[发明专利]延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的造渣剂及方法

说明书

技术领域

本发明属于钒铁冶金生产技术领域，尤其是一种延长电硅热法钒铁电炉炉衬使用寿命的造渣剂及方法。

背景技术

钒铁是钢铁材料生产所需的一种重要合金添加剂，通常采用电硅热法、铝热法及电铝热法生产；中国50钒铁产量约占世界总量的2/3以上，其中80%以上是采用电硅热法生产。电硅热法冶炼钒铁是以氧化钒为原料,硅铁做还原剂，石灰做造渣剂，采用电弧炉加热、分期冶炼生产。电硅热法以其生产的连续性好、产品稳定性高、钒收率高、产品质量好、成本低等特点而被行业广泛应用。目前，国内外有攀钢、锦州铁合金、南京铁合金、河北钢铁集团承钢公司等数十家企业采用此法生产50钒铁。目前该方法存在的主要问题之一就是电弧炉的钒铁炉衬寿命较低（尤其是吨位较大的钒铁电炉），如国内3吨钒铁电炉的炉衬寿命一般都在70～100炉。炉衬寿命较低严重影响钒铁的电耗、产量、耐材消耗等多项重要经济技术指标，因此，炉衬寿命是衡量企业钒铁冶炼生产技术水平的关键标准。

电硅热法的原理是以五氧化二钒、三氧化二钒为原料，用硅铁作还原剂。其生产工艺流程如图1所示。在完成配料、混料之后，50钒铁冶炼时加料通常分为四期加料（各期的炉料配比是不相同的）：先在钒铁电炉内加入冷渣、废钢后，将Ⅳ期产生的精渣返回电炉，通电后加入Ⅰ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物），冶炼，出贫渣；加入Ⅱ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物），冶炼，出贫渣；加入Ⅲ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物），冶炼，出贫渣；加入Ⅳ期炉料（氧化钒、硅铁及氧化钙的混合物）后冶炼，加硅铝铁或金属铝精炼，得到合格钒铁水后出精渣（返回下炉冶炼做底料），出钒铁水铸锭，得到钒铁产品。

钒铁冶炼中加入的氧化钙作为造渣剂使用，这是因为在钒铁生产过程中，在冶炼温度下用硅还原的低价钒氧化物的反应自由能是正值，说明在酸性介质中用硅还原钒的低价氧化物是热力学不可能的，另外低价氧化物与二氧化硅进行反应后生成硅酸钒，钒自硅酸钒中再还原就更加困难，因此在冶炼时加入石灰，它可以与还原产物二氧化硅反应生成稳定的硅酸钙，防止生产硅酸钒；而且还能降低炉渣的熔点和黏度，改善炉渣的性能，强化冶炼效果。

目前常规50钒铁冶炼中，冶金石灰都是采用重质氧化钙（堆密度3.2g/cm³），全部采用重质氧化钙有以下不足：（1）重质氧化钙由于堆密度大于熔融态渣密度（密度2.8g/cm3），冶炼过程中加料时会有部分重质氧化钙下沉，在冶炼过程中对渣线下的炉衬产生冲刷与化学侵蚀，将强化降低炉体寿命。（2）钒铁冶炼过程中造渣通常采用常规二元碱度（氧化钙/二氧化硅）造渣，炉渣碱度在1.7至2.5之间，而炉衬材质为碱性较弱的氧化镁材质，在冶炼条件下，炉渣易使氧化镁被转换、熔入炉渣中，对炉衬产生严重的化学侵蚀。（3）侵蚀冲刷的炉衬材料融入炉内，使炉内物料温度下降，渣量上升，降低钒收率。因此如何改善加入重质氧化钙后的冶炼反应对炉体的副作用，是延长钒铁电炉炉衬寿命的关键。

采用电硅热法冶炼钒铁时，炉体炉衬寿命较短是一个严重的问题，既影响成本又影响生产作业率，若不采取补炉措施，新炉衬冶炼10炉左右后炉体将因炉衬耐材严重侵蚀而无法继续使用。影响炉体炉衬寿命的原因主要是：（1）炉渣的高温化学侵蚀，冶炼过程中，电炉内的高碱度熔融炉渣会对炉衬耐材产生化学侵蚀作用，使炉衬材料熔蚀到炉渣中，造成对炉衬的化学侵蚀，这是造成炉体炉衬寿命下降的最主要原因；（2）熔融态炉料对炉衬的物理侵蚀，在冶炼条件下，铁水及炉渣将在炉内运动，会对炉体熔融态耐材产生冲刷及侵蚀作用，这也是影响炉体炉体炉衬寿命的重要原因；（3）电弧冲击，通电冶炼时电极产生的高温电弧造成炉底局部区域热量集中，对炉体耐材形成烧蚀；因此，延长电硅热法电炉炉衬寿命的可行性措施就是如何设法减轻冶炼过程中的上述侵蚀作用。

50钒铁电炉所用镁砖型号主要有M1、M18、M19、M20等，其成分为MgO≥89%，Cr₂O₃=6%～8%，氧化钙≤3%，0.2Mpa荷重软化温度≥1540℃。冶炼过程中炉渣对炉体耐材的高温化学浸蚀的原因较复杂，但首要原因是氧化钙(碱性较强)造渣剂在高温冶炼条件下对镁质(碱性较弱)炉衬的化学侵蚀作用，由于氧化钙的碱性强于氧化镁，在高温条件下极易造成炉体耐材的化学侵蚀，降低炉体寿命。