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提钒与转炉炼钢工艺项目一含钒铁水提钒氧气顶吹转炉吹炼提钒观看提钒视频资料录像1－1•具体：熟悉钒钛资源、钒的用途、钒的性质及提取钒方法的特点•熟练掌握氧气顶吹转炉提取钒的任务、原理；氧气顶吹转炉提取钒的主要原料种类及对其要求要点氧气顶吹转炉吹炼一炉含钒铁水提取钒包括的项目及参数控制、调节的方法•了解氧气顶吹转炉吹炼提取钒所涉及到的主要种类、作用及结构特点项目目标总体：在已知原材料和工艺设备条件下编制一炉铁水提钒的操作规程和完成一炉铁水提钒的吹炼•攀西地区是中国矿产资源最富集的地区之一，有钒钛磁铁矿资源储量98亿吨，占全国铁矿资源储量近20%。其中，钒资源储量占全国储量的61%，占世界储量的11.6%，钒是国家重要的战略物资•钒钛磁铁矿在高炉中冶炼出的铁水含钒为0.25～0.5％，为提取铁水中钒，含钒铁水炼钢前需进行提钒，得到钒渣（是钒制品生产的原料）和半钢。因此掌握含钒铁水的吹炼技能是十分重要的项目引入•在获得优质、高产、低耗、长寿的技术经济指标理念下，依据已知原材料性质及工艺设备，以完成一炉铁水提钒得到合格产品的工作任务岗位技能为总体目标，设置为一个综合性项目•以职业能力培养为主线，将一炉铁水提钒相对应的主要知识点设置为若干个单元，每一单元的主要知识点同最终目的（总的工作任务）联系起来•将完成该任务所需的岗位操作技能设为实训项目，并配置相关的专业知识、经验案例和设备知识，构成理论和实践一体化的项目导向课程本项目中的学习型工作任务教学内容任务单元1：1－1钒相关知识介绍1任务单元2：1－2提取钒的方法2任务单元3：1－3氧化法提钒的方法3任务单元4：1－4氧气顶吹转炉吹炼提取钒4任务单元1：1-1钒相关知识介绍钒相关知识介绍钒钛资源用途钒的性质钒的用途1-1-1钒钛资源1-1-1钒钛资源•攀西地区是中国矿产资源最富集的地区之一，有钒钛磁铁矿资源储量98亿吨，占全国铁矿资源储量近20%。其中，钒资源储量占全国储量的61%，占世界储量的11.6%，居中国第一、世界第三；钛资源储量在国内具有绝对优势，占全国储量的90%，世界的35%，居世界第一位1-1-1钒钛资源•承德地区的钒钛磁铁矿总储量达到了80亿t以上，折合V2O5的储量有800万t，资源相当丰富钒的性质物理性质化学性质1-1-2钒的性质•元素符号V，原子序数23，原子量50.94•外围电子排布3d34s2，位于第四周期VB族。原子半径132.1皮米，第一电离能654kJ/mol，电负性1.6•银白色金属，有良好的延展性•密度5.96g/cm3，熔点1890±10℃，沸点3380℃钒的物理性质•钒具有可变的氧化价，能生成＋2、＋3、＋4、＋5氧化态的化合物，其中＋5价钒的化合物最稳定•在常温下钒的化学性质较为稳定，在高温下可与C、Si、Cl、O、S、N、Br等大部分非金属元素生成化合物•钒具有很好的耐腐蚀性，耐淡水与海水的侵蚀，亦耐非氧化性酸和碱溶液的侵蚀。它可被氧化性酸所溶解，在空气中钒也可被熔融的碱、碱金属碳酸盐所溶解生成钒酸盐•钒亦具有一定的耐液态金属（铀）和合金（钠、铅－铋等）的腐蚀能力，因此，钒包套材料与核燃料之间不发生明显的相作用与扩散作用，能可靠地防护核分裂产物，适合作钠冷却快中子反应堆的燃料包套和反应堆材料钒的化学性质•钢中加入少量的钒，起到细化晶粒和沉淀强化作用•大约有7％～10％的钒用于制作金属合金，例如钒与钛可以组成重要合金Ti－6Al－4V。•钒的氧化物可以代替铂作催化剂，应用于玻璃工业、医药工业、纺织工业、照相和电影材料工业。钒还可以作为快速中子反应堆的结构材料，也是电子工业中超导体•电子管中X射线滤波器的材料等，也是生物工程不可缺少的重要物资。1-1-3钒的用途1-2提钒方法湿法提钒从含钒磁铁矿石中直接提取钒提钒方法火法提钒将含钒磁铁矿通过火法冶金得到含钒铁水，再经氧化得到含钒炉渣，富集后成为制造钒铁合金的原料。