含钒铁水

下塔吉尔钢铁公司是含钒半成品(钒渣)的主要生产厂家，钒渣被用来进一步加工成钒中间合金。由于具有多年的冶炼卡齐卡纳尔斯克矿的经验，公司的专家们制定并掌握了高炉用钒钛磁铁矿冶炼生铁的工艺。铁水含钒0.48~0.50%。这种铁水在转炉车间进一步用双联法冶炼出含有18~22%V2O5的钒渣。

但是随着近年来高炉冶炼工艺的改变，使用含钒铁水的转炉车间混铁炉结瘤问题日益突出，结果造成工作空间缩小而被迫提前修炉。

卡齐卡纳尔斯克原矿中含有钛的氧化物，尽管其含量相对不多(占约2~3%)，但它在高炉冶炼过程中被还原到铁水中，给高炉的冶炼和生产组织带来困难。其工艺复杂性首先在于原料还原时形成的钛渣非常难熔。

下塔吉尔钢铁公司试验了往高炉铁水罐中加入公司车间生产的金属混合料取代焦粉的工艺。该混合料有助于抑制悬浮物的形成，从而减少了铁水罐和混铁炉生成难熔的含钛炉瘤的可能性。

同时还制定了转炉车间混铁炉的工作章程，两座混铁炉定期轮换使用含钒铁水和炼钢铁水。该工作流程可减少混铁炉结瘤并提高其工作期限。

铁水炼制

含钒铁水-开发含钒铁水的前景展望高强度、高韧性高可悍性管线用钢的技术要求严格，是由于国际上新型工程结构都是根据高技术产品--微合金钢的性能设计的，因之对钢厂的要求也极苛刻。满足了这些前提，就会拿到订单，就解决了钢厂的生存问题。满足了这些要求，其他行业需要的钢材，如:桥梁、立体交通枢纽、高层建筑(要求抗震、防火)、工程机械、铁道、造船、汽车、矿山用钢中大量微合金钢的生产难题也会迎刃而解。举一个例子作为教训:前苏联由于引用含钒微合金化钢较晚，80年代建造的横贯欧亚大陆的高压天然气输送管线所用的上千万吨微合金化管材，不能不给予于德国(欧洲段)和日本(亚洲段)，这也促成了德、日两国制管和微合金化(通常的消耗钒铁的吨位为标尺)的飞速发展。不要忘记，当年苏联的钢铁产量也是居于世界首位。"十五"和下一个五年期间，中国天然气输送管道将形成"两横、两纵、四枢纽、五气库"的供气管网格局。这一时期，中国约需建设天然气干线9000千米，连同区域性管网共约21400千米，折合钢管1600~1800万吨，其中大口径直缝(VOE)管至少占20%，如果我们自己不去占领，这片市场是否也会像前苏联那样，由德国、日本甚至美国来填补?我们岂能甘心别人代庖?提供输油气管线钢的热点问题是:14~15兆巴输送压力下高压输送强度所引发的问题;抗氢致裂纹问题，高甲烷(富气)输送时腐蚀问题;延性断裂(塑性失稳)的止裂问题;近中性(PH)土环境的应力腐蚀问题;高强度屈强比的选择;残余应力的检测以及焊接接热影响区的强韧化问题等等。石油部要求按0.2%C钒(X52)、0.12%C铌钒(X65)、0.08%C铌钛(X70~X80)和0.03%C铌钛钼(X90~X100)为参考成份;强调"用TiO处理的钢优于TiN处理的钢"，因为TiO可协助形成更细的针状铁素体，超低碳奥反体和超级碳马亚体;要求彻底解决:

1.U超纯净钢冶炼技术U(铁水脱硫脱磷，复合炉外精炼，CA处理真空脱气等)，务求全部杂质元素的总量不超过100PPM;

2.U高均匀性连铸技术U(电磁搅拌、适时轻微压下等)，达到无裂纹;

3.U控轧、控冷强制加速冷却技术U(层流冷却、高压喷雾剧冷等)。这些都是必需面对的问题。机遇与挑战共存，压力和成就同佑。输油气管线钢能否满足用户需求，也直接带动了IF(无间隙原子)深冲汽车板、CF(无裂纹)造船与容器板、FR(耐600~650度高温)建筑型钢、Z向(要求垂直于板面的应力参数)采油平台用支撑架、高强度耐磨钢轨和高强度工程机械用钢等的生产。随着鞍钢"九五"改造工程投产，夕日鞍钢已旧貌换新颜，加速开发含钒微合金钢，推进产品结构调整，积极参与国内、外两个市场竞争，必能重塑辉煌。

