含釩鐵水轉爐提釩同時脫磷的生產實踐

李國庭  張曉磊  王寶華  高建國  吳麗媛

（河北鋼鐵集團承德分公司，河北承德，067102）

摘  要：通過對含釩鐵水轉爐提釩同時脫磷的理論研究，以及生產現場的試驗數據分析，得到渣的二元堿度和溫度對轉爐提釩脫磷過程的關系和影響，確定了合理的工藝參數和操作制度；生產實踐表明，控制二元堿度在1.6-2.0，吹煉終點溫度在1360-1420℃之間，成功解決了含釩鐵水在提釩轉爐中對釩資源的有效提取和預脫磷的難題，為低磷鋼的生產創造良好的生產條件，釩的氧化率達86.11%，預脫磷率達74%。

關鍵詞：含釩鐵水；轉爐提釩；脫磷；半鋼；釩渣

The Practice Of Dephosphorization In The Process Of Vanadium Extraction In Converter

LI Guo-ting,ZHANG xiaolei ,WANG baohua,GAO jianguo,WU liyuan

(Plate Business Department，Chengde Iron and Steel Company，Chengde，067102 Hebei，China)

Abstract： By studying the theory of dephosphorization in the process of vanadium extraction and analyzing the experimental data in the production process, we get the influence of the binary basicity of  the slag and the temperature on the process of vanadium extraction and dephosphorization, and get reasonable process parameters and operation system. The practice showed that controlling binary basicity at 1.6-2.0 and the blowing end point temperature at 1360-1420℃ ，which successfully solved the problem of the hot metal containing vanadium extraction and effective dephosphorization pretreatment in vanadium extraction converter, create a good production conditions for the production of low phosphorus steel，and the oxidation rate of vanadium reaches 86.11% and the pre-dephosphorization rate reaches 74%.

Key words： vanadium-bearing hot metal；vanadium extraction by converter； dephosphorization； semi-steel；vanadium slag

河鋼承鋼150t轉爐系統設置3臺頂底復吹轉爐，采取1對2的提釩、煉鋼雙聯工藝，設計年產12.5萬t釩渣，鋼水315.5萬t，其后序1780生產線的產品以熱軋卷板為主，近些年逐步提升品種鋼比例，生產一定比例的超低碳低磷鋼，生產這類要求低磷的鋼種時，采用圖1的生產流程，在提釩轉爐內對含釩鐵水進行脫硅、脫鈦、提釩、脫磷以及脫除部分碳，減輕煉鋼的壓力。

接鐵→提釩脫磷→脫硫→煉鋼轉爐

圖1 生產流程

Fig.1 the production process

含釩鐵水轉爐提釩后的產品釩渣主要是提取五氧化二釩，目前從釩渣提取五氧化二釩的主要工藝流程為釩渣鈉化氧化焙燒-水浸提釩，但是因為在鈉化焙燒過程不可避免的會釋放一些污染性的氣體，如：HCl，Cl2，SO2，CO2 等，所以在鋼鐵企業面臨越來越嚴格的環保要求的當下，鈉化提釩工藝的局限性越來越明顯，并且其對釩渣中的CaO 含量有嚴格的要求，所以在轉爐提釩過程不能加入石灰進行造渣脫磷，由此造成后續半鋼煉鋼脫磷負荷增大，冶煉低磷、超低磷鋼困難，近年以來環保、清潔的釩渣鈣化提釩工藝逐漸受到研究人員的重視，為此許多科研人員也進行了很多研究和探索[1,2]。

隨著新的釩渣提釩技術的發展和應用， 含鈣釩渣得以能提釩，以及日益對鋼材磷含量的要求提高，提釩轉爐提釩同時脫磷的工藝也值得去探索實踐。

1含釩鐵水轉爐提釩同時脫磷的理論研究

1.1轉爐提釩同時脫磷的理論

轉爐提釩同時脫磷是利用轉爐提釩的選擇性氧化原理,采用高速氧射流在轉爐中對含釩鐵水進行攪拌，將鐵水中釩氧化成穩定的釩氧化物,以制取釩渣的一種物理化學反應過程，這一過程中通過加入氧化性脫磷劑，利用提釩轉爐釩渣的高氧化性，金屬熔體中的磷元素被氧化成5價，以磷酸鹽的形式固定在熔渣。

文獻[3]通過對提釩過程元素氧化的熱力學計算，理論上證明含鈣的爐渣可以促進P2O5的固定，從而實現提釩過程中氧化脫磷的可行性。

轉爐提釩過程鐵水中磷、釩的氧化,都是在渣鐵界面進行，如反應式（1.1）、（1.2）所，由此可以分別導出釩、磷在渣金間的分配比[4,5]。

從前面公式1.1-1.4可以得出脫磷和提釩反應均需要高氧化鐵的氛圍和都是強放熱反應，低溫均有利于提釩和脫磷，而石灰的加入作為脫磷劑固定磷元素，而不影響釩的氧化和固定。對比承鋼150t轉爐系統的提釩－煉鋼工藝流程，提釩轉爐的溫度條件、供氧條件等均與國內的脫磷轉爐類似，適宜開展轉爐雙聯脫磷工藝。

