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1、第三章 提取钒渣方法,17,教学要求：1、了解雾化提钒法、空气底吹转炉提钒法、摇包提钒法的工艺及特点2、理解转炉单联法提钒的工艺及特点 3、掌握氧气顶吹转炉提钒法和复吹转炉提钒法的工艺及特点 重点：转炉提钒法的工艺及特点难点：提取钒渣工艺,提钒的方法很多，但有些方法已经被淘汰(如雾化提钒)。目前世界上铁水提钒的方法主要有四种：摇包提钒南非海威尔德 铁水包提钒新西兰 空气底吹转炉提钒俄罗斯丘索夫 氧气顶吹（复合吹炼）提钒俄罗斯下塔吉尔和中国攀钢、马钢、承钢。,1、雾化提钒工艺,雾化提钒是攀钢19781995年采用的从铁水吹炼钒渣的方法。,一、雾化提钒,炼铁厂输送来的铁水经140吨倾翻机将铁水倒入
2、中间罐，铁水进行撇渣和整流，然后进入雾化器。在雾化器的相对两个内侧面各有一排形成一定交角的风孔，富氧空气(氧气+空气:10+90)从风孔高速射出，形成一个交叉带，当铁水从交叉带流过时，高速富氧流股将铁水击碎成雾状，雾状铁水和富氧空气强烈混合，使铁水和氧的反应界面急剧增大，氧化反应迅速进行。压缩空气可对反应区进行非常有效的冷却，使反应温度限制在对钒氧化有利的范围内。,8,被击碎的铁水在反应过程中汇集到雾化室底部通过半钢出钢槽进入半钢罐，钒渣漂浮于半钢表面形成渣层，最后将半钢与钒渣分离。雾化提钒时，只有5060的钒氧化是在雾化室中完成的，其余4050的钒氧化是在半钢罐中完成的。原因是：铁水从中间罐
3、水口到半钢罐中的时间差很短。,7,2、雾化提钒设备,6,雾化器 雾化器是雾化提钒的关键设备。其设计制造是否优良不仅直接影响到钒的氧化率、半钢温度等技术指标，而且也直接影响到雾化室寿命的高低。好的雾化器：雾化效果好、钒氧化率高、不反溅、好维护、寿命高、对炉衬冲刷轻、粘铁少。雾化器类型：全水冷双排孔型。,5,雾化室(或称炉体)雾化室的作用：a.为铁水雾化及氧化反应提供空间：b.汇集反应物及反应产物；c.防止反应物及反应产物的外溢。雾化室炉衬材质：镁质耐火材料，底部打结成坡度为10。寿命可达7000炉。,中间罐 中间罐砌有挡渣隔墙，可避免高炉渣进入雾化室；底部有一个22320毫米的矩形水口，以控制铁
4、水流量和铁流形状。中间罐水口应保证铁水流股稳定，不散流。安放中间罐时，必须安放平稳，水口中心和雾化器中心线重合，使铁水垂直流出正好通过雾化器两排风孔的交叉点，使雾化效果好，不反溅。中间罐水口流量为360420吨/h，使用寿命为12次/个。,10,9,半钢罐 半钢罐用于雾化提钒炉下，盛装从雾化室出钢槽中流出的半钢和钒渣，半钢罐装满后吊车吊至钒渣分离处，分离时先让半钢从罐嘴翻出至出尽，然后将罐内钒渣翻入钒渣罐内。,钒渣罐 钒渣罐是用来装运钒渣的，其有效容积为16m3。对钒渣罐的要求：耳轴、罐座架、勾耳完好，罐体有足够承载能力，钒渣罐内无杂物。,氧燃枪 氧燃枪的作用是对半钢、钒渣和半钢罐内壁进行加热
5、提高半钢温度，降低钒渣中TFe，减轻半钢罐的粘结，延长半钢罐使用寿命。,3、雾化提钒元素氧化反应特性,雾化炉吹钒反应区域大致可以划分为6个区。,(1)液体金属降落区液体金属经中间罐底部水口砖以一定的速度漏下，穿过雾化器进入雾化室。(2)雾化区液体金属流股被高速氧化性气体流股粉碎成细小液滴；(3)氧化反应区金属液滴与氧化性气体接触进行氧化反应；(4)炉底反应区金属液滴与初期渣在炉底汇集混合并进行反应；(5)渣洗区金属液流穿过早期形成的渣层，金属中元素被渣中氧化铁氧化；(6)罐内反应区金属液冲入半钢罐内，搅动早期进入罐内的金属液和渣，进一步进行元素氧化反应。归纳起来，可以把上述六个反应区划分为：“
