含钒铁水转炉提钒渣冶炼方案设计(初稿).doc

含钒铁水转炉提钒渣冶炼方案设计(初稿) 1.钒相关基础知识1.1钒元素的发现与发展钒(V)，呈银灰色，原子序数为23，原子量为50.942，在元素周期表中属VB族，具有体心立方晶格。 1801年，墨西哥矿物学家德尔里奥在研究铅矿时，发现一种化学性质与铬、铀相似的新元素，其盐类在酸中加热时呈红色，故名为红色素。 实际上是钒。 1830年，瑞典化学家尼尔斯格塞夫斯特姆用矿石炼生铁时，分离出一种新元素，由于其化合物具有绚丽的颜色，以希腊神话中美丽女神娃娜迪斯（Vanadis）的名字命名为钒(Vanadium)。 同年，德国化学家沃勒尔证明，Vanadium与早期德尔里奥发现的红色素是同一种元素钒。 1834年，在俄罗斯别列召夫斯克矿山的铅矿中发现了钒。 1939年，在俄罗斯的彼尔姆斯克的含铜砂岩中也发现了钒。 1840年，俄罗斯矿物工程师苏宾写道“含铜生铁、黑铜、铜锭是含钒合金，由于钒的存在，使它们具有较高的硬度”。 1867年，英国化学家娄斯科用氢还原氯化钒(VCl3)，首次制得金属钒。 同时他在研究英国西部的铜矿时，制备了V2O 5、V2O 3、VO、VOCl 3、VOCl2和VOCl等钒化合物。 1882年，英国列?克鲁佐特钢铁公司用含钒1.1%的炼钢炉渣制得钒的磷酸盐，年产量约60t。 用户是生产苯胺黑的染料厂。 在19世纪末20世纪初,俄罗斯开始利用碳还原法还原铁和钒氧化物,首次制备出钒铁合金(含V35%40%)。 19021903年俄罗斯进行了铝热法制取钒铁的试验。 1927年，美国的马尔登和赖奇用金属钙还原五氧化二钒(V2O5)，第一次制得了含钒99.3%99.8%的可锻性金属钒。 19世纪末，研究还发现了钒在钢中能显著改善钢材的机械性能，从而使钒在工业上才得到广泛应用。 至20世纪初，人们开始大量开采钒矿。 到目前为止,世界上生产钒的矿石主要以钒钛磁铁矿为主,在俄罗斯、南非、中国、澳大利亚及美国等国家都有丰富的钒钛磁铁矿资源,此外，在钒铀矿、铝土矿、磷岩矿、碳质页岩、石油燃烧灰渣、废催化剂等均可作为回收钒的资源。 1.2国内钒的发展在20世纪30年代才发现攀枝花地区蕴藏有大量钒钛磁铁矿。 钒储量占全国的87%，占世界的47%；钛储量占全国的93%,占世界的45%；铁占全国的11%。 1937年发现河北承德大庙铁矿中含有钒。 1942年日本在锦州建立了“制铁所”生产钒铁，到1945年日本投降共生产出100多吨低钒铁。 1958年恢复该厂，用钒铁精矿生产V2O5，10月20日炼出了新中国第一炉钒铁(含V35%)，同年并研制出金属钒。 1955年发现马鞍山磁铁矿中含有钒。 1965年先后在马钢建成8t、承钢建成10t吨侧吹提钒转炉生产钒渣，从此结束了我国用钒精矿生产V2O5的历史。 但是钒的供应满足不了我国工业需要，每年还要进口V2O5或钒铁。 1965年在承钢100m3高炉冶炼钒钛磁铁矿试验成功。 1967年在首钢516m3高炉炼铁、30t氧气顶吹转炉双联法提钒炼钢，试验成功，制得的钒渣在锦州铁合金厂生产出了V2O5和钒铁。 1970年7月攀钢组成雾化提钒试验组，到1973年先后建成三座60t雾化提钒试验炉。 到1978年，共生产雾化钒渣6万t。 同时在峨嵋和南京建成了铁合金厂钒车间，生产V2O5和钒铁。 1972年锦州铁合金厂可生产99.9%品位的金属钒。 1978年攀钢建成两座120吨雾化提钒炉生产钒渣。 1979年锦州铁合金厂开发了品位55%60%的钒铁和含钒40%80%的钒铝合金。 1980年开始出口钒渣(3208t)、V2O5(1041t)、钒铁(1882t)。 中国从钒进口国变为钒出口国。 19801985年间，锦州铁合金厂开发了高钒铁、硅钒铁、碳化钒、氮化钒等炼钢钒合金添加剂。 1984年攀研院开发出钒渣一次焙烧水浸提钒技术，在国内推广，并获国家发明专利。 