第三章-提取钒渣方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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,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,。,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,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,。,7,140,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,6,1,、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,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,22,320,毫米的,矩形水口,，以控制,铁水流量和铁流形状,。,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,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,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。,罐帽,罐体,耳轴,座架,罐鼻子,罐壁,耐火层,罐嘴,600,100,10,收口型半钢罐（,140t,）,钒渣罐,钒渣罐是用来装运钒渣的，其有效容积为,16m,3,。,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。,16m,3,钒渣罐,钩耳,耳轴,罐座架,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。,1,2,3,4,5,6,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,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、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：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,4.24.5,0.20.25,0.270.33,0.450.48,0.150.25,0.030.1,1300,攀钢,平均值,4.05.0,4.4,0.050.4,0.18,0.10.30,0.2,0.230.32,0.285,P:,0.050.09,0.07,S:,0.030.2,0.065,1280,1,、,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,FeO,Fe,2,O,3,SiO,2,MgO,CaO,3758,3657,2.33.0,0.60.9,0.50.7,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,0.30.4,0.250.40,0.480.55,0.200.30,0.300.40,12801320,攀钢,平均值,4.05.0,4.4,0.050.4,0.18,0.10.30,0.2,0.230.32,0.285,P:,0.050.09,0.07,S:,0.030.2,0.065,1280,1,、,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，（,%,）,FeO,Fe,2,O,3,V,2,O,5,SiO,2,MnO,TiO,2,Cr,2,O,3,Al,2,O,3,CaO,3032,5055,1.21.5,56,2.22.6,2.02.8,2,1.5,1.0,3,、,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。,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