延長電硅熱法釩鐵電爐爐襯使用壽命的造渣劑及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于釩鐵冶金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種延長電硅熱法釩鐵電爐爐襯使用壽命的造渣劑及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]釩鐵是鋼鐵材料生產(chǎn)所需的一種重要合金添加劑，通常采用電硅熱法、鋁熱法及電鋁熱法生產(chǎn)；中國50釩鐵產(chǎn)量約占世界總量的2/3以上，其中80%以上是采用電硅熱法生產(chǎn)。電硅熱法冶煉釩鐵是以氧化釩為原料，硅鐵做還原劑，石灰做造渣劑，采用電弧爐加熱、分期冶煉生產(chǎn)。電硅熱法以其生產(chǎn)的連續(xù)性好、產(chǎn)品穩(wěn)定性高、釩收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低等特點(diǎn)而被行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)外有攀鋼、錦州鐵合金、南京鐵合金、河北鋼鐵集團(tuán)承鋼公司等數(shù)十家企業(yè)采用此法生產(chǎn)50釩鐵。目前該方法存在的主要問題之一就是電弧爐的釩鐵爐襯壽命較低(尤其是噸位較大的釩鐵電爐)，如國內(nèi)3噸釩鐵電爐的爐襯壽命一般都在70?100爐。爐襯壽命較低嚴(yán)重影響釩鐵的電耗、產(chǎn)量、耐材消耗等多項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，因此，爐襯壽命是衡量企業(yè)釩鐵冶煉生產(chǎn)技術(shù)水平的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]電硅熱法的原理是以五氧化二釩、三氧化二釩為原料，用硅鐵作還原劑。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。在完成配料、混料之后，50釩鐵冶煉時(shí)加料通常分為四期加料(各期的爐料配比是不相同的):先在釩鐵電爐內(nèi)加入冷渣、廢鋼后，將IV期產(chǎn)生的精渣返回電爐，通電后加入I期爐料(氧化釩、硅鐵及氧化鈣的混合物)，冶煉，出貧渣；加入II期爐料(氧化釩、硅鐵及氧化鈣的混合物)，冶煉，出貧渣；加入III期爐料(氧化釩、硅鐵及氧化鈣的混合物)，冶煉，出貧渣；加入IV期爐料(氧化釩、硅鐵及氧化鈣的混合物)后冶煉，加硅鋁鐵或金屬鋁精煉，得到合格釩鐵水后出精渣(返回下爐冶煉做底料)，出釩鐵水鑄錠，得到釩鐵產(chǎn)品O
[0004]釩鐵冶煉中加入的氧化鈣作為造渣劑使用，這是因?yàn)樵阝C鐵生產(chǎn)過程中，在冶煉溫度下用硅還原的低價(jià)釩氧化物的反應(yīng)自由能是正值，說明在酸性介質(zhì)中用硅還原釩的低價(jià)氧化物是熱力學(xué)不可能的，另外低價(jià)氧化物與二氧化硅進(jìn)行反應(yīng)后生成硅酸釩，釩自硅酸釩中再還原就更加困難，因此在冶煉時(shí)加入石灰，它可以與還原產(chǎn)物二氧化硅反應(yīng)生成穩(wěn)定的硅酸鈣，防止生產(chǎn)硅酸釩；而且還能降低爐渣的熔點(diǎn)和黏度，改善爐渣的性能，強(qiáng)化冶煉效果。
[0005]目前常規(guī)50釩鐵冶煉中，冶金石灰都是采用重質(zhì)氧化鈣(堆密度3.2g/cm3)，全部采用重質(zhì)氧化鈣有以下不足:(I)重質(zhì)氧化鈣由于堆密度大于熔融態(tài)渣密度(密度2.Sg/cm3)，冶煉過程中加料時(shí)會(huì)有部分重質(zhì)氧化鈣下沉，在冶煉過程中對(duì)渣線下的爐襯產(chǎn)生沖刷與化學(xué)侵蝕，將強(qiáng)化降低爐體壽命。(2)釩鐵冶煉過程中造渣通常采用常規(guī)二元堿度(氧化鈣/ 二氧化硅)造渣，爐渣堿度在1.7至2.5之間，而爐襯材質(zhì)為堿性較弱的氧化鎂材質(zhì)，在冶煉條件下，爐渣易使氧化鎂被轉(zhuǎn)換、熔入爐渣中，對(duì)爐襯產(chǎn)生嚴(yán)重的化學(xué)侵蝕。(3)侵蝕沖刷的爐襯材料融入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)物料溫度下降，渣量上升，降低釩收率。因此如何改善加入重質(zhì)氧化鈣后的冶煉反應(yīng)對(duì)爐體的副作用，是延長釩鐵電爐爐襯壽命的關(guān)鍵。