1990年攀钢建成了2000tV2O5/a的生产车间。 19921993年攀钢建成了用电铝热法冶炼高钒铁试验车间，生产能力为1900t/a。 1994年攀钢开发了用煤气还原多钒酸铵制取V2O3技术，获国家发明专利。 1995年，攀钢将雾化提钒改为转炉提钒，建成两座120吨提钒炉，设计能力11万t/a钒渣。 1998年攀钢从德国引进设备，建成了年产2400tV2O3的车间。 后扩建为5150t/a。 同时，进行了V2O3冶炼高钒铁的试验。 西昌分公司建成年产1200t五氧化二钒生产车间。 同时，攀钢钒渣产量达到并超过了设计能力，创下历史最高水平。 xx年攀钢建成了年产100t的氮化钒试验生产装置。 xx年攀钢已经建成了设计能力年产2000t氮化钒的生产车间，攀研院又建成了年产300t的生产装置。 近年来，我国钒的发展速度极快，产量已居世界第一位。 1.3钒的矿物简介钒钛磁铁矿黑灰色，(Fe,Ti,V)3O4是一种分布最广泛的含钒矿物，是最具有工业开采价值的钒矿物。 一般原矿含V2O50.12%，大于1%就可以直接做为提钒的原料。 也可通过选矿得到含V2O50.5%以上的精矿。 然后通过高炉炼铁或电炉炼铁得到含钒的铁水，再从铁水吹炼出钒渣，使V2O5含量富集到10%20%，做为提钒的原料。 1.4钒及其化合物的性质1.4.1金属钒的性质物理性质钒是一种单晶金属，呈银灰色，具有体心立方晶格。 高熔点难熔金属189010(比Ti高)。 钒呈弱顺磁性，是电的不良导体。 力学性质纯净钒有良好的延展性和可锻性，在常温下可制成片、丝和箔；不纯时硬而脆，少量的杂质，如氧、氮、碳、氢可提高钒的硬度和抗拉强度，但延展性降低。 化学性质钒是强还原剂，但由于容易呈钝态，常温下钒的化学活泼性较低，具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸(浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水)溶解。 2V+6HF=2VF3+3H2V+8HNO3=V(NO3)4+4NO2+4H2O在空气中，熔融碱、碱金属、碳酸盐可将金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。 在高温下钒能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。 例如钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。 2V+O2=2VO4V+3O2=2V2O32V2O3+O2=4VO24V+5O2=2V2O5180温度下钒与氯作用生成四氯化钒(VCl4)。 温度超过800时,钒与氮反应生成氮化钒(VN)。 在8001000时钒与碳生成碳化钒(VC)。 V+2Cl2=VCl42V+N2=2VN V+C=VC此外，钒亦具有一定的耐液态金属(铀、钠)和合金(铅-铋等)的腐蚀能力，因此，钒适合作钠冷却快中子反应堆的燃料包套和反应堆材料。 1.4.2金属钒的制备:用金属钙还原五氧化二钒V2O5或用金属镁还原三氯化钒VCl3,可制得金属钒。 V2O5+5Ca=5CaO+2V2VCl3+3Mg=3MgCl2+2V1.4.3钒的主要氧化物氧化物晶系颜色比重熔点/化学性质V VO O等轴浅灰55.776611779900具有碱性氧化物的性质，不溶于水，能溶解于酸中生成强还原性的紫色钒盐V(H2O)62+离子。 在空气中和水中不稳定，容易氧化成V2O3。 在真空中它发生歧化反应生成金属钒和V2O3。 用氢在1700下还原V2O5或V2O3制得。 V V22O O33菱形黑44.8877119977002xx700是碱性氧化物,溶于酸生成蓝色的三价钒盐V(H2O)63+离子，该离子有相当大的八面体络合，在水中会部分水解生成V(OH)2+和VO1+。 