提取钒渣后的铁水称为半钢，还可进一步冶炼成钢。1-2-1湿法提钒•钒磁铁矿中为1％～2％，是含钒较高的矿石，经破碎精选的精矿粉，与芒硝混合制球后装入窑中，在1200℃的高温下焙烧，精矿粉中钒与芒硝作用，钒转化为可溶性钒酸钠•再将焙烧好的球团矿浸入水中，使钒酸钠充分溶解•加入硫酸，钒酸钠再转化为不溶于水的V2O5，经沉淀、过滤后，即作为制作钒铁合金的工业原料52OVw湿法提钒工艺流程示意图1-2-2火法提钒•火法提钒是用含钒的磁铁烧结矿，经过高炉冶炼出含钒铁水，再进行提钒处理。中国、俄罗斯等国家采用这种方法提取钒•通过电炉，将含钒铁矿预还原成金属球团矿后，再经电炉冶炼出含钒铁水，提取钒渣。南非和新西兰等国家采用这种方式提取钒火法提钒工艺流程示意图两种提钒法的比较湿法原料处理简单；钒回收效率高，从精矿→V2O5收率达80％以上优点火法钒渣作为提取V2O5原料，钒含量高；处理量少；可回收铁；焙烧温度低，只有800℃左右，动力和辅助材料消量也少；缺点湿法处理物料量大，设备投资大；焙烧温度（1200℃以上）动力及辅助原料消耗大，不回收铁。火法钒的回收率较低，从精矿粉到V2O5回收率在60％～70％。1-3氧化提钒方法工艺摇包吹氧提钒雾化提钒转炉提钒1-3-1摇包提钒法半钢进转炉炼钢1234南非海威尔德公司试验历程电炉炼铁摇包提钒回转窑直接还原雾化法提钒工艺流程1-3-2雾化提钒•雾化提钒工艺是我国自行研制的一种独特提钒方法。•特点：雾化提钒过程中不能加入冷却剂，只适用于含硅低的含钒铁水，并要控制好铁水温度，不能过高。•雾化提钒工艺简单，铁水提钒处理能力大，满足了生产要求。但提钒时铁的氧化多，铁损较大1-3-3转炉提钒方法1空气侧吹转炉提钒2氧气顶吹转炉吹炼提取钒3氧气顶底复吹转炉提钒法1-3-3-1空气侧吹转炉提钒空气侧吹转炉是利用侧吹供入空气，使转炉内铁水钒氧化而获得钒渣。1-3-3-2氧气顶吹转炉吹炼提取钒氧气顶吹转炉吹炼提钒法是我国火法提钒生产广泛采用的工艺•我国的攀钢、承钢和马钢以及俄罗斯的下塔吉尔钢铁公司均采用顶吹转炉提取钒渣。•氧气顶吹转炉吹炼提钒法的优点是：（1）半钢温度高；（2）可保证生产各种品总的钢；（3）制取的钒渣含量高，氧化钙，磷等杂杂质少，有利于下一步提钒五氧化二钒；（4）钒渣金属杂质物少；（5）炉子寿命提高；（6）钒氧化率高1-3-3-3氧气顶底复吹转炉提钒法为了提高熔池的搅拌温度，采用炉底吹入搅拌气体、炉顶吹氧的办法即为顶底复合吹钒工艺。目前世界上仅处于试验阶段氧气顶底复吹转炉提钒法—试验进程我国承德钢铁公司在20t转炉上也进行了复合吹炼试验。底部用4个内径2mm的不锈钢管枪体，共氮压力为0.9到1.35MPa，顶吹氧气压力为0.6～0.85MPa，枪位0.8到1.2m，供氧强度1.9～2.5m3/（min.t）。底吹供气强度0.03到0.06m3/（min.t），N2流量为72～150m3/h（标态）原苏联在容量100kg的转炉试验，试验结果表明，随着顶底吹炼强度提高，平均熔化速度提高及钒氧化程度提高，比单一吹氧的提钒率提高，半钢残渣的质量分数可降低到0.016%～0.017％,钒渣中的全铁的质量分数降低到22%～25%，五氧化二钒质量分数提高到23%～25%•试验用冷却剂为含钒铁块和酸性球团，结果表明：•（1）吹炼过程平稳，不粘枪、不结料•（2）与顶吹相比，半钢余碳的质量分数提高0.2%～0.6%•（3）钒渣全铁降低3.28%～5.93%，五氧化二钒提高0.77%～1.73%•（4）与顶吹相比，复合吹炼可多吃球团10～15kg/t，每吨渣耗氧量（标态）降低10～30m3火法提钒的发展方向转炉顶底复合吹炼提钒是今后转炉提钒顶底发展方向1－4氧气顶吹转炉吹炼提取钒1－4－1氧气顶吹转炉吹炼提取钒原理11-4-2氧气顶吹转炉吹炼提取钒的准备21－4－3氧气顶吹转炉吹炼提钒工艺3提钒任务半钢把含钒铁水吹炼成高碳含量并满足下一步炼钢要求的半钢，包括成分、温度钒渣最大限度地把铁水中的钒氧化使其进入钒渣，得到适合于下一步提取五氧化二钒要求的钒渣。