1.2溫度和堿度對轉爐提釩同時脫磷的影響

在轉爐提釩過程中添加石灰做脫磷劑，在保持其他工藝條件不變（變化較小）的情況下，分別做溫度和堿度的對提釩脫磷過程的影響，采用相關數據得到如下圖2和圖3。

圖2是石灰在一定的情況下，溫度對對提釩和脫磷均有很大影響，低溫有利于提釩，圖3是在控制溫度等其他條件不變或是變化較小情況下，配比不同的量的石灰，測得終渣堿度和半鋼成分，可以看出堿度對脫磷影響最大，對釩的氧化影響較小。

文獻[6]以共存理論進行研究提釩過程同時加入CaO脫磷得出：CaO 在爐渣中為堿性氧化物，其含量升高會更多地與SiO2、TiO2等酸性氧化結合降低它們的活度和活度系數，間接地提高FeO、MnO等堿性氧化物的活度和活度系數，這些影響結果對含釩鐵水的提釩和脫磷均是有利的，堿度的增大能提高提釩和脫磷的效果，且脫磷效果的提升遠大于提釩，在堿度( 0. 17 ＜Ｒ＜1.61) 和溫度( 1350 ℃＜ T＜1 425℃)范圍內，堿度的升高對磷的分配比增大更加明顯。

溫度升高不利于提釩，在實際生產過程必須在保證爐渣具有一定流動性的前提下，盡可能的降低反應溫度，以保證提釩和脫磷的效果。

從圖3可以看出堿度對轉爐提釩的影響是有限的，此前的研究也表明堿度增加對鐵水中釩含量的減少作用并不明顯[7]，半鋼釩含量隨堿度增加變化較小，釩、磷的氧化反應均為放熱反應，但是從圖2看出半鋼釩含量增加較磷含量多，說明釩的氧化比磷的氧化對溫度更為敏感。

在提釩脫磷過程要充分考慮溫度對兩者的影響，尤其需要考慮溫度對提釩的影響，保證爐渣流動性的前提下適當降低反應溫度有利于提釩和脫磷，結合提釩的實際情況和本研究的結果，轉爐提釩過程加石灰同時造渣脫磷的反應溫度應控制在1380℃左右。

針對承鋼目前的低釩鐵水條件，提釩脫磷的終點溫度控制在1360～1420℃是較理想的溫度，也是釩和磷轉化率較高的溫度區間，堿度控制在1.6-2.0之間。

2 承鋼150噸轉爐提釩脫磷工藝

2.1 鐵水和冷料條件

表2冷料成分（質量分數%）

Table 2 Coolant composition     %

2.2 操作制度

表3提釩脫磷的工藝模式

Table 2 The model of dephosphorization process of vanadium extraction

2.3 提釩脫磷后半鋼和終渣化學成分

表4 半鋼和終渣主要化學成分和溫度

Table 4  Main chemical compositions and temperature of semi-steel

2.4 提釩脫磷主要技術指標

提釩脫磷轉爐以鐵水中的釩的氧化率和磷的.氧化脫除率作為主要技術指標，統計近幾個月生產低磷鋼時提釩脫磷數據，得到釩的氧化率達86.11%，預脫磷率達74%。

3 結論

通過生產實踐，含釩鐵水通過提釩轉爐可以實現提釩同時脫磷，控制終點溫度在1360-1420℃，便于提釩同時脫硫工序便于脫硫，二元堿度在1.6-2.0，釩的氧化率達86.11%，預脫磷率達74%，為轉爐冶煉低磷鋼創造良好的工藝條件，其現階段存在主要問題是提釩脫磷的周期比較長和煉鋼的周期匹配問題以及含鈣釩渣的后續提釩。

參考文獻

[1] X. S. Li, B. Xie. Extraction of vanadium from high calcium vanadium slag using direct roasting and soda leaching[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 2012, 19,595-601.

[2] 李京.鋼鐵釩渣低鈣化提釩實驗研究[D], 昆明: 昆明理工大學, 2014.

[3] 陳煉.轉爐同時脫磷提釩可行性分析[J].鋼鐵釩鈦，2017,38(5):112-117.

[4] 黃希祜. 鋼鐵冶金原理第三版 [M]. 北京: 冶金工業出版社, 2002.

[5] 張濤. 轉爐提釩過程同時造渣脫磷的應用基礎研究[D]. 重慶大學碩士學位論文，2015.

[6] 宋文臣，李宏，王艷南. 含釩鐵水提釩同時脫磷的共存理論研究[J].鋼鐵釩鈦,2014, 35(5):66-67.

[7] F. Pahlevani, H. Shibata, N. Maruoka et al. Behavior of Vanadium and Niobium during Hot Metal Dephosphorization by CaO–SiO2–FeO Slag[J]. ISIJ International, 2011, 51(10):1624~1630.