降低西昌钢钒钒渣TFe含量的技术探讨

48 201 6 年第 39 卷第 1 期 降低 西昌钢钒 钒渣 量的技术探讨 李 凡 （ 攀钢 集团 西昌钢钒 有限 公司炼钢厂 ） 摘 要 ： 针对攀钢西昌钢钒炼钢厂钒渣中 在 该厂 转炉提钒 生产实践与理论分析的基础上， 通过对影响钒渣 定了稳定装入及铁水条件、优化转炉提钒冷却制度、优化转炉提钒供氧制度、优化转炉提钒终点控制、优化 复吹工艺 等措施 ， 钒渣 低至 钒渣质量得到明显改善。 关键词 ： 转炉提钒 ； 终点控制； 钒渣 ； 优化 0 引 言 转炉提钒吹炼时，由于部分碳和其他元素的氧化 ，产生大量的化学热。如果不能及时将多余的热吸收，将造成熔体温度急剧升高 ，引起碳的大量氧化，抑制钒的氧化，造成半钢中碳含量过低，使后续的炼钢热能不足，钒不能充分氧化使钒回收率降低，同时冷却剂加入过多或过晚造成吹炼终点冷却剂未完全熔化，大量冷却剂进入渣中导致钒渣高。 攀钢西昌钢钒有限公司（以下简称西昌钢钒）炼钢厂钒渣中 2015 年上半年达到 含量较高。 钒渣中有害成份，铁氧化物过多不仅增加了提钒过程的金属损失，还会增加钒渣在破碎和焙烧时钒的损失，降低钒的收得率。因此，有必要对 提钒生产工艺进行分析，找到影响钒渣中量的主要因素，制定措施降低 量。 1 西昌钢钒炼钢厂转炉提钒概况 西昌钢钒炼钢厂 现有两座 200 t 顶底复吹 提钒转炉， 顶部供氧采用 440 型氧枪，转炉底部布置 10支透气砖。 提钒转炉的公称容量是 200 t，平均出钢量 220 t，最大出钢量 240 t，于 2011 年 12 月 9 日开炉正式投产。 受铁水条件、工艺 制度 及生产组织 等因素 影响 ， 2015 上半 年钒渣中 量达到 ， 见表 1。 从表 1 可知， 2015 上半年西昌钢钒钒渣 钒渣 量 较高，且波动较大，其中 2 月份含量最高达到 4 月份最低为 表 1 2015 年 上半 年钒渣 况 % 月份 均 影响钒渣 量的主要 因素 水 成分 西昌钢钒钒钛 铁水中主要有 C、 P、 S、V、 元素， 其中 对钒渣 量影响最大的元素 ，见图 1。 一方面 由于 提钒过程中 属于 优先氧化的发热元素，其氧化放出的热 量使铁水温度快速升高，其含量越高适合提钒的低温环境时间就越短，造成提钒吹炼时间变短，熔渣中（ 有尽可能的被还原，导致钒渣 量升高 ； 另一方面，铁水中的 化后生成 渣中的 作用生成铁橄榄石等低熔点 (1 220 )的硅酸盐相，铁水中 量的增加，初渣中（ 反应量增大，为保证 V 的氧化，必须进一步强化冶炼，提高了渣中（ 量，同时增加了 化后生成 用生成铁橄榄石的攀 钢 技 术 49 量，即增加了钒渣 量。 却制度 却剂加入时间 冷却剂加入的目的是为了控制熔池温度 ,使之尽可能稳定在碳钒转化温度附近，达到吹钒保碳的目的。但在实际操作过程中为控制熔池温度，冷却剂加入时间过晚，至吹炼终点时冷却剂未完全熔化，冷却剂中高含量 入钒渣（冷压块 量 65%、白马球团 量 53%），导致钒渣中量升高。 