首承钒钛球团矿高炉冶炼可行性分析.pdf

首承钒钛球团矿高炉冶炼可行性分析高炉冶炼钒钛矿一直是比较困难，主要有泡沫渣、铁水粘罐、粘渣、铁损高、脱硫能力低等技术难题攀钢高炉自1970年投产后，经过多年技术攻关，高炉利用系数不断提高，由 90 年的 1.406t/m3.d 提高到 1999 年 2.143t/m3.d 和 2005年 2.3t/m3.d 以上，主要技术经济指标步入了大高炉冶炼普通矿水平一、首承球团矿与攀钢烧结矿球团矿质量比较信通首承球团厂是首钢矿业公司与承德信通公司等四方共同出资建设的球团厂，其金属原料为含钒钛的磁铁精矿粉，设计年产钒钛氧化球团矿200 万吨承德地区的钒钛磁铁精矿粉含铁品位较高，达到64％以上，SiO2含量低，一般在 3.5 ％以下，TiO2含量相对比较低，一般小于 3.0 ％，铁品位高于攀钢地区精矿粉品位，TiO2含量低于攀钢地区精矿钛含量，生产的球团矿和烧结矿指标要好于攀钢水平，见表1表 1 信通首承精矿粉、氧化球团矿和烧结矿与攀钢比较指标TFe CaO MgO SiO2FeO S P TiO2V2O5Al2O3 首承精矿粉64.26 1.27 0.86 3.24 24.14 0.134 0.036 2.90 0.466 1.27 攀钢精矿粉53.23 1.01 3.14 3.66 32.54 0.51 12.75 首承球团矿63.25 0.67 4.41 2.57 0.36 攀钢球团矿55~56 8 全首承精矿烧结 * 57.75 3.59 2.6 50％首承精矿烧结 * 57.00 4.72 1.28 攀钢烧结矿7 注：*为计算值从表 1 可以看出，承德地区钒钛精矿粉中TiO2含量远低于攀钢地区精矿TiO2含量，且铁品位较高，因而使用承德地区精矿粉生产出的烧结矿、球团矿其铁品位要高于攀钢地区的烧结矿品位，烧结矿、球团矿中的TiO2含量低于攀钢烧结矿、球团矿含量。

二、高炉料比结构和冶炼指标攀钢高炉炉料结构为78％左右的自产钒钛烧结矿， 品位7％) ，V2O5高，MgO 高烧结矿转鼓强度低，目前转鼓强度为 70％左右 , 中等粒级比例较大 , 还原性能好，还原粉化率高于60％；软化温度区间窄攀钢高炉使用球团矿的主要特点为：球团矿的主要原料为钒钛精矿，因钒钛精矿含FeO 高，粒度粗造球性能差，粘结剂用量比普通矿大，致使球团矿品位比普通矿低，目前全钒钛球团矿品位约为 55~56％，SiO28％，钒钛球团矿人炉主要是代替烧结矿攀钢高炉用块矿的主要特点是TFe品位低(50％)，Si02含量高 (15％以上 )，使用 Si02含量高的块矿的主要目的是调节炉渣碱度和控制炉渣TiO2含量，如果使用高品位低Si02块矿，则需用搭配高硅块矿(Si02>20％)或配加硅石来控制炉渣 TiO2含量在目前高炉料比结构和原料质量条件下，高炉综合入炉料的TiO2 含量为％，炉渣中 TiO2 含量为％，高炉冶炼顺行，各项技术经济指标较好表2 是近几年攀钢高炉技术经济指标表 2 近 10年攀钢高炉主要技术指标1995 1996 1997 1998 1999 2000 2005 利用系数 /t.m-3.d-11.696 1.809 1.929 1.972 2.119 2.242 2.36 焦比/kg.t-1600.0 585 553 524 430.5 423 煤比/kg.t-117.05 27.65 55.84 74.94 113.81 140.03 入炉品位 / ％45.47 45.79 46.03 46.57 47.38 47.97 炉渣中 TiO2/% 23.2 22.3 21.63 22.15 22.34 22.13 2004 年 7 月 20 日开始，攀成钢 335m3高炉进行了渣中Ti02含量分别为 8％、10％、12％、15％四个阶段的工业性试验，通过试验摸索高炉冶炼钒钛矿的操作特点，取得了比较好的技术经济指标。