在空气中缓慢被氧化，在氯气中迅速被氧化成三氯氧钒(VOCl3)和V2O5。 常温下暴露于空气中数月后，它变成靓青蓝色的VO2。 不溶于水及碱，是强还原剂。 制备高温下用碳或氢还原五氧化二钒制备。 纯的V2O3可用V2O5粉末在氢气流中(流速10L/h)于500下还原20h制得。 工业上用氢气、一氧化碳、氨气、天然气、煤气等气体还原V2O5或钒酸铵制取。 V VO O22正方兰黑44.2244.441155445511996677两性氧化物，溶于酸和碱。 在强碱溶液中可生成M2V4O9或M2V2O5四价亚钒酸盐。 VO2溶于酸中时不生成V+4离子，而是生成正两价钒氧基VO+2离子。 VO+2离子在水溶液中呈浅蓝色，钒氧基盐如VOSO 4、VOCl2在酸性溶液中非常稳定，加热煮沸也不分解。 制备将V2O5与草酸共熔进行温和的还原作用来制备。 由五氧化二钒与三氧化二钒、C、CO、SO2等还原剂作用制得。 工业上可用钒酸铵或五氧化二钒用气体还原制得。 V V22O O55斜方橙黄33.335577665500669900V2O5属两性氧化物，但主要呈酸性。 V2O5溶解在极浓的NaOH中，得到一种含有八面体钒酸根离子VO43-的无色溶液。 制备用偏钒酸铵在空气中于500左右分解制得。 V2O5大量作为制取钒合金的原料，少量作为催化剂。 1.4.4含钒化合物的理化性能化合物溶解度五氧化二钒钒V V22O O55温度/2255110000溶解度00.0077%(w w)偏钒酸铵(N NH H44V VOO33)温度/2xx300440055007700溶解度，g g/110000g g水00.448800.664411.332211.778833.0055偏钒酸钠N NaaV VOO3322HH22OON NaaV VOO33温度/22554400660077007755溶解度，g g/110000g g水1155.333300.226688.003366.993388.88溶解度，g g/110000g g水2211.112266.22333322.9977钒酸钾钾K K33V V55OO1111温度度1177.55溶解度度1166.1100%(质量分数)硫酸钒铵(N NHH44)22V V22(S SOO44)22温度度2255溶解度度331166.99g gL L-11偏钒酸铍铍B Bee(V VOO33)22温度度2255溶解度度00.11%(质量分数)多钒酸铵温度/22554455665588559955溶解度/g gL L-1100.11333300.2xx300.22774400.2244440.3791.5钒在钢铁上的应用钒加入钢中的作用起脱氧、脱氮作用。 钒与碳和氮作用，生成小而硬的的难熔金属碳化物和氮化物，这些化合物起细化剂和沉淀强化剂作用，增强钢的强度、韧性和耐磨性、耐热性等。 绝大部分钒用作钢铁的添加剂以生产高强低合金钢、高速钢、工具钢、不锈钢及永久磁铁等。 钒在钢中的作用机理细化钢的组织和晶粒，提高晶粒的粗化温度降低钢的过热敏感性；当在高温钒溶入奥氏体时，增加钢的淬透性，相反，如以碳化物存在时，却会降低钢的淬透性；增加钢淬火的回火稳定性，并产生二次硬化效应。 钒在不同钢种材料中所起作用不同碳素钢加入少量钒，提高钢的延展性和耐热性；调质钢钒能形成VC和VN，在热处理时起细化晶粒和弥散强化的作用；高强低合金钢钒、铌、钼或铬的配合加入，可制造壁厚为1825mm的大管道，也可作桥梁结构钢、高层建筑、输电塔、压力储存罐等。 主要优点是重量减轻。 合金工具钢高速工具钢中钒在热处理时大部分以VC相存在提高耐磨性。 钒溶解于A中，V对钢的红硬性作用比W、Mo大，回火时溶解在A中的V以弥散的VC沉淀析出,使钢得到较高强度和热强性。 重轨钢钒、氮或铬的配合加入，可改善钢的脆断性。 1.6钒的生产方法钢渣提钒(最新提钒方法)钢渣提钒是将含钒铁水直接炼钢，钒进入炼钢炉渣，用含钒钢渣作为生产钒的原料。 