第四章+攀钢转炉提钒工艺

第四章攀钢转炉提钒工艺教学要求：1、了解提钒用原料、主要设备及其参数2、了解转炉提钒中常见事故处理3、理解钒渣质量、半钢质量及提钒主要技术经济指标4、掌握转炉提钒工艺重点：转炉提钒工艺难点：转炉提钒工艺到1994年为止，国外用氧气顶吹转炉提钒的工厂仅有俄罗斯下塔吉尔钢铁公司（以下简称下钢）一家。该公司建于1940年，从1957年开始由乌拉尔黑色冶金研究所等单位研究的转炉提钒—转炉炼钢的双联法提钒炼钢获得成功，在10t实验转炉所做研究的基础上，不断扩大试验规模。1963年11月建成100t转炉，并进行了第一批工业试验，证实了采用氧气从铁水中提钒的合理性及提钒的高效率，可以实现深度脱钒，钒氧化率达92—94%。一、转炉提钒的研究发展历程从60年代初开始，我国为了加速钒钛磁铁矿的综合利用，曾先后在首钢3t和30tLD转炉、唐钢5tLD转炉、上钢30tLD转炉，攀钢120tLD炼钢转炉上进行过多次半工业与工业性试验，获得了大量的试验数据，为氧气顶吹转炉提钒工艺转化为工艺性生产奠定了基础。攀枝花钒钛磁铁矿开发后，为了综合利用资源，须寻求从钒钛铁矿中合理的提钒炼钢流程，为此，进行了氧气顶吹转炉吹钒炼钢工艺试验，其发展经历了如下几个阶段：1、首钢3吨LD转炉提钒试验1965年7月～11月在首钢进行了三个方案的试验。a.同炉单渣法试验了39炉b.同炉双渣法试验了61炉c.双联法试验了145炉实验结论：a.双联法：钒回收率较高,钒渣的水浸率可高达90.0—97.7%,是一次从生铁中提出优质钒渣的较好方法。缺点是生产调度上较为复杂。b.同炉双渣法：钒渣含钒低，钒回收率较低，CaO、P、S高，不适宜用现行工艺进行焙烧浸出处理。可作为石灰代用品返回高炉利用。c.同炉单渣法：钒渣含钒更低，余钒较高0.08%以下，CaO、P高。可作为部分石灰的代用品返回高炉或直接冶炼低钒铁供冶炼普通含钒低合金钢用。同炉单渣法、同炉双渣法和双联法提钒过程中金属成份、金属温度和炉渣成份变化情况及提钒过程元素氧化的规律与吹炼普通生铁时相类似，即吹炼一开始首先是硅、锰、钒、钛、铬的氧化期，在氧气顶吹转炉提钒操作中称之为提钒期，一般为4～8min。同炉单渣法的冶炼过程：当纯吹氧7min时,硅氧化率95%,锰氧化率90%,钒氧化率91%,钛氧化率86%,碳氧化率为20%。同炉双渣法和双联法硅、锰、钒、钛、铬等元素氧化情况与上述同炉单渣法的情况一样。磷和硫在提钒期除同炉单渣法碱性渣操作的磷硫含量略有降低外，磷硫含量略有降低或随着铁水中其他元素被氧化而有所增加，磷硫的去除主要是在炼钢期进行。2、首钢30吨LD同炉双渣法吹钒炼钢试验1965～1966年在首钢的30tLD转炉上进行了同炉双渣法吹钒炼钢试验。此试验的目的：是与双联法作技术经济指标对比，为锦州铁合金厂处理高钙钒渣试验提供原料，以及进一步探索同炉双渣法的工艺特点。CaOSiO2∑FeV2O5钒渣范围1.6~20.88.24~22.979.11~51.165.98~20.42平均10.0416.0526.3015.30统计炉数64646464炼钢渣范围41.20~54.807.52~19.316.64~23.042.03~4.81平均48.80141.3412.353.12统计炉数66666666平均钒氧化率80.0%按有生铁成份及其下一炉的数据42炉（78.5%）66炉去硫率36.4%去磷率84.7%钒渣量24.6kg/t铁（包括MFe）64炉钒回收率53%64炉双渣法化学成份及钒氧化率去硫率去磷率数据表同炉双渣法与双联法作相比：a.钒氧化率较低，半钢余钒较高。(双联法钒氧化率平均88.7%,余钒平均0.045%)b.钒渣V2O5较低15.30%,TFe、MFe较低,CaO、P2O5较高。(双联法V2O5平均20.9%,TFe平均33.8%,MFe平均15%,CaO平均0.62%,P2O5平均0.19%)c.钒渣产量和钒回收率较低，24.6kg/t铁。