前三个阶段的平均利用系数分别达到2.85t/m3.d 、3.15 t/m3.d 、2.90 t/m3.d ，第四阶段渣中 TiO 215％的试验遇到一些问题通过试验和冶炼经验的积累，2006年攀成钢 4 座高炉逐步加大钒钛矿使用量，使渣中二氧化钛含量逐步提高到15％，取得了比较好的高炉技术经济指标钒钛资源是国家急需的短缺战略资源，由于钒产品具有特殊的性能，故被广泛用于钢铁、有色金属、化学以及航空航天、导弹、火箭等各行业钒氮合金在国内市场极为紧张，目前只有攀钢能够生产钒氮合金，每年生产能力仅1500吨美国、俄罗斯、德国、日本及西欧等发达国家，对钒的需求量极大，市场前景十分看好为综合利用目前首承球团矿铁、钒资源，在获得钢铁产品的同时提取钒产品，对首钢控制的承德地区钒钛精矿进行综合开发利用提出如下想法：一是冶炼钒钛矿，二是进行提钒和生产钒钛合金承德地区钒钛精矿含铁品位在64.5％左右， SiO2在3.3 ％左右， TiO2含量在 3.0 ％左右，V2O5含量在 0.5 ％左右用该精矿生产的球团矿品位约63.5 ％，SiO2约4.5％，TiO2含量约 2.5 ％，V2O5含量约 0.45 ％；用 50％该精矿生产的烧结矿在碱度1.80 时，品位约57％，SiO2约4.7 ％，TiO2含量约 1.28％，V2O5含量约 0.23 ％。

根据攀钢和攀成钢铁公司钒钛矿冶炼经验，在炉渣中TiO2含量10％左右时，通过采取强化冶炼等技术措施，高炉利用系数可以达到接近冶炼普通矿水平，但燃料比比冶炼普通矿时高约80kg/t ，使炼铁成本上升约 60~80元/t 铁按照钒钛烧结矿 72％、奥块矿 8％、钒钛球团矿 20％为料比时，高炉炉渣中 TiO2含量在 8.5 ％，铁水中 V2O5含量约 0.3 ％三、提钒和含钒合金根据资料，炉料中的钒约有80～90％在炼铁过程中进入铁水，所以按照前面叙述的烧结矿和球团矿中的钒含量以及高炉料比结构，铁水中的钒含量约0.3 ％根据攀钢和承钢铁水吹炼提钒经验，在炼钢前对铁水中的钒进行吹炼时约90％左右的钒进入渣中，形成钒渣按照年产 300万吨铁计算，每年需要钒钛球团矿100万吨，钒钛烧结矿 350万吨，可以得到钒渣 10～15万吨通过冶炼钒渣生产 V2O5、V2O3和钒氮合金等系列钒产品1、产品优势分析（1） 钒氮合金目前每生产一吨FeV80钒铁就会产生一吨半左右的固体废渣，而生产钒氮合金则无任何废弃物产生；同时生产高钒铁钒的回收率仅为95％，而生产钒氮合金，钒的回收率几乎为 100％因此，生产钒氮合金即可保护环境，又节约了钒资源。

实践证明，在炼钢中使用钒氮合金比使用钒铁合金产品具有以下优势：①在含钒量相同的情况下，采用氮化钒合金化的含钒钢比采用钒铁合金化的含钒钢强度高，而延伸率降低很小或基本不降低②采用钒氮合金化的钢比采用钒铁合金化的钢，铁素体晶粒度级别要高1～2级，晶粒尺寸更细③采用钒氮合金化的高氮钒钢，其钒的析出相数量是含钒钢的2 倍，且析出相平均颗粒尺寸更小④采用钒氮合金化与采用钒铁合金化钢，可以节约20％～40％的钒，另外，在含钒量相同的情况下，高氮钒钢的强度水平比含钒钢的强度更高从节约成本和提高性能上看，钒氮合金比钒铁合金具有明显的优越性由于国内钒氮合金生产能力远远不能满足市场需求，因此开发生产钒氮合金具有显著优势2、市场前景分析1）供求与市场行情从世界钒( 按V205计，以下同 )供求情况看： 2004年全球总需求为19160万lb ，钒供应为 17600万lb ，供应缺口为 1500万lb ；预计2005年需求将达 20530万lb ，供应为 19600万lb ，缺口为 1000万lb 从钒行情看：钒行情从 1999-2003年一直在低位徘徊，随着以中国为主的需求的激增， 2004年开始钒价格不断攀升。

