延長電硅熱法釩鐵電爐爐襯使用壽命的造渣劑及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于釩鐵冶金生產技術領域，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】
[0002]釩鐵是鋼鐵材料生產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；中國50釩鐵產量約占世界總量的2/3以上，其中80%以上是采用電硅熱法生產。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。電硅熱法以其生產的連續性好、產品穩定性高、釩收率高、產品質量好、成本低等特點而被行業廣泛應用。目前，國內外有攀鋼、錦州鐵合金、南京鐵合金、河北鋼鐵集團承鋼公司等數十家企業采用此法生產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。爐襯壽命較低嚴重影響釩鐵的電耗、產量、耐材消耗等多項重要經濟技術指標，因此，爐襯壽命是衡量企業釩鐵冶煉生產技術水平的關鍵標準。
[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。其生產工藝流程如圖1所示。在完成配料、混料之后，50釩鐵冶煉時加料通常分為四期加料(各期的爐料配比是不相同的):先在釩鐵電爐內加入冷渣、廢鋼后，將IV期產生的精渣返回電爐，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，得到釩鐵產品O
[0004]釩鐵冶煉中加入的氧化鈣作為造渣劑使用，這是因為在釩鐵生產過程中，在冶煉溫度下用硅還原的低價釩氧化物的反應自由能是正值，說明在酸性介質中用硅還原釩的低價氧化物是熱力學不可能的，另外低價氧化物與二氧化硅進行反應后生成硅酸釩，釩自硅酸釩中再還原就更加困難，因此在冶煉時加入石灰，它可以與還原產物二氧化硅反應生成穩定的硅酸鈣，防止生產硅酸釩；而且還能降低爐渣的熔點和黏度，改善爐渣的性能，強化冶煉效果。
[0005]目前常規50釩鐵冶煉中，冶金石灰都是采用重質氧化鈣(堆密度3.2g/cm3)，全部采用重質氧化鈣有以下不足:(I)重質氧化鈣由于堆密度大于熔融態渣密度(密度2.Sg/cm3)，冶煉過程中加料時會有部分重質氧化鈣下沉，在冶煉過程中對渣線下的爐襯產生沖刷與化學侵蝕，將強化降低爐體壽命。(2)釩鐵冶煉過程中造渣通常采用常規二元堿度(氧化鈣/ 二氧化硅)造渣，爐渣堿度在1.7至2.5之間，而爐襯材質為堿性較弱的氧化鎂材質，在冶煉條件下，爐渣易使氧化鎂被轉換、熔入爐渣中，對爐襯產生嚴重的化學侵蝕。(3)侵蝕沖刷的爐襯材料融入爐內，使爐內物料溫度下降，渣量上升，降低釩收率。因此如何改善加入重質氧化鈣后的冶煉反應對爐體的副作用，是延長釩鐵電爐爐襯壽命的關鍵。
[0006]采用電硅熱法冶煉釩鐵時，爐體爐襯壽命較短是一個嚴重的問題，既影響成本又影響生產作業率，若不采取補爐措施，新爐襯冶煉10爐左右后爐體將因爐襯耐材嚴重侵蝕而無法繼續使用。影響爐體爐襯壽命的原因主要是:(1)爐渣的高溫化學侵蝕，冶煉過程中，電爐內的高堿度熔融爐渣會對爐襯耐材產生化學侵蝕作用，使爐襯材料熔蝕到爐渣中，造成對爐襯的化學侵蝕，這是造成爐體爐襯壽命下降的最主要原因；(2)熔融態爐料對爐襯的物理侵蝕，在冶煉條件下，鐵水及爐渣將在爐內運動，會對爐體熔融態耐材產生沖刷及侵蝕作用，這也是影響爐體爐體爐襯壽命的重要原因；(3)電弧沖擊，通電冶煉時電極產生的高溫電弧造成爐底局部區域熱量集中，對爐體耐材形成燒蝕；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。冶煉過程中爐渣對爐體耐材的高溫化學浸蝕的原因較復雜，但首要原因是氧化鈣(堿性較強)造渣劑在高溫冶煉條件下對鎂質(堿性較弱)爐襯的化學侵蝕作用，由于氧化鈣的堿性強于氧化鎂，在高溫條件下極易造成爐體耐材的化學侵蝕，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公知公用的在線補爐的方法，具體做法是:采用人工補爐的方式，采用在線高溫快補的辦法，每爐出完鐵后，清理爐襯上的殘鐵、殘渣，然后用和好的補爐泥(鎂砂、鎂粉與鹵水按一定比例的混合物)直接進行在線熱補；補爐時將補爐泥用補爐鏟送入爐內，自爐襯底部補到上部，補爐時補爐泥要一鏟壓一鏟，不能有漏鏟，泥層下厚上薄。通過每爐期間隔內的在線高溫快補，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保護辦法，不能在源頭上控制爐襯侵蝕，達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與方法，目前尚未發現有關報道。