[0006]采用電硅熱法冶煉釩鐵時(shí)，爐體爐襯壽命較短是一個(gè)嚴(yán)重的問題，既影響成本又影響生產(chǎn)作業(yè)率，若不采取補(bǔ)爐措施，新爐襯冶煉10爐左右后爐體將因爐襯耐材嚴(yán)重侵蝕而無法繼續(xù)使用。影響爐體爐襯壽命的原因主要是:(1)爐渣的高溫化學(xué)侵蝕，冶煉過程中，電爐內(nèi)的高堿度熔融爐渣會(huì)對(duì)爐襯耐材產(chǎn)生化學(xué)侵蝕作用，使?fàn)t襯材料熔蝕到爐渣中，造成對(duì)爐襯的化學(xué)侵蝕，這是造成爐體爐襯壽命下降的最主要原因；(2)熔融態(tài)爐料對(duì)爐襯的物理侵蝕，在冶煉條件下，鐵水及爐渣將在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)，會(huì)對(duì)爐體熔融態(tài)耐材產(chǎn)生沖刷及侵蝕作用，這也是影響爐體爐體爐襯壽命的重要原因；(3)電弧沖擊，通電冶煉時(shí)電極產(chǎn)生的高溫電弧造成爐底局部區(qū)域熱量集中，對(duì)爐體耐材形成燒蝕；因此，延長電硅熱法電爐爐襯壽命的可行性措施就是如何設(shè)法減輕冶煉過程中的上述侵蝕作用。
[0007]50釩鐵電爐所用鎂磚型號(hào)主要有Ml、M18、M19、M20等，其成分為MgO彡89%，Cr203=6%?8%，氧化鈣彡3%，0.2Mpa荷重軟化溫度彡1540°C。冶煉過程中爐渣對(duì)爐體耐材的高溫化學(xué)浸蝕的原因較復(fù)雜，但首要原因是氧化鈣(堿性較強(qiáng))造渣劑在高溫冶煉條件下對(duì)鎂質(zhì)(堿性較弱)爐襯的化學(xué)侵蝕作用，由于氧化鈣的堿性強(qiáng)于氧化鎂，在高溫條件下極易造成爐體耐材的化學(xué)侵蝕，降低爐體壽命。
[0008]以往提高釩鐵電爐爐襯壽命的方法是采用行業(yè)公知公用的在線補(bǔ)爐的方法，具體做法是:采用人工補(bǔ)爐的方式，采用在線高溫快補(bǔ)的辦法，每爐出完鐵后，清理爐襯上的殘鐵、殘?jiān)?，然后用和好的補(bǔ)爐泥(鎂砂、鎂粉與鹵水按一定比例的混合物)直接進(jìn)行在線熱補(bǔ)；補(bǔ)爐時(shí)將補(bǔ)爐泥用補(bǔ)爐鏟送入爐內(nèi)，自爐襯底部補(bǔ)到上部，補(bǔ)爐時(shí)補(bǔ)爐泥要一鏟壓一鏟，不能有漏鏟，泥層下厚上薄。通過每爐期間隔內(nèi)的在線高溫快補(bǔ)，可延長爐體爐襯壽命至70?100爐/爐體。但此方法是在爐襯受到侵蝕后的被動(dòng)保護(hù)辦法，不能在源頭上控制爐襯侵蝕，達(dá)到延長爐襯壽命的效果。能從源頭上控制釩鐵電爐爐襯的損耗，延長釩鐵爐襯壽命的技術(shù)與方法，目前尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種減少對(duì)爐襯的物理侵蝕和化學(xué)侵蝕的延長電硅熱法釩鐵電爐爐襯使用壽命的造渣劑；本發(fā)明還提供了一種延長電硅熱法釩鐵電爐爐襯使用壽命的方法。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:所述的造渣劑為重質(zhì)氧化鈣和富鎂輕質(zhì)氧化鈣。
[0011]本發(fā)明所述冶煉過程I期料中富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例為本期氧化鈣總重的O?50%，II期料和III期料中富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例為其中氧化鈣總重的20?70%，IV期料中富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例為本期氧化鈣總重的O?70%。