6、空间反应”和“熔池反应”两类，前者包括液体金属降落区、雾化区和氧化反应区；后者包括炉底反应区、渣洗区和罐内反应区。,4、雾化提钒的特点,雾化提钒反应的动力学条件好，有利于氧化反应进行,钒氧化率高(可达到90%以上)。工艺简单、设备投资省、炉龄高、提钒作业率高,可半连续化生产。中间罐撇渣效果好。铁水被压缩空气雾化，温降大，因此雾化提钒不必加冷却剂，有时还要加硅铁氧化提温和改善流动性。工艺条件不太稳定,半钢温度低，渣铁分离效果差，钒回收率低，钒渣中夹杂金属铁(MFe)高及吹损高等。,5、攀钢取消雾化提钒炉的原因,雾化提钒工艺条件不太稳定。铁水流量难以控制(水口熔损)，渣铁分离困难(温低、渣铁混出、
7、溜槽维护不好、散流持续时间长、半钢翻不净，残留半钢与钒渣一起翻入渣罐)，钒渣流失较多，钒总收得率偏低，钒渣含铁较高，铁损及温降大。雾化提钒成了攀钢发挥二期工程整体效益的瓶颈，不能与炼铁和连铸工序相适应。为满足连铸生产要求，铁水必须脱硫，因为攀钢铁水硫高，加之温低，脱硫后，铁水温度更低。实践证明，铁水经脱硫后难以通过雾化提钒，从而满足不了连铸浇钢温度的要求。,转炉提钒对攀钢钒钛磁铁矿的综合利用，提高经济效益，保证后部工序产品、质量的要求起着承上启下的作用。满足了攀钢生产规模的要求，即钢产量和钒渣产量的要求。提高了半钢温度。转炉提钒热损比雾化提钒小，在转炉提钒过程中，由于各种元素氧化可获得约50左
8、右的温度，为保证提钒温度，还需配加废钢、生铁、铁皮、铁矿石等冷却剂，可提高半钢产量和降低生产成本。在钒氧化率相同的情况下，转炉提钒的半钢含碳量比雾化提钒高约0.3%。,钒渣质量好。金属铁含量低，全铁含量也低，不但解决了渣铁分离困难的问题，而且钒损失大大降低。钒回收率比雾化提钒高约10%。平均80%转炉提钒生产能力比雾化提钒高出两倍以上，提钒周期至少缩短60%，操作控制也比较简便。减轻了工人劳动强度。转炉提钒钒渣产量、质量，半钢温度及综合效益均比雾化提钒好。,二、转炉提钒,转炉提钒包括顶吹转炉提钒、侧吹转炉提钒、底吹转炉提钒和转炉复合吹炼提钒。,(一)氧气顶吹转炉提钒 世界上采用此方法提钒的厂有
9、：俄罗斯下塔吉尔钢铁公司和中国攀钢、承钢和马钢。下塔吉尔钢铁公司1963年开始进行工业试验,转炉装料量为100130t，到19781979年间，转炉装料量才扩大为160180t。,1、下塔吉尔铁水化学成分(与攀钢铁水作对比),2、下塔吉尔提钒用冷却剂,3、喷吹工艺参数、技术指标和终点控制,下塔吉尔的轧钢铁皮成份，（%）,冷却剂为轧钢铁皮，属冷却氧化剂，加入量4080kg/t铁。,4、优点(1)半钢温度高；(2)可保证生产各种品种的钢；(3)制取的钒渣含钒高，CaO、P等杂质少，有利于下一步提取五氧化二钒；(4)钒渣金属夹杂物少；(5)炉子寿命高；(6)钒氧化率高。,(二)空气底吹转炉提钒 俄罗
