含釩鐵水

下塔吉爾鋼鐵公司是含釩半成品(釩渣)的主要生產(chǎn)廠家，釩渣被用來進一步加工成釩中間合金。由于具有多年的冶煉卡齊卡納爾斯克礦的經(jīng)驗，公司的專家們制定并掌握了高爐用釩鈦磁鐵礦冶煉生鐵的工藝。鐵水含釩0.48~0.50%。這種鐵水在轉(zhuǎn)爐車間進一步用雙聯(lián)法冶煉出含有18~22%V2O5的釩渣。

但是隨著近年來高爐冶煉工藝的改變，使用含釩鐵水的轉(zhuǎn)爐車間混鐵爐結(jié)瘤問題日益突出，結(jié)果造成工作空間縮小而被迫提前修爐。

卡齊卡納爾斯克原礦中含有鈦的氧化物，盡管其含量相對不多(占約2~3%)，但它在高爐冶煉過程中被還原到鐵水中，給高爐的冶煉和生產(chǎn)組織帶來困難。其工藝復雜性首先在于原料還原時形成的鈦渣非常難熔。

下塔吉爾鋼鐵公司試驗了往高爐鐵水罐中加入公司車間生產(chǎn)的金屬混合料取代焦粉的工藝。該混合料有助于抑制懸浮物的形成，從而減少了鐵水罐和混鐵爐生成難熔的含鈦爐瘤的可能性。

同時還制定了轉(zhuǎn)爐車間混鐵爐的工作章程，兩座混鐵爐定期輪換使用含釩鐵水和煉鋼鐵水。該工作流程可減少混鐵爐結(jié)瘤并提高其工作期限。

鐵水煉制

含釩鐵水-開發(fā)含釩鐵水的前景展望高強度、高韌性高可悍性管線用鋼的技術要求嚴格，是由于國際上新型工程結(jié)構(gòu)都是根據(jù)高技術產(chǎn)品--微合金鋼的性能設計的，因之對鋼廠的要求也極苛刻。滿足了這些前提，就會拿到訂單，就解決了鋼廠的生存問題。滿足了這些要求，其他行業(yè)需要的鋼材，如:橋梁、立體交通樞紐、高層建筑(要求抗震、防火)、工程機械、鐵道、造船、汽車、礦山用鋼中大量微合金鋼的生產(chǎn)難題也會迎刃而解。舉一個例子作為教訓:前蘇聯(lián)由于引用含釩微合金化鋼較晚，80年代建造的橫貫歐亞大陸的高壓天然氣輸送管線所用的上千萬噸微合金化管材，不能不給予于德國(歐洲段)和日本(亞洲段)，這也促成了德、日兩國制管和微合金化(通常的消耗釩鐵的噸位為標尺)的飛速發(fā)展。不要忘記，當年蘇聯(lián)的鋼鐵產(chǎn)量也是居于世界首位。"十五"和下一個五年期間，中國天然氣輸送管道將形成"兩橫、兩縱、四樞紐、五氣庫"的供氣管網(wǎng)格局。這一時期，中國約需建設天然氣干線9000千米，連同區(qū)域性管網(wǎng)共約21400千米，折合鋼管1600~1800萬噸，其中大口徑直縫(VOE)管至少占20%，如果我們自己不去占領，這片市場是否也會像前蘇聯(lián)那樣，由德國、日本甚至美國來填補?我們豈能甘心別人代庖?提供輸油氣管線鋼的熱點問題是:14~15兆巴輸送壓力下高壓輸送強度所引發(fā)的問題;抗氫致裂紋問題，高甲烷(富氣)輸送時腐蝕問題;延性斷裂(塑性失穩(wěn))的止裂問題;近中性(PH)土環(huán)境的應力腐蝕問題;高強度屈強比的選擇;殘余應力的檢測以及焊接接熱影響區(qū)的強韌化問題等等。石油部要求按0.2%C釩(X52)、0.12%C鈮釩(X65)、0.08%C鈮鈦(X70~X80)和0.03%C鈮鈦鉬(X90~X100)為參考成份;強調(diào)"用TiO處理的鋼優(yōu)于TiN處理的鋼"，因為TiO可協(xié)助形成更細的針狀鐵素體，超低碳奧反體和超級碳馬亞體;要求徹底解決:

1.U超純凈鋼冶煉技術U(鐵水脫硫脫磷，復合爐外精煉，CA處理真空脫氣等)，務求全部雜質(zhì)元素的總量不超過100PPM;

2.U高均勻性連鑄技術U(電磁攪拌、適時輕微壓下等)，達到無裂紋;

3.U控軋、控冷強制加速冷卻技術U(層流冷卻、高壓噴霧劇冷等)。這些都是必需面對的問題。機遇與挑戰(zhàn)共存，壓力和成就同佑。輸油氣管線鋼能否滿足用戶需求，也直接帶動了IF(無間隙原子)深沖汽車板、CF(無裂紋)造船與容器板、FR(耐600~650度高溫)建筑型鋼、Z向(要求垂直于板面的應力參數(shù))采油平臺用支撐架、高強度耐磨鋼軌和高強度工程機械用鋼等的生產(chǎn)。隨著鞍鋼"九五"改造工程投產(chǎn)，夕日鞍鋼已舊貌換新顏，加速開發(fā)含釩微合金鋼，推進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極參與國內(nèi)、外兩個市場競爭，必能重塑輝煌。

