西昌钢钒转炉提钒工艺优化研究与应用

钒元素在吹炼前期氧化速率较快，前 135s 内氧化量为 0.18%，平均每分钟氧化量为 0.1%。135s 后氧 化速率逐渐变小，90s 内氧化 0.08%，平均每分钟氧化量为 0.05%，与碳元素的氧化速率的变化趋势相反；
由于铁水硅含量较低，整个吹炼过程氧化速率较为平稳，135s 后硅含量已小于 0.05%，到 225s 后基本 氧化完全；
提钒转炉熔池内钒碳选择性氧化用下式表示： 2/3[V] + CO(g) = 1/3(V2O3)+[C]
= - 250170 + 153.09T
（1-1） （1-2）
= +转 当 = 0 时，
+转
（1-3）
转 = 250170/(153.09+R
)
（1-4）
式（1-1~1-4）中： 为反应吉布斯自由能，J/mol； 为标准吉布斯自由能，J/mol；
2 工艺优化试验条件
2.1 提钒铁水条件
提钒前的铁水成分、装入量和温度初始条件见表 2-1。
值域 平均 波动范围
表 2-1 铁水初始条件
w(c)/%
w(si)/%
w(v)/%
4.42 4.32~4.56
0.09~010 0.10
0.363 0.361~0.368
温度/℃ 1294
1292~1297
装入量 223.04 221.14~224.19
1.1 冶炼过程中主要元素氧化规律
在执行现行工艺制度条件下，根据实际冶炼过程中所取试样的平均成分，绘制出各元素随冶炼吹氧时 间变化图 1-1。
4.60
4.40
C 4.20 含 量 % 4.00
3.80
3.60 0" 45" 90" 135"180"225" 时间
温度/℃
0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
0.009~0.015
0.063~0.065
w(Al2O3)/% 4.2
4.0~4.4
w(H2O)/% 1.15
1.11~1.43
值域 平均 波动范围
w(TFe)/% 68.7
66.2~69.8
表 2-2 提钒冷压块主要成分
w(SiO2)/% 1.16
w(S)/% 0.088
0.81~1.42
0.066~0.144
样本数 1236 968
由表 3-2 可以看出，工艺优化后，钒渣 V2O5 由 18.07%提高到 19.91%，平均提高了 1.84 个百分点；钒 渣 TFe 含量由 28.7%降低至 27.14%，平均降低了 1.56 个百分点。MFe 含量基本相当。
4 结论
（1）通过对 200t 转炉提钒的冷却制度、供氧制度、底吹制定进行试验优化研究，摸索出适合西昌钢 钒铁水条件的工艺操作制度。
表 3-1 试验期间半钢质量情况
w(C 半钢)/%
w(V 半钢)/%
3.58
0.063
3.52~3.63 3.70
0.059~0.068 0.048
3.62~Hale Waihona Puke .790.045~0.049
温度/℃ 1354
1351~1358 1358
1354~1362
样本数 1236 968
由表 3-1 可以看出，工艺优化后，半钢质量得到有效改善，半钢[C]含量由 3.58%提高到了 3.70%，平 均提高了 0.12 个百分点，半钢的残钒含量由 0.063%降低至 0.048%，平均降低了 0.015 个百分点。半钢温 度由 1354℃提高到了 1358℃，平均提高了 4℃。
西昌钢钒转炉提钒工艺优化研究与应用
朱鹏
（西昌钢钒有限公司炼钢厂）
摘要 通过对西昌钢钒 200t 转炉提钒工艺的试验优化研究与生产实践，探索出适合高钒、高温铁水条件的转炉提钒冷却制 度、供氧制度、复吹制度等工艺制度，工序产品质量得到进一步改善。 关键词 转炉提钒 工艺制度 半钢 钒渣
引言
钒是西昌钢钒高炉铁水的有益元素，钒的提取及其产品深加工对攀西地区钒钛磁铁矿综合利用意义重 大。在当前市场经济环境下，优化转炉提钒工艺，生产出合格而优质的钒渣和半钢，可以更好利用钒钛磁 铁矿资源，创造更多的效益。
1 200t 转炉提钒元素氧化及升温规律调查
转炉提钒工序是实现钢钒分离的关键工序[1]，与普通转炉炼钢相比，提钒冶炼周期短、节奏快、冶炼 温度低[2]，冶炼的关键是控制温度实现脱钒保碳[3,4]。
西昌钢钒整体工艺设备布局紧凑，全流程采用“一罐制”工艺，物流快捷，铁水运输过程温度损失低， 输送至提钒工序后，铁水温度均在 1290℃以上；铁水成分中钒含量均保持在 0.036%以上。由于西昌钢钒 铁水温度高、含钒量高、装入量大的特点，在有限的时间内（吹氧 4~7min）要做到脱钒保碳，对提钒工艺 要求极为苛刻。尤其是随着铁水温度的提高，造成提钒所需的低温熔池环境所能维持的时间缩短，控制范 围变小，提钒过程操作难度增大。因此，研究熔池内各元素氧化规律，了解熔池内实际温度变化情况，对 优化实际提钒冶炼工艺制度，指导正常生产至关重要。