提钒含钒铁水钒渣标准(YB320－65)品级化学成分,%V2O5≮SiO2CaOPⅠⅡ≯115.0270.80.080.8214.0281.00.100.8312.0291.00.100.8410.0311.00.100.81-4-1-2氧气顶吹转炉吹炼提取钒原理工程实例•已知攀钢典型铁水成分：w[C]＝4.0％,w[Si]＝0.20％，w[V]＝0.32％，w[Ti]＝0.25％，通过物理化学手册查出一些数据计算出lgfv＝－0.587，lgfc＝0.865，求实际转化温度T=?•解决此问题所需要的素材（1）•转炉提取钒主要是通过供氧，形成钒的氧化物提取出来。钒是极易氧化的元素，钒与氧的亲合力介于硅和锰与氧的亲合力之间。供氧后，铁水中Fe被大量氧化，Si、V、Mn和少量的C也同时被氧化。•解决此问题所需要的素材（2）•钒与氧的反应：提钒过程是氧气流与金属熔体表面相互作用的过程，是铁水中铁、钒、碳、硅、锰、钛、磷、硫、等元素的氧化反应过程.反应能力的大小取决于铁水组分与氧的化学亲和力，通常称之为标准生成自由能。值越负，氧化反应越容易进行A、钒与氧的反应•钒能与氧形成化合物：V2O2、V2O3、V2O4和V2O5•在炼钢的温度范围内，最稳定的钒的氧化物是V2O3和V2O5•钒的氧化反应式：•2[V]+3(FeO)=(V2O3)+3[Fe]•2[V]+5(FeO)=(V2O5)+5[Fe]•在固态的钒渣中，钒主要以钒尖晶石FeO·V2O3形式存在。钒的氧化反应也可写成：•2[V]+4(FeO)=(FeO·V2O3)+3[Fe]•2[V]+4[O]+[Fe]=[FeV2O4]B标准生成自由能与温度的关系曲线•分析此图：钛的氧化优先，硅和钒的氧化较慢提钒的原理就是向转炉内铁水中加入氧化性物质（主要是吹入氧气）使钒氧化成钒的氧化物进入炉渣，为了达到“脱钒保碳”的效果，同时应适当加入各种冷却剂以控制熔池温度低于C－V转化温度（T转），得到合乎要求的钒渣和满足下一道工序炼钢的半钢•根据热力学计算T转•实际铁水中各元素选择性氧化转化温度与标准状况下是有差距的。实际的随铁水的成分和炉渣的成分的变化而变化。•例题讲解•实际吹钒过程的转化温度，随着铁水中钒浓度的升高和氧分压的增大，转化温度略有升高，同时随着铁液中［V％］浓度的降低，即半钢中余钒越低，转化温度越低，保碳就越难。因此脱钒到一定程度后，要求半钢温度较高时，只有多氧化一部分碳的条件下才能做到。实际吹钒温度控制在1340～1400℃范围内•通过转化温度的计算，可以根据工艺的要求，规定出适当的半钢成分，即可估计转化温度，在吹炼过程中控制过程温度不要超过此温度。根据原铁水成分及规定的半钢成分，并算出吹炼的终点温度（转化温度），即可作一热平衡计算以估计须用的冷却剂用量1-4-1-3课堂实训•已知攀钢典型铁水成分：w[C]＝4.0％,w[Si]＝0.20％，w[V]＝0.32％，w[Ti]＝0.25％，通过物理化学手册查出一些数据计算出lgfv＝－0.587，lgfc＝0.865，求实际转化温度T转=?1-4-2氧气顶吹转炉吹炼提钒前的准备原料准备含钒铁水冷却剂增碳剂提钒前的准备提钒主要设备的准备转炉系统设备供氧系统设备冷却系统设备1-4-2-1提钒原料准备•A含钒铁水•对铁水成分的要求：V、Si、Mn、Ti等•铁水中含钒的高低，对钒渣中含量有直接关系，生产实践表明，吹炼W[C]=0.40％左右的铁水时，钒渣中的在16％～20％；若吹炼在0.20％的铁水，渣中只有10％左右。•铁水中Si、Mn、Ti等元素含量能抑制钒的氧化，其中Si、Ti元素尤为强烈。铁水含钛，粘度较大，在运输、贮存和吹炼过程中容易出现铁水包包衬、混铁炉内衬、转炉炉衬和氧枪等粘结，影响设备的正常运转和使用寿命。Si、Mn、Ti等元素氧化，还放出大量的热，使熔池温度升高，为碳的激烈氧化提供了条件，所以铁水中Si、Mn、Ti等元素含量高时，半钢的余钒较高•钒渣中SiO2含量增加，使V