该原料CaO含量高达50%左右。 单渣法(不放渣)CaO3545%V2O5811.5%双渣法(中间放渣)CaO3545%V2O51216%工艺流程含钒铁精矿+炭还原剂+溶剂烧结矿或球团高炉冶炼炼钢含钒钢渣氧化钠化焙烧水浸并通入CO2碳酸化含钒溶液沉钒优点不需要单独的提钒设备，不影响炼钢作业，残余钢水中钒和其他稀有元素对钢质量有所改善；还解决了钒渣法中炼钢与提钒彼此矛盾的问题；减少了吹炼钒渣中的铁损，降低了钒渣的成本。 缺点钢渣中CaO含量很高，高达3560%，给水法提钒造成困难。 (水法提钒要求CaO1%)钢渣提钒的方法将钢渣细磨，加入Na2CO3进行氧化钠化焙烧，湿球磨后通CO2进行碳酸化浸出提钒。 物相分析表明，钢渣中钒主要赋存于钙钛氧化物中，钒取代Ca3Ti2O7中的Ti形成固溶体，其化学式可表示为Ca3V2O8-m(m=12)，其氧化钠化焙烧过程中的反应如下2Ca3V2O8-m+3Na2CO3+mO2=3CaO+Ca3(VO4)2+2Na3VO4+3CO2在水浸过程中,一部分Na3VO4与新生的CaO反应生成Ca2V2O7和Ca3(VO4)2,另一部分则进入溶液中。 Ca2V2O7和Ca3(VO4)2在水中溶解度很小，大部分仍留在渣中，在碳酸化浸出时，这部分钒按下列反应进入溶液中。 3Ca3(VO4)2+4NaOH+6CO2=Na4V4O12+6CaCO3+2H2O2Ca2V2O7+4NaOH+4CO2=Na4V4O12+4CaCO3+2H2O实验证明，采用钢渣法在技术上可行，但碱耗高。 仍有待进一步研究。 2.转炉提钒基本原理2.1转炉提钒的意义 1、提钒经济、合理、工业化地从含钒矿物或含钒废料中提取钒、钒的氧化物、钒合金、钒化合物的过程。 2、转炉提钒的目的把含钒铁水吹炼成满足下一步炼钢要求的高含碳量的半钢；最大限度地把铁水中的钒氧化进入钒渣；通过提钒得到适合于下一步提取V2O5要求的钒渣。 铁的损耗要降至最低限度,即半钢的收得率要高,以降低钒渣生产成本。 3、转炉提钒的意义获得高品位的钒渣和高物理热及高化学热的半钢,为下一步生产商品钒渣和炼钢提供原料。 2.2转炉提钒的原理 1、转炉提钒过程是氧射流与金属熔体表面相互作用，与铁水中铁、钒、碳、硅、锰、钛、磷、硫等元素的氧化反应过程。 这些元素氧化反应进行的速度取决于铁水本身化学成分、吹钒时的动力学条件和热力学条件。 2、转炉提钒原理就是利用选择性氧化的原理，采用高速氧射流在转炉中对含钒铁水进行搅拌，将铁水中钒氧化成稳定的钒氧化物，以制取钒渣的一种物理化学反应过程。 在反应过程中，需通过加入冷却剂控制熔池温度在碳钒转化温度以下，从而达到“去钒保碳”的目的。 2.3铁质初渣与金属熔体间的氧化反应提钒操作的主要特点铁水中的铁在吹钒初期强烈氧化就形成铁质初渣。 铁质初渣形成后出现在铁水表面，由于其具有氧化性，在金属-渣界面上随即进行如下的氧化反应(FeO)+m/nMeFe+1/n(MemOn)例如(FeO)+1/2SiFe+1/2(SiO2)(FeO)+2/3VFe+1/3(V2O3)2.4转炉提钒脱钒、脱碳规律 1、脱钒规律吹钒前期熔池处于“纯脱钒”状态，脱钒量占总提钒量的70%，进入中后期，碳氧化逐渐处于优先，随钒含量的降低，脱钒速度也随之降低。 2、脱碳规律在吹炼前期，脱碳较少，反应进行速度较低，中后期脱碳速度明显加快，在此期间碳氧化率达70%。 另外，在倒炉及出半钢期间，也有少量碳氧化。 在熔池区域，碳的氧化反应按下列反应进行C+O=CO在射流区域碳的氧化反应按下列反应进行2C+O2=2CO2.5铁水中钒与碳氧化的转化温度 1、冶炼时各金属元素氧化难易顺序Ca、Mg、Al、Ti、Si、V、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Pb、Cu氧化逐渐减弱 2、碳钒转化标准温度T转在元素氧化G-T图中，一氧化碳G线段与V2O3G线段的交点温度，称为T转该图是在铁水中各元素原始活度相等和不存在动力学困难的情况下，各元素氧化的情况。 