铁水出炉

使用含钒铁水可以减少混铁炉结瘤。

在高炉车间的生产实践中为了清除冶炼含钒生铁时炉缸内形成的难熔的钛化合物，高炉要周期性地变料改炼炼钢生铁。在装有炼钢生铁的高炉铁水罐中，渣子的TiO2含量不超过5~6%。其中所含大量的SiO2(约40~50%)有助于渣子的稀释。根据这一点，转炉车间2#混铁炉在使用了九个月的含钒铁水后由于工作容积明显减少而改为使用炼钢铁水。炉顶下面混铁炉温度从1280~1290℃提高到1350~1390℃。肉眼可观察到漂浮在混铁炉铁水表面的悬浮物逐渐减少。一个半月之后混铁炉的工作容积又恢复到设计值。

因此，周期性地将使用含钒铁水的混铁炉改装炼钢铁水有助于减少结瘤和维持混铁炉在工作状态。

按照热力学定律，当铁水从一个容器兑入另外一个容器时可以生成钛的氧化物，因为钛与氧的亲和力要比铁大。同时也可以生成由几个氧化物组成的复杂氧化物。从金属中去除脱氧产物的方法是将他们转移到渣中或耐火材料中(兑铁时由温度梯度或机械搅拌所产生的对流作用下上浮)。大型夹杂物上浮较快，小型夹杂物则互相聚合(或凝固成固体)后自行合并成大颗粒。在液相中环流的作用下它们被附着到渣中。往转炉车间送铁水的高炉铁水罐表面用焦粉加以保温。在炉渣与焦粉相互作用的动态表面上，含钛的氧化性熔体中钛离子的化合价会降低。通过一系列的中间氧化物转换，最终有一部分转变成金属钛，并生成大量分散的碳化物、氰化物夹杂和钛的氰氧化物。在这时发生下列基本反应:

(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

钛渣能很好地润湿焦块，在与焦块的界面上会析出难熔的钛的化合物，使分散的金属液滴(铁珠)很难合并，从而导致生成由铁珠、碳化物、钛氰化物以及夹渣所组成的很稳定的悬浮物。结果在铁水罐(混铁炉)的铁水液面附近的罐壁(或炉壁)上会沉积下不熔的物质，它们是固体氰化物、低价态氧化物为主的难熔化合物、焦碳粒、渣子及分散的液滴所组成的聚合体。

悬浮物是被渣层裹住的金属珠(其表面层含50%的氰化物)，同时矿相中富含钙钛矿和钙铁辉石。它在混铁炉内非常稳定不易被破坏，并不断从下一批铁水罐中补充进来。时间一长悬浮物长大到一定程度便开始与炉壁接触并粘附其上，炉子工作空间逐渐变小。

在研究过程中，曾分别从冷修的混铁炉炉衬上，工作混铁炉的铁水表面漂浮着的炉瘤上，以及高炉铁水罐铁水表面取样，试样分析结果表明:尽管化学成分不尽相同，但实际上所有的试样中都会有很高的TiO2。

为此应努力消除高炉铁水罐和混铁炉内悬浮物的形成。在大家熟知的降低悬浮物生成速度的措施中，提高覆盖铁水渣中的(FeO)含量特别有效。渣中的(FeO)与钛的碳化物相互作用，按下面反应式将其溶解:

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

为增加铁水表面渣中的(FeO)含量，曾试验加入一种渣-金属混合料，该料由公司车间生产，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。

试验中将混合料取代焦粉加入高炉铁水罐中，粒度为0~10mm，以保证其铺散在铁水表面。铁水温降不超过1℃/分钟，而使用焦粉时温降为1.8℃/分钟。在铁水运输到转炉车间后，铁水表面仍保持流动状态，同时有少量混合料熔化。

对加入混合料的铁水罐内铁水表面的渣子取样分析结果表明，渣中(TiO2)含量实际减少一倍。

在随后的研究中对铁水化学成分对混铁炉结瘤的影响进行了评估。