(双联法平均钒渣产量30.46kg/t铁，钒回收率76.02%）d.钢水含钒不多，大部分≤0.01%。e.钢渣含V2O5较多。f.炼钢温度和去磷硫情况良好。3、攀钢120tLD炼钢转炉提钒试验1986年元月初和3月初，由攀钢钢研所、炼钢厂和科技处等有关单位组成的转炉提钒试验组在攀钢炼钢厂120tLD转炉上先后进行了两次(共44炉)转炉双联提钒试验；其目的是：探索采用以焦油白云石作炉衬的大型氧气顶吹转炉进行提钒的可能性，查明工艺上所存在的问题，测定提钒—脱硫—炼钢过程中金属液温度与成份的变化，为攀钢二期工程选定提钒、炼钢方案提供必要的论据。实验表明：氧气转炉提钒比雾化炉提钒具有更好的优越性，而且焦油白云石炉衬本身对钒渣质量没有影响。二、攀钢转炉提钒工艺流程120t提钒转炉生铁块废钒渣生铁料槽称量140t半钢罐经过跨栈桥到炼钢车间120t炼钢转炉覆盖剂炉气净化装置炉气放散污泥处理烟尘回收利用脱硫铁水罐扒渣16m3钒渣罐16m3钒渣罐车火车拉出钒渣破碎间弃渣场O2N2单斗提升机皮带运输机炉顶料仓称量斗覆盖剂污泥球铁矿石铁皮球(一)转炉提钒工艺流程图(二)转炉提钒工艺过程1、铁水供应将脱硫后的铁水扒渣，再用起重机将铁水兑入转炉。2、冷却剂供应(1)生铁块、废钒渣：生铁块、废钒渣用电磁起重机装入生铁料槽,再用起重机加入提钒炉。(2)铁皮球、污泥球、铁矿石：用翻斗汽车运至地面料仓，由单斗提升机运到37.56m平台，经胶带运输机送到炉顶料仓内。使用时由炉顶料仓电磁振动给料机给料,经称量斗称量后加入转炉。4、吹炼提钒吹炼前先根据铁水条件加入生铁块或废钒渣,然后兑入铁水,摇正炉体下枪供氧吹炼，在吹炼过程中可根据吹炼情况加适量铁皮球、铁矿石、污泥球，吹炼结束时先出半钢进入半钢罐。5、出钒渣转炉炉下钒渣罐采用16m3渣罐,每个渣罐能容纳吹炼钒渣8~12炉。钒渣罐通过炉下电动渣罐车拉至钒渣跨，用起重机吊至16m3钒渣罐车上；每4辆车组成一列(3辆钒渣罐车,一辆废渣车),用火车拉至钒渣破碎间，废渣拉至弃渣场。3、氧气和氮气供应氧气用管道输送到车间内,氧气纯度为99.5％；压力0.49～1.18MPa;氮气压力0.294～0.392Mpa。设计工艺参数：公称容量120吨，设计炉产半钢138吨，提钒周期30min/炉，纯吹氧时间8min，日提钒最大炉数68炉(2吹2时)，设计年产钒11万吨/年，半钢295万吨年。转炉炉型参数：高9050mm，炉壳外径6530mm，高宽比1.386，熔池内经5180mm,熔池深度1400mm，转炉有效容积136m3，炉容比V/t0.986，炉口外径2480mm。提钒转炉主要设备有冷却料供应系统、转炉及其倾动系统、氧枪系统、烟气净化及回收、挡渣镖加入装置等。三、攀钢转炉提钒主要设备1、冷却料供应系统冷却剂供应系统包括地下料坑、单斗提升机、皮带运输机、卸料小车、高位料仓、振动给料器、称量料斗以及废钢槽、天车等设备，这些设备保证提钒用原料的正常供应。1—卸料斗；2—卸抖小车；3—高位料仓；4—振动给料器；5—称量斗；6—插板阀；7—转炉；8—单斗；9—地面料坑散状料上料、下料设备简图⑴生铁块、废钒渣：火车运输→钒渣跨→料坑装槽→吊至9m平台→平板车运输→吊车加入炉内。⑵铁皮、污泥球、铁皮球、铁矿石等：汽车运输→地面料坑→提升机→高位料仓→称量→炉内。⑶半钢覆盖剂(增碳剂、蛭石、碳化硅、半钢脱氧覆盖剂等)：汽车运输→地面料坑→提升机→高位料仓→称量→半钢罐。地下料坑的作用:暂时存放用火车或汽车运输来的提钒冷却剂，保证提钒转炉连续生产的需要。单斗提升机的作用:把贮存在地下料仓的各种散状料提升运输到高位料仓，供给提钒生产使用。高位料仓的作用:临时贮料，保证转炉随时用料的需要。料仓的大小决定不同冷却剂的消耗和贮存时间。每座提钒转炉单独使用4个高位料仓。2、转炉及其倾动系统转炉及其倾动系统包括转炉炉体、托圈及耳轴、减速机、电动机、制动装置等，这些设备保证转炉的运转。