e / %铁水S i 含量1 0 0图 1 铁水 量与钒渣 量的关系 却剂加入量 提钒过程中 冷却剂加入量不足 ，导致 冷却强度不够，炉内熔池温度迅速升 高 ,铁水中 钒 含量未充分氧化 ，熔池温度已超过 碳钒转换温度 ， 此时碳优先于钒氧化 ，不仅使熔池温度更高，而且由于渣中氧化铁的降低使钒的氧化条件更加恶化，影响钒 氧化率；反之，若冷却剂加入量过多，一方面冷却剂中杂质进入渣中的量增大，另一方面，为保证终点温度，在其它元素氧化殆尽的情况下，只能 通过 C、 素的氧化来补偿， 不仅延长了提钒时间，而且增加了吹损和铁耗，导致 C 的过分烧损和钒渣加 1。 氧制度 氧枪 枪 位是 调节 提钒 吹炼过程最灵活的参数。当氧压一定时， 采用 低枪位，氧气射流对熔池的冲击深度 增 大 但冲击面积 减 小，熔池的搅拌 增强 ， 铁水中碳与炉渣界面 反应 加快 ， 钒 渣中（ 量 降低，同时 对 炉底损害 增 大； 采用 高枪位，氧气射流对熔池的冲击深度 减 小但冲击面积大， 熔池的搅拌力减弱， 熔池内元素的 氧化速度慢， 铁水中C 与炉渣界面 反应速度降低， 表面铁的氧化速度加快，钒渣中（ 量上升， 同时 对炉壁冲刷加大。 点温度控制 钒渣中的 着温度升高而降低，但温度过高，钒渣 会 新升高 2， 终点温度对钒渣 图 2。 在实际生产满足下步工序的情况下， 要 尽可能将终点温度 控制在 1 3601 400 ，倒渣炉次温度控制靠上限以便实现较好的渣铁分离；由图 2 可以看出 ， 当吹炼终点温度由1 330 提高到 1 380 时，钒渣中 量相应由 低到 因此终点温度是影响渣量相当重要的因素。 图 2 钒渣中 量与终点温度趋势 炉复吹 转炉提钒的复吹工艺是 为了提高熔池的搅拌强度，采用炉底吹入搅拌气体、炉顶吹氧 气。以达到 有效调节金属和钒渣的氧化度，加快下列反应 的进行 ： 3 V (=2 V 十3 ( ) 32 （ 1） C O (g)+C 十( ) （ 2） CO(g)=O十C （ 3） 从提钒工艺过程中的主要反应来看 ，采用底吹惰性气体强化搅拌时， 增强提钒过程动力学条件，渣中 有效地参与铁水中元素的氧化反应， 使钒进入渣中的速度、氧化率、回收率均提高，同时渣中 ( 相应降低。 3 降低钒渣 量的措施 定 提钒 铁水 装入量及 铁水 条件 1） 严格控制 提钒 铁水 装入量 在 220 230 t/炉 ，以稳定 枪位 操作 。 2） 调整 铁水 中 成分 。 钒渣物相中 最主要硅酸盐相为 橄榄石 （ ， 熔点为 1 220 ，3 2 . 83 2 . 0 63 0 . 9 52 9 . 0 12 8 . 5 32 8 . 0 42 7 . 5 1 2 7 . 3 8 2 7 . 5 72 8 . 4 42 9 . 8 43 0 . 8 83 2 . 4 52627282930313233341 3 0 0 1 3 1 0 1 3 2 0 1 3 3 0 1 3 4 0 1 3 5 0 1 3 6 0 1 3 7 0 1 3 8 0 1 3 9 0 1 4 0 0 1 4 1 0 1 4 2 0 1 4 3 0钒渣终点温度 / 50 2016 年第 39 卷第 1 期 是成渣的主要矿相。 由于现 目前 铁水 持在较低水平（平均 ，提钒 反应 时，钒渣中铁橄榄石含量较低，使得钒渣粘稠，流动性差，影响氧气射流对熔池的搅拌、界面反应（接触面小）及渣铁分离（钒渣过于致密）。因此，铁水较 时，可通过向熔池配加一定量的石英砂 ( 见表 2。 