吹钒时T转非常重要，因为当铁水中的组元Ti、Si、Cr、V、Mn、C、Fe等氧化时要放出大量的热，使熔池温度迅速上升，当温度超过T转时，使铁水中碳大量氧化而抑制钒的氧化，因此要加入冷却剂来降温。 实际的T转与标准状态下的T转是有差距的，它随铁水成份和炉渣成份的变化而变化。 如铁是主要元素，吹氧时被氧化形成铁质初渣。 3.标准状态下碳钒转化标准温度T转计算已知C(S)+1/2O2=CO(g)G1=-114400-85.77T(5-1)C(S)=CG2=22590-42.26T(5-2)2/3V(S)+1/2O2=1/3V2O3G3=-400966+79.18T(5-3)V(S)=VG4=-20710-45.61T(5-4)求2/3V+CO(g)=1/3(V2O3)+C反应的T转解碳的氧化反应C+1/2O2=CO(g)(5-5)反应 (5)=反应 (1)-反应 (2)得到G5=-136990-43.51T钒的氧化反应2/3V+1/2O2=1/3(V2O3)(5-6)G6=G3-2/3G4=-387160+109.58T反应 (6)- (5)得反应2/3V+CO(g)=1/3(V203)+C(5-7)G7=-250170+153.09T T转=250170/153.09=1634K=13614.碳钒实际转化标准温度T转的计算反应式（5-7）2/3V+CO(g)=1/3(V203)+C实际转换温度的计算根据等温方程式G7=G7+RTlnK=G7+RT式中G7反应(5-7)的标准生成自由能；R阿弗加德罗常数，8.314JK-1mol-1a c、a v分别为铁液中碳、钒的活度；为钒渣中V2O3的活度；P CO为气相中CO的分压。 当G7=0时250170+153.09T+RT=0T转=250170/153.09+R(5-8)其中a c=f cC%，a v=f v%V。 f c、f v为铁液中碳和钒的活度系数C%、%V为铁液中碳和钒的浓度=钒渣中三氧化二钒的活度系数，通常很小，估计为10-5左右。 钒渣中三氧化二钒的摩尔分数。 P CO根据反应式(5-1)2C+O2=2CO，可认为P CO=2P O2。 由式(5-8)可见，实际吹钒过程的转化温度，随着铁水中的钒浓度升高和氧分压co vov cPaa a?3/22/132lnco vov cPaa a?3/22/132lnco vov cPaa a?3/22/132ln32OVN32OV?32Ova32OV?32OVN的增大，转化温度略有升高。 同时随着铁液中的%V浓度降低，即半钢中余钒越低，转化温度越低，保碳就越难。 因此，当脱钒到一定程度后，要求半钢温度较高时，则只有多氧化一部分碳才能做到。 实际吹钒温度控制在13401400范围内。 可根据原铁水成分及规定的半钢成分，算出吹炼的终点温度(转化温度)，可用热平衡计算估计需用的冷却剂用量。 2.6影响转炉提钒的主要因素包括铁水成分及温度、吹炼终点温度、冷却剂种类、冷却剂的加入量和加入时间、供氧制度等。 2.6.1铁水成分的影响铁水中Si、Mn、Cr、V的含量直接影响钒渣中钒的含量。 钒渣中全铁含量对渣中钒含量的影响最大。 而渣中全铁(FeO)含量取决于供氧强度和氧枪枪位等。 随(FeO)浓度，硅酸盐相的体积分数，尖晶石相的不均匀性，并在尖晶石相颗粒边缘生成磁铁矿Fe(FeV)2O4或Fe0TiO2-Fe(FeV)2O4，氧气顶吹转炉钒渣含较多磁铁矿。 随(FeO)浓度，尖晶石相组织较均匀。 2.6.2铁水中钒的影响1977年我国统计了雾化提钒、转炉提钒的铁水原始成分与半钢残钒量对钒渣中五氧化二钒浓度的影响规律(V2O5)=6.224+31.916V-10.556Si-8.964V余-2.134Ti-1.855Mn上述规律说明铁水中原始钒含量高，得到的钒渣V2O5品位高。 