⑴转炉炉体由炉壳及其支撑系统(托圈、耳轴、联接装置和耳轴轴承座等)组成。炉体外面是炉壳，用钢板焊接而成，里面是炉衬，砌筑的耐火砖。A炉壳①作用：保证转炉具有固定的形状和足够的强度，能承受相当大的倾动力矩、耐火材料及炉料的重量以及炉壳钢板各向温度梯度所产生的热应力、炉衬的膨胀应力等。②材质：用低合金钢板制作成型，不同部位钢板厚度不同。如120吨转炉，炉帽55mm，炉身70mm，炉底60mm。氧气转炉炉帽通水冷却优点：—使炉口不粘渣或很少粘渣,人工易清除.—由于水从耳轴经过,可对耳轴进行冷却.—提高炉帽寿命,防止炉口钢板在高温下产生变形.在锥形炉帽的下半段有截头圆锥形的护板→防止托圈上堆积炽热的炉渣。炉帽③炉壳本身——由炉帽、炉身和炉底组成。a.炉帽炉帽做成圆锥形，目的是减少吹炼时的喷溅和热损失，并有利于炉气的收集，炉口采用通水冷却。炉帽上设有出钢口,出钢口最易损坏,一般设计成可拆卸式的。出钢口b.炉身炉身为圆筒形，它是整个炉壳受力最大的部分，转炉的整体重量通过炉身钢板支撑在托圈上，并承受倾炉力矩。c.炉底炉为球形，其下部焊有底座以提高强度。炉帽、炉身、炉底三部分之间采用不同曲率的圆滑曲线连接,以减少应力集中。炉底B托圈和耳轴托圈和耳轴的作用：支撑炉体并传递转矩。①托圈：是由优质钢板焊成，断面呈矩形的中空圆环，内部通水冷却，以降低热应力。其两侧各固定了两个耳轴，为炉壳受热膨胀不受限制和通风冷却，在托圈和炉壳之间留有100mm间隙。②耳轴：是给转炉和托圈传递低速、重载荷、大力矩的传动件,要求其具有足够的强度和刚度,可用40Cr制作。耳轴在炉体的两侧，一侧为固定端，另一侧为浮动端。固定端将转动力矩从倾动机构传递给托圈和炉体。耳轴多做成空心轴，里面通水冷却，冷却水经耳轴、托圈直到炉口水箱。耳轴与托圈通过法兰盘螺栓连接。C、耳轴轴承座耳轴轴承座是支撑炉壳、炉衬、铁水的全部重量的部件。其工作条件：负荷大、转速慢、温度高→工作条件十分恶劣。目前我国转炉耳轴轴承在大、中、小型转炉上普遍采用滚动轴承。采用滚动轴承的优点是：能补偿耳轴由于托圈翘曲和制造安装不准确而引起的不同心度和不平行度。从动侧采用铰接式轴承支座，靠支座的偏斜摆动补偿耳轴轴线方向上的胀缩位移。⑵转炉倾动机构主要由电机、减速器（一级、二级）、联轴器及制动装置等组成。A作用次级减速器初级减速器转动炉体,以满足兑铁水、加生铁块、测温取样、出钢、出渣等工艺操作。B倾动机构类型①落地式倾动机构：除装套在耳轴上的次级减速器大齿轮外，电机、制动器和所有的传动部件均安装在高台或地面的地基上(在另外的基础上)。②半悬挂式倾动机构：其次级大小齿轮通过减速箱悬挂在耳轴上，其余部分安装在地基上。③全悬挂式倾动机构：除扭力杆外，整个装置均悬挂在耳轴上。特点：紧凑、质量轻、占地面积小、运转安全可靠、工作性能好，并消除了齿轮位移而引起的啮合不良现象。扭力杆的作用：防止悬挂在耳轴上的传动装置绕耳轴旋转，悬挂减速箱两侧分别与两根力杆铰接，力杆的另一端与曲柄连接，曲柄用铰链装在水平扭力杆上。倾动机构工作时，其两侧的力杆一个向下压，一个向上提，使水平扭力杆承受扭矩。C倾动机构动力装置：可控硅调速直流电机或液压驱动,目前老转炉多采用电力驱动,新建转炉多采用液压驱动。炉体可在0.1~1.5r/min范围内正反360°倾动。D转炉冶炼工艺对倾动机构的要求液压驱动的突出优点：①适于低速、重载的场合，不怕过载和阻塞；②可无级调速,结构简单,重量轻,体积小。但其加工精度要求高,否则会漏油。①转动角度。要求±360°旋转，并能准确停留在所需的角度位置上，在启动、旋转和制动时能保持平稳。②转动速度。大中型转炉大都采用多级变速，在实际生产中，空炉及刚从垂直位置摇下时采用高速，以减少非作业时间，在接近要停的位置时则采用低速以使炉子能停在准确的位置上，使炉内液面平稳。③设置必要的联锁装置：倾动机构应与氧枪、付枪、炉下钢包车、烟罩等设备有联锁装置。④托圈翘曲变形后各齿轮副仍能保持正常啮合。3、供氧设备其设备组成：氧枪本体、氧枪升降机