10、斯丘索夫冶金工厂曾经用底吹空气转炉生产钒渣。有三座转炉，装料量为1822t/炉。在炉底上设有6个粘土砖风咀，每个风咀都有7个直径各为2.2cm的喷管。,1、丘索夫铁水化学成分(与攀钢铁水作对比),2、丘索夫提钒用冷却剂,冷却剂是用提取五氧化二钒浸出残渣和磁选铁料制成的含钒烧结矿。转炉在注入铁水之前装入冷却剂40100kg/t。,丘索夫冶金厂用冷却剂的化学成分，（%）,3、喷吹技术指标,4、优点(1)建设投资省，厂房较低，不用炉顶上部的喷枪、料仓和支撑等设置。(2)生产效率高、成本低。吹钒时吹炼平稳、喷溅少、搅拌强度大、反应迅速、热利用率高、烟尘少等。,该方法生产钒渣的特点：钒渣中金属铁夹杂物高
11、达25%以上，在处理钒渣除铁时，钒渣将损失15%。,5、缺点 终点靠时间控制和倒炉测温取样判断；挡渣劳动强度大,且钒渣损失多；钒渣含金属铁高；炉底风口管道系统复杂，更换修理任务重；炉龄短、容量小；生产环境粉尘多，劳动条件差；半钢含N高，影响钢的质量。,6、改进措施：用氧气代替空气，其好处是可改善钒渣质量、提高钒的成渣率、增加液态半钢产量、大大改善转炉工段操作人员的劳动条件。,(三)顶底复吹转炉提钒,1、采用顶底复合吹炼提钒的目的 加强熔池搅拌，改善元素反应的动力学条件，以提高钒氧化率，改善钒渣成分，降低铁损。,2、复吹转炉提钒工艺 该工艺特别适合于含钒较低的铁水。,攀钢从2001年已开始复合吹
12、钒实验，2005年开始进行大规模实验，到2008年1月全面推广复吹提钒方法，取得了很好的效果。,提钒的限制性环节 在提钒过程中，钒氧化主要是在渣金属液界面进行的，所以钒在铁水侧扩散速度是钒正氧化的限制性环节，而且钒氧化速度与钒浓度呈线性关系，钒浓度，钒氧化速度越快，反之则越低。而钒从钒渣向半钢逆还原的限制性环节位于碳钒转换化学反应内，钒还原速度与温度呈指数关系，即温度，钒还原速度越快。,有效提钒的条件 从热力学角度看，应使熔体和元素、氧化剂接触表面保持适宜的温度(TT转)。从动力学角度看，加速铁水侧钒扩散传质是加速钒氧化的首要条件，特别是低钒铁水加强搅拌，不仅可以加快低钒铁水传质，还可增加界面
13、反应，是加快钒氧化的主要手段。转炉提钒的较佳工艺是复合吹炼提钒，即顶部吹氧气，底部吹惰性气体。因为底部吹气可有效地调节金属和钒渣的氧活度。加快下列反应：,3(FeO)+2V=(V2O3)+Fe(FeO)+2C=Fe+CO(gC+O=CO(g),复合吹炼提钒的效果 采用底吹惰性气体强化搅拌时，渣中(FeO)能更有效地参与铁水中元素的氧化反应，钒进入渣中的速度、钒氧化率、钒回收率及渣中(V2O5)品位提高，同时渣中(FeO)相应降低。是低钒铁水提钒的最有效方法。,复合吹炼提钒的特点(1)吹炼过程平稳，不粘枪、不结料；(2)与顶吹相比，半钢余碳提高0.2%0.6%；(3)钒渣全铁降低3.28%5.9
14、3%,(V2O5)提高0.77%1.73%；(4)与顶吹相比，复合吹炼可多吃球团1015kg/t，耗氧量降低1030Nm3/t渣。,三、摇包提钒(震动罐提钒),南非海威尔德钢钒公司采用摇包法提钒。,1、冶炼工艺 回转窑直接还原得到金属化球团电炉炼铁摇包提钒转炉炼钢。,2、铁水化学成分(与攀钢铁水作对比),3、摇包结构尺寸,摇包结构和尺寸1、2-打结 3-托砖圈,摇包(也称为振动罐)是一个带有茶壶嘴式出铁口的反应装置。,4、摇包振动设备性能及参数,摇包振动设备：使用偏心轮使钢包摇晃。如偏心轮转动方向不变，钢包的摇晃方向也不变，称为单向摇包。如偏心轮转动方向及钢包的摇晃方向每隔一定时间变化一次，即