（2）优化后，半钢质量得到有效改善半钢[C]含量提高了 0.12 个百分点，半钢的残钒含量平均降低了
0.015 个百分点，半钢温度平均提高了 4℃。 （3）优化后，钒渣质量得到显著提高，钒渣 V2O5 平均提高了 1.84 个百分，钒渣 TFe 含量平均降低了
1.56 个百分点。
参考文献
[1] 孟宪珩, 郑航. 含钒铁水中硅、钛含量对炼钢、炼铁工序指标的影响[J]. 钢铁钒钛, 1998, 19(3) : 51. [2] Karpov A A, Kozlov V A. Theoretical Concept s of Formationof Manganese and VanadiumContaining Converter Slag
1.3 提钒工艺优化思路
针对 200t 转炉提钒元素氧化及升温规律调查结果，提出了工艺优化思路：对吹炼前期的冷却制度、供 氧制度进行优化，减缓前期熔池内的升温速率，延迟碳钒转化温度与熔池实际温度交点的到来；同时需对 转炉复吹工艺进行优化，加大前期钒元素的氧化速率，在熔池温度达到碳钒转化温度以前，将铁水中的钒 尽可能多的氧化。
西昌钢钒提钒转炉于 2011 年 12 月 9 日投产，转炉公称容量为 200t，工艺制度方面基本沿用攀钢钒 120t 转炉提钒的工艺制度。通过一段时间的生产实践证明，受原料条件变化、转炉公称容量变化等因素的影响， 现有工艺制度已不满足正常生产需求。因此，为了摸索适应西昌钢钒铁水条件的转炉提钒工艺，根据西昌 钢钒铁水特点，通过摸索提钒过程的元素氧化规律，确定了工艺优化方向，对提钒冷却制度、复吹制度进 行了试验优化研究。
试验期间底吹模式采用全程吹 N2：吹炼过程 0~2min 流量控制在 120m3/h，2min~吹炼结束流量控制在 100 m3/h。较前期工艺底吹全程流量控制在 80 m3/h 而言，加大了前期搅拌强度，以加强钒元素在渣铁反应 界面的传质。
3 工艺优化试验效果
3.1 半钢质量优化效果
优化前 优化后
0" 45" 90" 135" 180" 225" 时间
(a)C 元素变化曲线（b）V 元素变化曲线
0.30
0.25
0.20
含
Si
量 0.15
%
Mn
0.10
Ti
0.05
Cr
0.00
0"
45" 90" 135" 180" 225"
时间
（c）其他元素变化曲线
图 1-1 各元素随冶炼吹氧时间变化图
碳元素在吹炼前期，135s 内氧化速率较为稳定，氧化量为 0.25%，平均每分分钟氧化量为 0.11%。至 第 135s 后急剧增大，90s 内氧化量达到 0.35%，平均分钟氧化量为 0.23%，氧化速率较前期成倍递增；
R 为摩尔气体常数，8.314J·(K·mol)-1； T 为温度，K；T 转为碳钒转化温度，K； fc、fv 为碳和钒的活度系数；[C]、[V]为碳和钒的浓度；
为钒渣中 V2O3 的活度系数；
为钒渣中 V2O3 的摩尔分数。
1.2.2 转炉熔池温度变化规律
试验期间实测的熔池内温度和通过理论计算得知的碳钒转化温度随吹氧时间变化情况如图 1-2 所示。
[J].Metallurgy, 2000(8): 43. [3] 李远洲. 底吹氧气转炉吹钒工艺的热力学分析之一[J] . 马鞍山钢铁学院学报, 1984(1):12. [4] 波良可夫. 钒冶金原理[M] . 北京:中国工业出版社, 1962.
温度/℃
1390 1370 1350 1330 1310 1290 1270 1250 1230 1210
1370.6 1370 1362.3 1354.5 1343.9 1340
0" 45" 90" 135" 180" 225" 时间
炉内实际温度 碳钒转化温度
图 1-2 碳钒转化温度变化曲线
从图 1-2 可以看出，熔池实际温度变化情况为：在开始冶炼吹氧后 135s 内的升温速率较快且基本稳定， 达到 48.9℃/min。135s 后升温速率降低，这与元素氧化规律基本相符，135s 内钛、硅、锰、钒等主要元素 大量氧化，致使熔池温度上升较快。此时熔池的温度约为 1343.8℃。在吹氧约 155s 后，理论计算得出的碳 钒转化温度与熔池内实际温度的变化曲线相交。此后，熔池的实际温度高于碳钒转化温度，进入碳的优先
w(CaO)/% 1.18
0.75~1.59
w(H2O)/% 1.44