒铁。上述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.6g/cm³，MgO含量为6.8wt%。经长期生产，本实施例的产品质量、单位产量等与采用常规氧化钙造渣剂时并无实质变化，且炉衬寿命由95炉提高到185炉。

实施例2：本延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法采用下述工艺和造渣剂。

以3吨电弧炉为例，在Ⅰ期料中，加入氧化钙总量为900kg，其中200kg为富镁轻质氧化钙，Ⅱ期料、Ⅲ期料中加入氧化钙总量为1400kg，其中800kg为富镁轻质氧化钙，Ⅳ期料氧化钙总量为900kg，其中400kg为富镁轻质氧化钙，冶炼过程中控制炉渣碱度在2.0～2.2，冶炼完成后得到合格50钒铁。上述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.4g/cm³，MgO含量为4wt%。经长期生产，本实施例的产品质量、单位产量等与采用常规氧化钙造渣剂时并无实质变化，且炉衬寿命由95炉提高到192炉。

实施例3：本延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法采用下述工艺和造渣剂。

以1.5吨电弧炉为例，在Ⅰ期料中，加入氧化钙总量为450kg，全部为重质氧化钙，Ⅱ期料、Ⅲ期料中加入氧化钙总量为700kg，其中300kg为富镁轻质氧化钙，Ⅳ期料氧化钙总量为450kg，其中220kg为富镁轻质氧化钙，冶炼过程中控制炉渣碱度在2.0～2.2，冶炼完成后得到合格50钒铁。上述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.5g/cm³，MgO含量为10wt%。经长期生产，本实施例的产品质量、单位产量等与采用常规氧化钙造渣剂时并无实质变化，且炉衬寿命由95炉提高到193炉。

实施例4：本延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法采用下述工艺和造渣剂。

以1.5吨电弧炉为例，在Ⅰ期料中，加入氧化钙总量为450kg，其中135kg为富镁轻质氧化钙，Ⅱ期料、Ⅲ期料中加入氧化钙总量为700kg，其中420kg为富镁轻质氧化钙，Ⅳ期料氧化钙总量为450kg，其中135kg为富镁轻质氧化钙，冶炼过程中控制炉渣碱度在2.0～2.2，冶炼完成后得到合格50钒铁。上述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.4g/cm³，MgO含量为5.4wt%。经长期生产，本实施例的产品质量、单位产量等与采用常规氧化钙造渣剂时并无实质变化，且炉衬寿命由95炉提高到200炉。

实施例5：本延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法采用下述工艺和造渣剂。

以1.5吨电弧炉为例，在Ⅰ期料中，加入氧化钙总量为450kg，其中225kg为富镁轻质氧化钙，Ⅱ期料、Ⅲ期料中加入氧化钙总量为700kg，其中140kg为富镁轻质氧化钙，Ⅳ期料氧化钙总量为450kg，其全部为重质氧化钙，冶炼过程中控制炉渣碱度在2.3～2.5，冶炼完成后得到合格50钒铁。上述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.1g/cm³，MgO含量为12wt%。经长期生产，本实施例的产品质量、单位产量等与采用常规氧化钙造渣剂时并无实质变化，且炉衬寿命由95炉提高到188炉。

实施例6：本延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的方法采用下述工艺和造渣剂。

以1.5吨电弧炉为例，在Ⅰ期料中，加入氧化钙总量为450kg，其中180kg为富镁轻质氧化钙，Ⅱ期料、Ⅲ期料中加入氧化钙总量为700kg，其中490kg为富镁轻质氧化钙，Ⅳ期料氧化钙总量为450kg，其中315kg为富镁轻质氧化钙，冶炼过程中控制炉渣碱度在1.7～1.9，冶炼完成后得到合格50钒铁。上述富镁轻质氧化钙的堆密度为2.3g/cm³，MgO含量为10.6wt%。经长期生产，本实施例的产品质量、单位产量等与采用常规氧化钙造渣剂时并无实质变化，且炉衬寿命由95炉提高到185炉。