[0012]優(yōu)選的，所述冶煉過程I期料中富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例為本期氧化鈣總重的O?30%，II期料和III期料中富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例為其中氧化鈣總重的30?60%，IV期料中富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例為本期氧化鈣總重的40?50%。
[0013]本發(fā)明所述富鎂輕質(zhì)氧化媽的堆密度< 2.6g/cm3, MgO含量多4wt%。
[0014]優(yōu)選的，所述富鎂輕質(zhì)氧化鈣的堆密度為2.4?2.6g/cm3，MgO含量為4?10wt%。
[0015]本發(fā)明方法采用上述重質(zhì)氧化鈣和富鎂輕質(zhì)氧化鈣為造渣劑。
[0016]本發(fā)明方法中的重質(zhì)氧化鈣和富鎂輕質(zhì)氧化鈣采用上述配比。
[0017]本發(fā)明方法所述冶煉過程中，控制爐渣堿度為1.7?2.5。
[0018]目前釩鐵電爐爐襯的化學(xué)腐蝕主要是鎂質(zhì)爐襯與爐渣之間的化學(xué)侵蝕過程，在單爐冶煉時(shí)間內(nèi)，爐渣中MgO的總量即為冶煉時(shí)間內(nèi)達(dá)到侵蝕化學(xué)平衡時(shí)所腐蝕的爐襯量(因所配爐料中不含MgO成分)。50釩鐵所產(chǎn)出的貧渣主要成分為:CaO 58.7%,MgO 6.42%、S12 27.59%、，因此如在造渣劑氧化鈣成分中含有適量MgO成分，將減少冶煉期內(nèi)達(dá)到侵蝕平衡時(shí)爐襯的侵蝕量，有利于保護(hù)爐襯。因此，選擇富鎂氧化鈣部分替代重質(zhì)氧化鈣將更有利于延長釩鐵電爐爐襯壽命。
[0019]對(duì)于富鎂輕質(zhì)氧化鈣(堆密度小于2.6g/ cm3),由于其堆密度小于渣密度(密度2.8g/cm3)，加料過程中不存在氧化鈣下沉情況，可減少冶煉過程中對(duì)渣線下爐襯的沖擊與浸蝕；并且，富鎂輕質(zhì)氧化鈣加入后可降低了渣相密度，促進(jìn)熔渣上浮，使渣鐵易分離，利于爐內(nèi)冶煉反應(yīng)(但富鎂輕質(zhì)氧化鈣的加入比例過大時(shí)，會(huì)有部分富鎂氧化鈣不能沉入渣面下參與反應(yīng)，導(dǎo)致渣溫低，冶煉過程變慢導(dǎo)致單爐冶煉時(shí)間較長)。
[0020]通過富鎂輕質(zhì)氧化鈣(堆密度小于2.6g/ cm3)與重質(zhì)氧化鈣(堆密度3.2g/ cm3)的比例調(diào)配，確定在冶煉50釩鐵時(shí)，在造渣劑中用部分輕質(zhì)氧化鈣替代重質(zhì)氧化鈣進(jìn)行造渣，可實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長避短，減輕造渣過程中對(duì)爐襯的化學(xué)侵蝕和物理侵蝕，有效延長50釩鐵電爐爐襯壽命，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，可在現(xiàn)有70?100爐的基礎(chǔ)上提高爐襯壽命一倍以上，正常情況下可達(dá)到150?200爐以上。
[0021]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明使用富鎂、輕質(zhì)氧化鈣用于來提高爐料與原始爐渣中的氧化鎂含量，通過改進(jìn)釩鐵冶煉過程中加入的造渣劑氧化鈣的成分及理化指標(biāo)，控制、改善釩鐵冶煉過程中爐渣及爐料對(duì)爐襯的化學(xué)侵蝕和物理侵蝕，從源頭上控制釩鐵冶煉過程中電爐爐襯的損耗，實(shí)現(xiàn)延長釩鐵電爐爐襯壽命的目的，若配合補(bǔ)爐技術(shù)，能更有效地延長釩鐵電爐爐襯壽命。
[0022]本發(fā)明可減少對(duì)爐襯的物理侵蝕。在冶煉堿度一定的情況下，使用含有富鎂輕質(zhì)氧化鈣的混合氧化鈣比單獨(dú)配加重質(zhì)氧化鈣，可有效改善氧化鈣的沉底量，減輕對(duì)爐襯的沖刷、侵蝕。本發(fā)明混合氧化鈣因密度的匹配作用，更有利于釩鐵冶煉的成渣與渣相反應(yīng)，提高冶煉效果。本發(fā)明采用富鎂輕質(zhì)氧化鈣造渣，可提高原始渣中的MgO含量，減少達(dá)到