【發明內容】

[0009]本發明要解決的技術問題是提供一種減少對爐襯的物理侵蝕和化學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]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:所述的造渣劑為重質氧化鈣和富鎂輕質氧化鈣。
[0011]本發明所述冶煉過程I期料中富鎂輕質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期料中富鎂輕質氧化鈣的加入比例為本期氧化鈣總重的O?70%。
[0012]優選的，所述冶煉過程I期料中富鎂輕質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期料中富鎂輕質氧化鈣的加入比例為本期氧化鈣總重的40?50%。
[0013]本發明所述富鎂輕質氧化媽的堆密度< 2.6g/cm3, MgO含量多4wt%。
[0014]優選的，所述富鎂輕質氧化鈣的堆密度為2.4?2.6g/cm3，MgO含量為4?10wt%。
[0015]本發明方法采用上述重質氧化鈣和富鎂輕質氧化鈣為造渣劑。
[0016]本發明方法中的重質氧化鈣和富鎂輕質氧化鈣采用上述配比。
[0017]本發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腐蝕主要是鎂質爐襯與爐渣之間的化學侵蝕過程，在單爐冶煉時間內，爐渣中MgO的總量即為冶煉時間內達到侵蝕化學平衡時所腐蝕的爐襯量(因所配爐料中不含MgO成分)。50釩鐵所產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，將減少冶煉期內達到侵蝕平衡時爐襯的侵蝕量，有利于保護爐襯。因此，選擇富鎂氧化鈣部分替代重質氧化鈣將更有利于延長釩鐵電爐爐襯壽命。
[0019]對于富鎂輕質氧化鈣(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渣線下爐襯的沖擊與浸蝕；并且，富鎂輕質氧化鈣加入后可降低了渣相密度，促進熔渣上浮，使渣鐵易分離，利于爐內冶煉反應(但富鎂輕質氧化鈣的加入比例過大時，會有部分富鎂氧化鈣不能沉入渣面下參與反應，導致渣溫低，冶煉過程變慢導致單爐冶煉時間較長)。
[0020]通過富鎂輕質氧化鈣(堆密度小于2.6g/ cm3)與重質氧化鈣(堆密度3.2g/ cm3)的比例調配，確定在冶煉50釩鐵時，在造渣劑中用部分輕質氧化鈣替代重質氧化鈣進行造渣，可實現揚長避短，減輕造渣過程中對爐襯的化學侵蝕和物理侵蝕，有效延長50釩鐵電爐爐襯壽命，經實際生產驗證，可在現有70?100爐的基礎上提高爐襯壽命一倍以上，正常情況下可達到150?200爐以上。
[0021]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明使用富鎂、輕質氧化鈣用于來提高爐料與原始爐渣中的氧化鎂含量，通過改進釩鐵冶煉過程中加入的造渣劑氧化鈣的成分及理化指標，控制、改善釩鐵冶煉過程中爐渣及爐料對爐襯的化學侵蝕和物理侵蝕，從源頭上控制釩鐵冶煉過程中電爐爐襯的損耗，實現延長釩鐵電爐爐襯壽命的目的，若配合補爐技術，能更有效地延長釩鐵電爐爐襯壽命。
[0022]本發明可減少對爐襯的物理侵蝕。在冶煉堿度一定的情況下，使用含有富鎂輕質氧化鈣的混合氧化鈣比單獨配加重質氧化鈣，可有效改善氧化鈣的沉底量，減輕對爐襯的沖刷、侵蝕。本發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，提高冶煉效果。本發明采用富鎂輕質氧化鈣造渣，可提高原始渣中的MgO含量，減少達到