提钒与转炉炼钢工艺

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
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
? 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
3
12.0
4
10.0
化 学 成 分, %
SiO2
CaO
P
Ⅰ
Ⅱ
≯
27
0.8
0.08
0.8
28
1.0
0.10
0.8
29
1.0
0.10
0.8
31
1.0
0.10
0.8
1-4-1-2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 lg fv＝－0.587，lg fc＝0.865，求实际转化温 度T=?
本项目中的学习型工作任务
? 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
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
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
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
? 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
教学内容
1 任务单元1：1－1 钒相关知识介
绍
2 任务单元2：1－2 提取钒的方法
3 任务单元3：1－3 氧化法提钒的方法
4 任务单元4：1－4 氧气顶吹转炉吹炼提取钒
任务单元1：1-1 钒相关知识介绍
钒的化学性质
? 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
? 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 lg fv＝－0.587，lg fc＝0.865，求实际转化温 度T转=?
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
1-1-2 钒的性质
钒的性质
物理性质 化学性质
钒的物理性质
? 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℃
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
? 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
70％。
1-3氧化提钒方法
雾化提钒
摇包吹氧提钒
工艺
转炉提钒
1-3-1摇包提钒法
1
回转窑直接还原
南非海威尔德公司试验历程
4
半钢进转炉炼钢
3
2
电炉炼铁
摇包提钒
1-3-2 雾化提钒
雾化法提钒工艺流程
? 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。
? 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
1-1-3 钒的用途
? 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。
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 0.6～0.85 MPa ，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）
3 1－4－3 氧气顶吹转炉吹炼提钒工艺
提钒任务
含钒铁水
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
提钒
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。
钒渣标准 (YB320 －65)
品级
V2O5 ≮
1
15.0
2
14.0
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
项目引入
? 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
两种提钒法的比较
缺优点
处原备回）矿度理料投收动→（物处资效力V1湿湿22料理大率及O0法法量简；高辅05℃收大单焙，助以率，；烧从原上达设钒温精料
消耗8大0，％不以回上收铁 。
火法
火法 钒渣作为提取 V2O5
原料，钒含量高；处 理量少；可回收铁；
焙钒烧的温回度收低，率只较有低， 8从00精℃左矿右粉，到动力V2和O5 辅回助收材料率消在量6也0少％；～
? 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
空气侧吹转炉提钒
1Байду номын сангаас
氧气顶吹转炉吹炼提取钒
2
氧气顶底复吹转炉提钒法
3
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
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
? 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
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 1－4－1 氧气顶吹转炉吹炼提取钒原理
2
1-4-2 氧气顶吹转炉吹炼提取钒的准备
? 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。
1-2提钒方法
提钒方法
湿法提钒
从含钒磁铁矿石 中直接提取钒
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。
1-4-2 氧气顶吹转炉吹炼提钒前的准备
提钒前的准备
原料准备
1-2-1湿法提钒
? 钒磁铁矿中 wV2O 5 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