充分反应后，增加钒渣中铁橄榄石，增加炉渣流动性，可避免渣态偏稠，有利于钒的氧化及渣铁分离 ， 使初渣熔点降低，钒渣粘度减小，流动性 增大，有效降低渣中 表 2 不同 量 下 石英砂加入量 水 石英砂加入量 100 200 300 400 500 化转炉提钒冷却制度 理控制冷却剂加入时间 为达到 “ 去钒保碳 ” 的目的，提钒冷却剂 应在开吹后 3 采用小批量多批次的加入方式 ，可使冷却剂在吹炼过程中充分熔化，有利于发挥其冷却效应，保证钒的氧化，同时可使冷却剂中游离 的 分与铁水 C 反应，达到 降低 钒渣中目 的。 同时 通过提钒 生产 研究发现， 倒渣炉次首批冷却剂加入时间较非倒渣炉次提前 20 s，最后一批料加入时间较非倒渣炉次提前 40 s， 使中、后期冷却剂反应延长，使得反应充分，结合熔池内碳燃烧，有效将冷却剂及渣中 (原进入半钢，进一步降低钒渣 控制模式 见图 3。 理控制 冷却剂加入量 1） 冷却剂加入量的决定因素 ： 铁水的入炉温度； 含钒铁水发热元素氧化放出的化学热； 吹钒终点温度。 2） 冷却剂 加入量的计算 ： 可根据加入冷却剂吸收的热量和铁水中发热元素 C、 V 等氧化放出热量及使半钢从初始温度升高到吹钒转化温度所吸收的热量计算。 冷铁半渣渣铁铁化冷半化冷 )( q 冷铁半渣渣铁铁化冷半化冷 q )( 式中 ， M 冷 吨铁水冷却剂耗量； Q 化 生铁熔化吸热； Q 半 半钢物理热； q 冷 冷固球团冷却剂吸热； W 铁 铁水重量 t； q 铁 铁水热熔； q 渣 钒渣热熔； T 半 碳钒转化温度； T 铁 入炉铁水温度 ； 渣 实物产渣率。 根据铁水条件适当加入冷却剂，可避免炉内熔池温 度迅速升高 ,确保熔池温度控制在碳钒转换温度以下，同时也避免了冷却强度过大，造成终点温度过低，渣铁分离效果不好，导致钒渣 同时 通过 适当降低 倒渣炉次 冷却 强度， 保证倒渣炉次终点温度，倒渣炉次 冷却剂加入量按非倒渣炉次的 80%控制， 可 有效减少 冷却剂中 入渣中， 从而 降低钒渣 制模式见图 3。 图 3 优化 倒渣炉次 冷却制度控制模式 吹炼时间 /s 枪位/10t 倒渣炉次， 8t 首批料 3t， 50s 加入 首批料 30s 加入 最后一批料 3t， 180s 加入 最后一批料 140s 加入 攀 钢 技 术 51 化转炉提钒供氧制度 化 枪位 及供氧时间 控制 转炉提钒工艺采用恒压变枪，即 “ 低 高 低 ”吹炼模式：吹炼前期 采用低枪位， 增强 对熔池的搅拌力， 动力学条件的增强 可强化氧化速度， 促进铁水 V 的快速氧化； 吹炼中期 要适当提高枪位 避免熔池的快速升温和铁水中 C 含量的快速氧化， 尽可能延长钒的氧化时间， 使铁水中的钒得到充分氧化 ；吹炼后期 采用低枪吹炼 ， 增 加 搅拌强度 ， 增强 碳的氧化速度， 熔池碳氧反应剧烈 ： (C 渣中 有效地参与铁水中元素的氧化反应 ， 从而 最大限度地降低钒渣中 含量。 同时 倒渣炉次 较非倒渣炉次 前期低枪位时间延长 10 s，中期高枪位时间减少 60 s，后期低枪位时 间延长 30 s，整体吹炼时间较非倒渣炉次减少 20 s，枪位较非倒渣炉次降低 0.1 m 进行控制 ， 控制模式见 图 4。 图 4 优化倒渣炉次枪位与供氧时间控制模式通过优化倒渣炉次枪位及供氧时间操作，倒渣炉次前期利用非倒渣炉次高氧化性铁质初渣迅速开始提钒反应；后期低枪位时间延长、枪位降低，炉内碳燃烧加剧，有利于碳氧化反应进行，有效降低渣中 表 3。 