V205和FeV 价格2004年1月份分别为 7.87 美元／ kg和17．9美元／ kg；12月份分别为 21.08美元／ kg和48.7美元／kg2005年5月份 V205和FeV 价格分别上涨到 57.87美元/kg 和120美元/kg 虽然供需紧张，但市场涨幅如此之大实属异常，预计今后将会回落但V205的价格不会降到 22.05美元/kg 以下 2006年6月中旬，国内市场钒铁主流报价13.5-13.7 万元/ 吨左右，美国市场方面供应依然紧张，钒铁价格45-47美元/kg ，欧洲钒铁报价为 39-40美元/ 公斤钒2）钒氮合金随着新技术的不断进步，钒合金在应用中表现出许多重要的特性，在冶金行业、工具和模具行业、建筑行业、能源行业、铁路运输行业、汽车行业以及热轧容器等行业得到了广泛且重要的应用以建筑业为例，我国建筑行业消耗的钢材占钢材消耗总量的30～50％，仅钢筋每年的消费量约 5000 万 t 若用 400MPa 级钢筋取代 335MPa 级钢筋，则可节省钢材 10～15％，如果建筑行业 400MPa 级钢筋的用量达到50％，则可节约钢材 750万 t 同时还提高了混凝土结构的强度，对提高高层建筑和大型桥梁安全性，尤其是抗震性是十分重要的。

所以含钒钢铁产品有比较强的市场竞争优势试验结果表明： 钒氮合金生产 20MnSiV400MPa钢筋，在达到相同强度的条件下，与钒铁相比可节约35％的钒，并降低炼钢成本如果我国每年 5000 万 t 钢筋中的五分之一使用钒氮微合金比提高到400MPa级钢筋标准，那么每年将消耗钒氮合金约6500t，所以钒氮合金市场前景看好3、生产工艺（1）提取钒渣工艺采用氧气顶吹转炉提钒工艺， 将铁水注入转炉后， 每吨铁加入冷却——氧化剂轧钢铁皮 40～80kg/t ，用带有水冷的氧气喷枪，以280～320m3/min 的供氧强度喷吹工业氧气，吹钒操作时间 5～8min，吹炼过程熔池温度从1230～1260℃提高到 1340～1410℃，抬起氧枪停止吹氧，将半钢倒入半钢罐车，送至另一座转炉炼钢，钒渣倒入渣罐, 实现半钢与钒渣的分离2）五氧化二钒生产工艺以苏打为添加剂，钒渣为原料生产五氧化二钒工艺流程主要有：原料处理（包括钒渣破碎、粉碎、配料、混料） 、氧化焙烧、熟料浸出、沉钒和溶化等5 个工序将钒渣破碎、球磨、除铁、配料、混料后，在氧化气氛下加热，经焙烧后成为熟料；将熟料中的可溶性钒酸钠溶解到水溶液中，随着溶液酸性增加逐步水解，生成多钒酸钠沉淀物，经过滤后得到的“红饼” （xNa2O ·yV2O5·nH2O ） ，加热后得到五氧化二钒，经脱水、熔化后，再经粒化台制成片状五氧化二钒。

3）三氧化二钒的生产工艺用多钒酸钠作原料，用气体还原（天然气、煤气、氢气、一氧化碳、氨气等）得到三氧化二钒4）氮化钒的生产工艺目前国内已经具有钒氮合金产业化生产的工艺和技术，催化还原及固态渗氮技术、非真空连续生产技术及关键设备技术等在国内已经属于成形的技术① 原料制备：在 V2O3中按 0.25％～0.30％的比例加入炭质（ C1）有机粘结剂，在混合均匀的基础上加压成型，制成毛坯② 催化还原及氮化：将制成的毛坯物料和一定比例的石墨（作为催化剂）和F型还原剂放入 Tby 炉中焙烧，同时通入氮气，在炭质还原剂和催化剂共同作用下，实现脱氧还原和渗氮，得到合格的氮化钒该工艺特点是非真空、连续、碳化和氮化同步进行设备投入低、工艺流程简单、生产效率高、能耗低、运行周期短2006-7-22。