15、正向、反向交替进行，称为双向摇包。正常摇包速度：30转/min。,包上方设有水冷吹氧管,喷嘴为超音速喷嘴,直径75mm。,5、摇包提钒操作工艺,将装有含钒铁水和已加冷却剂的摇包置于振动台上,摇动开始后吹氧，吹氧时氧枪喷口位于熔池面上762 914mm处。吹氧结束后，为降低渣中氧化铁和铁水中余钒，应继续转动约8min，通常还需添加一定数量的无烟煤，加入量由铁水碳和吹钒后所需碳决定。,加无烟煤的好处：可使渣中(FeO)从33%降到20%左右提高钒渣品位，降低铁损，同时还提高了半钢的发热元素碳。,6、摇包提钒优点,不占用炼钢设备，使用寿命长，设备简单，渣铁分离较好，钒、铁回收率高(91.6%和93%
16、)，钒氧化率高(93%)。,但提钒处理时间长，总吹炼时间52min/炉；产量低；耗氧高。,钒渣品位高24.5%，是目前所有产钒厂家中最高的。主要是铁水含钒高。,四、铁水包提钒,新西兰钢铁公司采用回转窑得到金属化球团电炉炼铁铁水包提钒法。,1、铁水化学成分(与攀钢铁水作对比),2、提钒设备,铁水包容量60t。有两支枪，一支为氧枪，其位置在铁水包中心，喷咀距熔池表面500mm。另一支为氮枪，吹氮气搅拌熔池，其位置在铁水包中心和边缘之间，枪插入铁水中，距离铁水包底部500mm。铁水包包盖，盖上有三个孔，分别为氧枪孔、氮枪孔和冷却剂加入孔。冷却剂是用氧化铁制成的颗粒。,3、吹炼过程,吹钒温度控制在13
17、001400，一般控制在1350。供氧量为9m3/t铁水，供氧时间3040min。氧气压力为0.37MPa，氮气压力为0.20.4MPa。,钒渣品位：含五氧化二钒18%22%。,4、吹钒参数及钒渣品位,电炉铁水倒入铁水包将铁水包安放在吹钒装置下面盖上包盖渗碳(因铁水含碳低)扒出熔渣插入氧枪和氮枪吹炼铁水完毕后取样、扒钒渣半钢送氧气转炉。,同炉单渣法：即在一座转炉内，加入造渣剂，用与吹炼普通铁水相似的操作法直接将含钒铁水吹炼成钢，并获得含氧化钙高的低品位钒渣。同炉双渣法：即在同一座转炉内，不加入碱性造渣材料仅加入冷却剂进行吹炼，当硅锰钒等元素氧化完而碳焰刚露头时立刻停氧，倒(扒)出钒渣，然后再加
18、入造渣材料在同一炉子内造渣、降碳去磷硫继续吹炼成钢。一般前期称提钒期，而后期称炼钢期。转炉转炉双联法：即应用两座转炉吹炼，一座为提钒炉仅加冷却剂专门提钒，获得钒渣和含碳的半成品(即半钢)；再将半钢兑入另一座炼钢转炉内，加入造渣材料等降碳去磷去硫吹炼成钢。,五、转炉单联法提钒,为什么提出单联法提钒？原因是双联法有以下缺点：炼钢生产率低，半钢周转需要一定的时间，使冶炼周期延长；双联法吹钒时需加入冷却剂,致使半钢温度较低,用半钢炼钢时,转炉冶炼的热量紧张,不能处理数量可观的废钢；半钢炼钢渣量小,金属脱硫率极低(12%15%),所以铁水须经脱硫预处理。,单联法提钒工艺：铁水量132t 吹炼开始时先加入
19、石灰总量的30%50%，剩下的石灰在扒渣后加入。吹氧强度为240270m3/min，总耗氧量为50006500m3(根据冶炼钢种确定)。当氧耗量达到24004000m3后，进行中间扒渣。此工艺脱钒和脱碳同时进行，当碳含量达到2.0%2.5%，钒浓度降低到0.02%0.03%时，开始扒渣，扒渣时熔池温度不应超过14501460，炉渣碱度应控制在3.33.4范围内。脱钒率可达到90%96%。脱硫、脱磷效果也比较好。实验证明，此方法对炼钢有利。,此方法存在的主要问题：是钒渣含钒低，V2O5含量平均10%；氧化钙含量高达40%左右；磷含量高。目前还没有开发出从这种高钙磷、低钒的钢渣中有效地提取五氧化二钒的方法。,