表 3 优化前、后钒渣 量情况对比 % 2 化前 化后 表 3 数据可见，通过 优化枪位及供氧时间控制 ，钒渣中 量降低了 化 供氧 流量 及 供氧 压力 控制 提钒过程要求按供氧压力 ： 氧流量 ： 23 000 30 000 h 进行控制，整个提钒过程采用 “ 恒压变枪 ” 进行操作，过程中流量基本恒定。 采用 非倒渣炉次采用弱化供氧，倒渣炉次强化供氧的原则，即 非倒渣炉次为 24 000 h 、 氧气控制模式 ； 倒渣炉次 为 25 500 h 、氧气控制模式 。 通过如此操作，非倒渣炉次供氧强度低，过程升温缓慢，整体吹炼时间延长，有利于钒的氧化。同时，钒渣中 量较高，为第二炉提供高氧化性的铁质初渣，为钒反应创造条件。而倒渣炉次利用非倒渣炉次形成的高氧化性渣通过强化供氧，加剧炉内反应，使终点温度略微超过非倒渣炉次，整个过程通过减少 氧化，加剧碳 氧 反应，有效降低渣中 表 4。 表 4 优化前、后钒渣 量情况对比 % 2 化前 化后 表 4 数据可见，通过 优化供氧流量及供氧压力控制 ，钒渣中 量降低了 化转炉提钒终点 温度 控制 优化前 转炉 半钢温度按 1 330 进行控制，钒渣 量平均 高达 优化后 要求非倒渣炉次按终点温度 1 360 控制（碳钒转换温度 1 357 ）， 使得钒尽可能氧化，控制碳 烧损，倒渣炉次终点温度按 上限 1 380 控制，既保证了钒的尽可能氧 化，又可以适当发展碳燃烧，有利于降低前期低枪位 30s 后期低枪位 30s 中期高枪位 230s 前期低枪位 40s 吹炼时间 /s 枪位/350s 倒渣炉次， 330s 中期高枪位 290s 后期低枪位 60s 52 201 6 年第 39 卷第 1 期 钒渣 采用优化后的转炉提钒终点温度控制，钒渣 量平均 较优化前降低 化 复吹工艺 制度 对于转炉提钒 采用复吹工艺，加强搅拌，不仅可以加快低钒铁水传质，而且还可以增大反应界面， 使 渣中 有效地参与铁水中元素的氧化反应 ，从而降低渣中 量，见表 5。 但复吹压力与流量并不是越大越好，压力与流量过低会造成搅拌不够，对降低钒渣中 效果不明显，起不到充分搅拌的作用；过高时，一方面浪费能源，另一方面会加速透气砖的侵蚀速度，以致与炉底 侵蚀速度不同步，出现凹坑现象。 表 5 4#提钒转炉有无复吹 时 钒渣 中 量对比 % 2复吹 复吹 值 表 5 可以看出， 有 复吹提钒的钒渣技术经济指标明显优于 无复吹 提钒的 钒渣 指标 ， 有复吹较无复吹 钒渣 量 高 量 低 因此，控制适宜的转炉复吹流量与压力能够有效地降低钒渣 量。 化后钒渣 制情况 通过以上 各项 措施优化后， 2015 年下半年钒渣量得到有效控制，平均 达到 其中 7月份最高 10 月、 11 见表 6。 2015 年下半年钒渣 不仅改善了钒渣质量，为后工序提供优质钒渣，而且降低了钢厂金属铁损失。 表 6 优化后钒渣 制情况 % 月份 0 1 2 均 结 语 1）通过分析， 影响 钒渣 量的主要因素主要有：铁水条件、冷却剂加入量和加入时间、 供氧制度、终点温度控制、转炉复吹工艺。 2） 针对影响钒渣中 量 因素，西昌钢钒采取了 以下措施 ： 提钒铁水入炉量