2.6.3.铁水硅的影响a.Si在钒氧化热力学条件中的作用吹钒过程中，铁水中Fe、V、C、Si、Mn、Ti、P等元素的氧化速度取决于铁水中该元素的含量、吹钒时的热力学条件和动力学条件，而反应能力的大小又取决于铁水组分与氧的化学亲和力标准生成自由能G。 Si+O2=(SiO2)G=946350+197.64TV+3/4O2=1/2(V2O3)G=601450+118.76T从以上两个反应式可知，Si与氧的亲合力比V与氧的亲合力强，铁水Si含量较高时，将抑制V的氧化。 应严格控制铁水中Si的含量。 b.铁水中硅对钒渣渣态的影响铁水中的Si氧化后生成(SiO2)，初渣中的(SiO2)与(FeO)、(MnO)等作用生成铁橄榄石FeMn2SiO4等低熔点的硅酸盐相使初渣熔点，钒渣粘度，流动性。 在铁水Si较低时(0.05%)，通过向熔池配加一定量的SiO2，适度增加炉渣流动性，可避免渣态偏稠，有利于钒的氧化。 在铁水Si偏高(0.15%)时，渣中低熔点相过高，渣态过稀，又会增加出半钢过程中钒渣的流失。 c.铁水硅对熔池温升及钒渣(V2O5)浓度的影响铁水Si偏高会造成熔池升温加快，阻碍钒的氧化，且Si被氧化进入渣相，使粗钒渣中(SiO2)比例上升，降低了钒渣品位。 1999年攀钢统计了120t氧气转炉610炉次的吹钒过程中铁水中的Si对钒渣(V2O5)浓度的影响规律，得到如下关系式(V2O5)22.2550.4378Si（R0.58）通过以上分析，认为铁水硅高对提钒的影响如下Si高会抑制钒的氧化。 Si氧化成(SiO22)渣,对钒渣有“稀释”作用。 Si氧化放热使提钒所需的低温熔池环境时间缩短。 铁水Si偏高(0.15%)。 时，渣态过稀，使出钢过程中钒渣的流失增加。 2.6.4.吹炼终点温度对钒渣中全铁含量影响钒渣中氧化铁(FeO)含量随着吹炼终点温度的提高而降低，提钒终点温度高,有利于碳氧化反应的进行,有利于降低渣中全铁含量。 (FeO)+CFe+CO适当发展碳燃烧，有利于降低钒渣中氧化铁的含量，提高半钢温度和金属收得率。 2.6.5.供氧制度的影响供氧制度包括氧枪枪位、结构、耗氧量、供氧强度、供氧压力等诸因素，是控制吹钒过程的中心环节。 单位时间内每吨金属的耗氧量，单位为标m3/(tmin)。 供氧强度对吹钒的影响供氧强度大小影响吹钒的氧化反应程度。 过大喷溅严重，过小反应速度慢，吹炼时间长，造成熔池温度升高，超过碳钒转化温度，导致脱碳加速，半钢余钒量重新升高。 一般在吹氧初期可提高供氧强度，后期则减少。 3.提取钒渣方法3.1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。 攀钢从xx年已开始复合吹钒实验，xx年开始进行大规模实验，到xx年1月全面推广复吹提钒方法，取得了很好的效果。 2、复吹转炉提钒工艺该工艺适合于含钒较低的铁水。 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(T 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)+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%5.93%,(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。 3.2转炉单联法提钒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。 提出单联法提钒主要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。 