第三章-提取钒渣方法

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：⑴摇包提钒——南非海威尔德⑵铁水包提钒——新西兰⑶空气底吹转炉提钒——俄罗斯丘索夫⑷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、雾化提钒工艺高炉铁水铁水罐脱硫140吨倾翻机倾翻铁水进入中间罐硅铁或石英砂雾化吹炼半钢兑铁罐半钢与钒渣分离半钢钒渣富氧压缩空气攀钢雾化提钒工艺流程图雾化提钒是攀钢1978～1995年采用的从铁水吹炼钒渣的方法。一、雾化提钒⑴炼铁厂输送来的铁水经140吨倾翻机将铁水倒入中间罐，铁水进行撇渣和整流，然后进入雾化器。⑵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。8⑶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50～60％的钒氧化是在雾化室中完成的，其余40～50％的钒氧化是在半钢罐中完成的。原因是：铁水从中间罐水口到半钢罐中的时间差很短。7140吨铁水倾翻机除尘系统中间罐雾化器高炉铁水罐铁水罐车+8.2米雾化室氧燃枪出半钢槽烟罩半钢罐半钢罐车0米-1.6米雾化提钒装置示意图2、雾化提钒设备61、出水管2、进水管3、孔板4、风管5、进风管全水冷双排孔型雾化器⑴雾化器雾化器是雾化提钒的关键设备。①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。②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。③雾化器类型：全水冷双排孔型。5⑵雾化室(或称炉体)①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。②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。⑶中间罐①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22×320毫米的矩形水口，以控制铁水流量和铁流形状。②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。③中间罐水口流量为360～420吨/h，使用寿命为12次/个。10挡渣墙耐火层钢板水口中间罐的形状和尺寸注入钢流9⑷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。罐帽罐体耳轴座架罐鼻子罐壁耐火层罐嘴600×10010°收口型半钢罐（140t）⑸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。16m3钒渣罐钩耳耳轴罐座架⑹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→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。煤气氧气冷却水进水冷却水出水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。123456空间反应熔池反应(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：“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①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)。②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。③中间罐撇渣效果好。④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。⑤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⑴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、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。⑵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。⑶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。⑷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。①满足了攀钢生产规模的要求，即钢产量和钒渣产量的要求。②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。③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%。④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。⑤钒回收率比雾化提钒高约10%。平均80%⑥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。⑦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：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100～130t，到1978～1979年间，转炉装料量才扩大为160～180t。铁水化学成分C%Si%Mn%V%Ti%Cr%铁水温度℃下塔吉尔4.2~4.50.2~0.250.27~0.330.45~0.480.15~0.250.03~0.11300攀钢平均值4.0~5.04.40.05~0.40.18↓0.1~0.300.2↓0.23~0.320.285↓P:0.05~0.090.07S:0.03~0.20.065↑1280↓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FeOFe2O3SiO2MgOCaO37~5836~572.3~3.00.6~0.90.5~0.7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40~80kg/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18～22t/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。铁水化学成分C%Si%Mn%V%Ti%Cr%铁水温度℃丘索夫0.3~0.40.25~0.400.48~0.550.20~0.300.30~0.40↑1280~1320攀钢平均值4.0~5.04.40.05~0.40.18↓0.1~0.300.2↓0.23~0.320.285↓P:0.05~0.090.07S:0.03~0.20.065↑1280↓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40～100kg/t。丘索夫冶金厂用冷却剂的化学成分，（%）FeOFe2O3V2O5SiO2MnOTiO2Cr2O3Al2O3CaO30~3250~551.2~1.55~62.2~2.62.0~2.821.51.03、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。⑴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。⑵有效提钒的条件①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)。②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)+2[V]=(V2O3)+[Fe](FeO)+2[C]=[Fe]+CO(g[C]+[O]=CO(g)⑶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。⑷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%～5.93%,(V2O5)提高0.77%～1.73%；(4)与顶吹相比，复合吹炼可多吃球团10～15kg/t，耗氧量降低10～30Nm3/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)铁水化学成分C%Si%Mn%V%Ti%/P%Cr%/S%铁水温度℃海威尔3.950.240.221.100.22/0.080.29/0.0371180↓攀钢平均值4.0~5.04.40.05~0.40.18↓0.1~0.300.2↓0.23~0.320.285↓P:0.05~0.090.07S:0.03~0.20.065↑12803、摇包结