鐵水出爐

使用含釩鐵水可以減少混鐵爐結(jié)瘤。

在高爐車間的生產(chǎn)實踐中為了清除冶煉含釩生鐵時爐缸內(nèi)形成的難熔的鈦化合物，高爐要周期性地變料改煉煉鋼生鐵。在裝有煉鋼生鐵的高爐鐵水罐中，渣子的TiO2含量不超過5~6%。其中所含大量的SiO2(約40~50%)有助于渣子的稀釋。根據(jù)這一點，轉(zhuǎn)爐車間2#混鐵爐在使用了九個月的含釩鐵水后由于工作容積明顯減少而改為使用煉鋼鐵水。爐頂下面混鐵爐溫度從1280~1290℃提高到1350~1390℃。肉眼可觀察到漂浮在混鐵爐鐵水表面的懸浮物逐漸減少。一個半月之后混鐵爐的工作容積又恢復到設計值。

因此，周期性地將使用含釩鐵水的混鐵爐改裝煉鋼鐵水有助于減少結(jié)瘤和維持混鐵爐在工作狀態(tài)。

按照熱力學定律，當鐵水從一個容器兌入另外一個容器時可以生成鈦的氧化物，因為鈦與氧的親和力要比鐵大。同時也可以生成由幾個氧化物組成的復雜氧化物。從金屬中去除脫氧產(chǎn)物的方法是將他們轉(zhuǎn)移到渣中或耐火材料中(兌鐵時由溫度梯度或機械攪拌所產(chǎn)生的對流作用下上浮)。大型夾雜物上浮較快，小型夾雜物則互相聚合(或凝固成固體)后自行合并成大顆粒。在液相中環(huán)流的作用下它們被附著到渣中。往轉(zhuǎn)爐車間送鐵水的高爐鐵水罐表面用焦粉加以保溫。在爐渣與焦粉相互作用的動態(tài)表面上，含鈦的氧化性熔體中鈦離子的化合價會降低。通過一系列的中間氧化物轉(zhuǎn)換，最終有一部分轉(zhuǎn)變成金屬鈦，并生成大量分散的碳化物、氰化物夾雜和鈦的氰氧化物。在這時發(fā)生下列基本反應:

(TiO2)+C=(TiO)+{CO}

(TiO)+C=Ti+{CO}

(TiO)+2[C]=TiC+{CO}

Ti+C=TiC

TiC=[Ti]+[C]

Ti+0.5{N2}=TiN

XTiC+(1-X)TiN=TiCXN1-X

YTiC+(1-Y)(TiO)=TiCYO1-Y

ZTiCXN1-X+(1-Z)(TiO)=TiCZXNZ-ZXO1-Z

鈦渣能很好地潤濕焦塊，在與焦塊的界面上會析出難熔的鈦的化合物，使分散的金屬液滴(鐵珠)很難合并，從而導致生成由鐵珠、碳化物、鈦氰化物以及夾渣所組成的很穩(wěn)定的懸浮物。結(jié)果在鐵水罐(混鐵爐)的鐵水液面附近的罐壁(或爐壁)上會沉積下不熔的物質(zhì)，它們是固體氰化物、低價態(tài)氧化物為主的難熔化合物、焦碳粒、渣子及分散的液滴所組成的聚合體。

懸浮物是被渣層裹住的金屬珠(其表面層含50%的氰化物)，同時礦相中富含鈣鈦礦和鈣鐵輝石。它在混鐵爐內(nèi)非常穩(wěn)定不易被破壞，并不斷從下一批鐵水罐中補充進來。時間一長懸浮物長大到一定程度便開始與爐壁接觸并粘附其上，爐子工作空間逐漸變小。

在研究過程中，曾分別從冷修的混鐵爐爐襯上，工作混鐵爐的鐵水表面漂浮著的爐瘤上，以及高爐鐵水罐鐵水表面取樣，試樣分析結(jié)果表明:盡管化學成分不盡相同，但實際上所有的試樣中都會有很高的TiO2。

為此應努力消除高爐鐵水罐和混鐵爐內(nèi)懸浮物的形成。在大家熟知的降低懸浮物生成速度的措施中，提高覆蓋鐵水渣中的(FeO)含量特別有效。渣中的(FeO)與鈦的碳化物相互作用，按下面反應式將其溶解:

3(FeO)+TiC=3[Fe]+(TiO2)+{CO}

為增加鐵水表面渣中的(FeO)含量，曾試驗加入一種渣-金屬混合料，該料由公司車間生產(chǎn)，它含有19.0%SiO2，5.06%Al2O3，19.25%CaO，14.65%MgO，17.60%Fe，10.50%FeO，3.55%MnO，3.4%C，0.91%TiO2，0.49%V2O5。

試驗中將混合料取代焦粉加入高爐鐵水罐中，粒度為0~10mm，以保證其鋪散在鐵水表面。鐵水溫降不超過1℃/分鐘，而使用焦粉時溫降為1.8℃/分鐘。在鐵水運輸?shù)睫D(zhuǎn)爐車間后，鐵水表面仍保持流動狀態(tài)，同時有少量混合料熔化。

對加入混合料的鐵水罐內(nèi)鐵水表面的渣子取樣分析結(jié)果表明，渣中(TiO2)含量實際減少一倍。

在隨后的研究中對鐵水化學成分對混鐵爐結(jié)瘤的影響進行了評估。