含釩鐵水使用的展望

下塔吉爾鋼鐵公司試驗(yàn)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(shí)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(qiáng)度、高韌性高可悍性管線用鋼的技術(shù)要求嚴(yán)格，是由于國(guó)際上新型工程結(jié)構(gòu)都是根據(jù)高技術(shù)產(chǎn)品--微合金鋼的性能設(shè)計(jì)的，因之對(duì)鋼廠的要求也極苛刻。滿足了這些前提，就會(huì)拿到訂單，就解決了鋼廠的生存問(wèn)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(jī)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(huì)迎刃而解。舉一個(gè)例子作為教訓(xùn):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(wàn)噸微合金化管材，不能不給予于德國(guó)(歐洲段)和日本(亞洲段)，這也促成了德、日兩國(guó)制管和微合金化(通常的消耗釩鐵的噸位為標(biāo)尺)的飛速發(fā)展。不要忘記，當(dāng)年蘇聯(lián)的鋼鐵產(chǎn)量也是居于世界首位。"十五"和下一個(gè)五年期間，中國(guó)天然氣輸送管道將形成"兩橫、兩縱、四樞紐、五氣庫(kù)"的供氣管網(wǎng)格局。這一時(shí)期，中國(guó)約需建設(shè)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(wàn)噸，其中大口徑直縫(VOE)管至少占20%，如果我們自己不去占領(lǐng)，這片市場(chǎng)是否也會(huì)像前蘇聯(lián)那樣，由德國(guó)、日本甚至美國(guó)來(lái)填補(bǔ)?我們豈能甘心別人代庖?提供輸油氣管線鋼的熱點(diǎn)問(wèn)題是:14~15兆巴輸送壓力下高壓輸送強(qiáng)度所引發(fā)的問(wèn)題;抗氫致裂紋問(wèn)題，高甲烷(富氣)輸送時(shí)腐蝕問(wèn)題;延性斷裂(塑性失穩(wěn))的止裂問(wèn)題;近中性(PH)土環(huán)境的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題;高強(qiáng)度屈強(qiáng)比的選擇;殘余應(yīng)力的檢測(cè)以及焊接接熱影響區(qū)的強(qiáng)韌化問(wèn)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(qiáng)調(diào)"用TiO處理的鋼優(yōu)于TiN處理的鋼"，因?yàn)門iO可協(xié)助形成更細(xì)的針狀鐵素體，超低碳奧反體和超級(jí)碳馬亞體;要求徹底解決:

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

2.U高均勻性連鑄技術(shù)U(電磁攪拌、適時(shí)輕微壓下等)，達(dá)到無(wú)裂紋;

3.U控軋、控冷強(qiáng)制加速冷卻技術(shù)U(層流冷卻、高壓噴霧劇冷等)。這些都是必需面對(duì)的問(wèn)題。機(jī)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(dòng)了IF(無(wú)間隙原子)深沖汽車板、CF(無(wú)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(yīng)力參數(shù))采油平臺(tái)用支撐架、高強(qiáng)度耐磨鋼軌和高強(qiáng)度工程機(jī)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(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，積極參與國(guó)內(nèi)、外兩個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必能重塑輝煌。

鐵水出爐

按照熱力學(xué)定律，當(dāng)鐵水從一個(gè)容器兌入另外一個(gè)容器時(shí)可以生成鈦的氧化物，因?yàn)殁伵c氧的親和力要比鐵大。同時(shí)也可以生成由幾個(gè)氧化物組成的復(fù)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(shí)由溫度梯度或機(jī)械攪拌所產(chǎn)生的對(duì)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(dòng)態(tài)表面上，含鈦的氧化性熔體中鈦離子的化合價(jià)會(huì)降低。通過(guò)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(shí)發(fā)生下列基本反應(yīng):

(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(rùn)濕焦塊，在與焦塊的界面上會(huì)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(dǎo)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(huì)沉積下不熔的物質(zhì)，它們是固體氰化物、低價(jià)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(shí)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(bǔ)充進(jìn)來(lái)。時(shí)間一長(zhǎng)懸浮物長(zhǎng)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(guò)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(xué)成分不盡相同，但實(shí)際上所有的試樣中都會(huì)有很高的TiO2。

為此應(yīng)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(yīng)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(yàn)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(yàn)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(guò)1℃/分鐘，而使用焦粉時(shí)溫降為1.8℃/分鐘。在鐵水運(yùn)輸?shù)睫D(zhuǎn)爐車間后，鐵水表面仍保持流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)有少量混合料熔化。

對(duì)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(shí)際減少一倍。

在隨后的研究中對(duì)鐵水化學(xué)成分對(duì)混鐵爐結(jié)瘤的影響進(jìn)行了評(píng)估。

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(lái)進(jìn)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(yàn)，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(jìn)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(lái)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(wèn)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(duì)不多(占約2~3%)，但它在高爐冶煉過(guò)程中被還原到鐵水中，給高爐的冶煉和生產(chǎn)組織帶來(lái)困難。其工藝復(fù)雜性首先在于原料還原時(shí)形成的鈦渣非常難熔。

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(shí)踐中為了清除冶煉含釩生鐵時(shí)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(guò)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(diǎn)，轉(zhuǎn)爐車間2#混鐵爐在使用了九個(gè)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(gè)半月之后混鐵爐的工作容積又恢復(fù)到設(shè)計(jì)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)。