单联法提钒工艺案列铁水量132t吹炼开始时先加入石灰总量的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，进行中间倒（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。 （相关厂实验，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。 3.3攀钢转炉提钒工艺3.3.1转炉提钒工艺流程图转炉提钒工艺流程图3.3.2攀钢转炉提钒工艺过程 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。 3、氧气和氮气供应氮气和氧气用管道输送到车间内,氧气纯度为99.5，压力0.491.18MPa；氮气压力0.2940.392Mpa。 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812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。 3.3.3攀钢转炉提钒主要设备参数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。 提钒转炉主要设备冷却料供应系统、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。 3.3.4攀钢转炉提钒用原材料 1、含钒铁水含钒铁水是提钒的主要原料，其化学成份决定着钒渣质量和提钒工艺流程。 攀钢铁水含硫高，需采用炉外脱硫，脱硫后铁水钒略有下降。 为避免氧化钙等杂质污染钒渣，高炉铁水和脱硫铁水在进入提钒转炉前都必须经过除渣处理。 要求入转炉的铁水带渣量小于铁水质量的0.5。 攀钢含钒铁水成份项目C(%)Si(%)Mn(%)P(%)S(%)V(%)Ti（%）温度()含钒铁水4.43.84.70.1300.030.360.2380.120.50.0750.0650.0850.0580.0350.1460.2850.180.330.190.080.23126011801350攀钢高炉铁水属低钒铁水铁水钒低，将直接影响钒氧化率、钒回收率的提高。 对攀钢低钒铁水而言，拟定好转炉提钒工艺的冷却制度、供氧制度和终点控制制度，确保“提钒保碳”目标实现，是技术关键与难点所在。 3.3.5不同氧枪的提钒效果目前攀钢提钒转炉采用339氧枪喷头,分阶段恒压变枪，低高低供氧操作方式,供氧压力0.70.8MPa，供氧量(标态)1550018000m3/h，纯吹氧时间控制在:37min。 此操作方式的优点是操作简单、灵活，吹炼过程比较稳定。 攀钢转炉提钒氧枪最初沿用炼钢用 535、435型氧枪提钒，后改为339喷头。 在使用535及435喷头吹钒时表现出吹钒时间短,炉温上升快，造成半钢碳含量低、半钢余钒高；由于氧枪喷头夹角偏大，对炉衬侵蚀较大，且用 535、435喷头吹钒时，钒渣中TFe偏高，V2O5量偏低。 使用不同喷头的吹钒效果喷头型号纯吹氧时间/min半钢中钒的质量分数/半钢中碳的质量分数/钒渣中V205的质量分数/半钢温度/钒渣TFe/5353.010.0503.5318.00138335.034356.070.0533.6019.37138932.93396.350.0373.6019.42138231.73.3.6攀钢转炉提钒冷却制度转炉提钒冷却制度就是确定合理的冷却剂加入数量、加入时间以及各种冷却剂加入的配比是转炉提钒各项制度中的关键。 转炉提钒加入冷却剂的目的是为了调节过程温度，防止过程温度上升过快，提高钒的氧化率，达到“去钒保碳”的目的。 1、冷却剂加料量的主要依据装入量、入炉温度、冷却剂的冷却强度和已经加入生铁块重量等。 2、冷却剂加入的要求能够降低前期升温速度；保证冷却剂在提钒终点时能够充分熔化。 3、冷却剂的加入方式及数量冷却剂必须在吹氧时加完；兑铁前，生铁块、废钒渣用废钢槽由转炉炉口加入，废钒渣加入量2t/炉，生铁块