钒是重要的战略资源，享有“现代工业味精”的称号。在普通钢基础上添加少量的钒能形成碳氮化物，在钢中起沉淀强化和较弱的晶粒细化作用，显著提高钢的强度和韧性。若在钢中加入1%的钒可提高强度10%~21%，减轻结构重量15%~25%，节约成本8%~10%。

　　由于炼钢过程中只是添加微量的钒，钢厂管理操作人员关注较少。降低合金成本主要通过优化转炉终点、成品成分控制等实现，却忽略了对钢水余钒的研究利用。而炼钢用钒氮合金价格昂贵，每吨十多万元，以河北钢铁宣钢为例，其成本占炼钢工序合金成本的比例将近50%。因此，对炼钢终点余钒的研究利用具有不小的意义。

　　终点钢水中存在余钒

　　理论分析。转炉吹炼过程实质上是铁水中各元素的氧化过程，通过元素氧化放热来达到升温的目的，以及实现钢水合金化的条件。元素的氧化按照从易到难的顺序，依次为Ca、Mg、Al、Ti、Si、V、Mn、Gr、Fe、Co、Ni、Pb、Cu。因此，在吹炼前期铁水中的Si优先氧化，然后是V、Mn、C等。其中钒的氧化也伴随着碳的氧化。    

　　资料显示，钒的氧化受温度的影响很大。在氧势图中，碳氧势线与钒氧势线有一个交点，此点对应的温度称为碳钒转化温度（T转），此转化温度随熔池温度的升高而降低，到1361℃转化温度线和炉内实际温度线相交，这也是所谓的钒碳竞争氧化过程，见附图。根据钒和碳氧化的吉普斯自由能推断计算，此温度已经得到了证实，标准状态下，碳钒的转化温度为1361℃。

　　低于此温度，钒优先于碳氧化；高于此温度，碳优先于钒氧化，抑制钒的氧化。温度升高后，由于V2O3的稳定性降低，渣中的V 还原到金属液中，余钒反而上升。所以，炼钢过程可从温度入手来抑制钒的氧化，从而提高终点余钒量。

　　实践分析。根据元素氧化难易顺序，Ca、Mg、Al、Ti、Si、V、Mn，V在钢中的收得率应在Si和Mn的收得率之间。生产中，FeSi合金中硅收得率为85%~88%，FeMn合金中锰收得率为88%~95%。依此推断，钒氮合金中钒收得率为85%~95%。表1是炼钢实践中冶炼含钒低合金钢配料数据，其中钒收得率按95%计算。数据证明，终点钢水中余钒是存在的。

　　影响钢水余钒的因素

　　铁水温度对余钒的影响。入炉铁水温度高，达到碳钒转化温度的时间短，钢水中余钒高。相反，入炉铁水温度低，达到碳钒转化温度的时间长，钢水中余钒低。当然，入炉铁水温度太高会给吹炼带来不利影响，理想的入炉铁水温度为1270℃~1320℃。

　　铁水含硅量对余钒的影响。由于铁水硅是转炉炼钢的主要发热元素，硅高发热量大，则吹炼过程中前期温度起得较快，很快达到1361℃，此时碳开始氧化，抑制了钒的氧化，钢水中的余钒会增加。但硅含量过高时，氧化进入渣中的SiO2增加，转炉渣量明显增大，对渣中V2O5起到稀释作用，不利于提高钢中余钒。相反，如果铁水中硅低，前期温度起得较慢，达到1361℃的时间较长，大部分的钒氧化到渣中，钢水中余钒将减少。理想的铁水硅含量为0.40%~0.50%。

　　冷料加入对余钒的影响。当转炉温度高于T转时，钒的氧化受到抑制，有利于碳的氧化，钢中余钒会增加。因此，要控制吹炼前期的冷料加入量，加快温度上升速度，缩短钒的反应时间，有利于提高钢中余钒。冷料加入时机应后移到中后期。

　　供氧流量对余钒的影响。当吹炼用氧气达到设计流量（22000m3/h），供氧强度大，吹炼时间短，炉温上升快，在铁水温度达到T转前，钒未充分氧化，导致钢中残钒高。采用小流量（＜20000m3/h）操作，由干软吹，渣中TFe偏高，渣中V2O5品位高，钢中余钒偏低。

　　顶底复吹对余钒的影响。钢水氧化性下降，钢渣接触面积增加，终点余锰量增加，同时余钒量也有所提高。

　　终点控制对余钒的影响。钢中余钒和余锰类似，后吹会使余钒量大幅度降低。主要原因是后吹条件下碳含量已经降到很低，氧开始和钢中余锰、余钒反应，而且后吹条件下渣中FeO增多，熔池中会发生2V+3FeO=V2O3+3Fe的反应，降低钢中余钒。在高拉碳条件下，转炉终点钢水温度对余钒的影响不明显。

　　生产实践中余钒的利用

　　生产实践中，由于余钒微量、化验标样和挡渣效果等原因，终点钢水余钒含量不稳定，配料时一般不考虑。但事实上，即便合金中钒的收得率按100%计算配加合金，成品钒都会超出预期值。总结经验后，配料钒含量按成分下限控制，结果成品钒含量则正好达到中限，而且出钢下渣后，钢水会发生回钒现象。以上是生产情况总结，实质问题主要在于未考虑钢中余钒。研究人员化验分析了宣钢的铁水和终点钢水成分，详见表2。结果显示，铁水含钒量为0.06%~0.09%，终点钢水余钒含量为0.002%~0.006%，钒收得率约为5%~6%。

　　若钢中余钒增加0.001%，则1吨钢降低钒氮合金0.013kg。钒氮合金单价为12.5万元/吨，吨钢节约成本为1.6元。按年产含钒低合金钢170万吨计算，每年创造效益272万元。综上所述，通过优化炼钢过程控制，提高终点余钒，经济效益显著。