第二章 转炉提钒基本原理

②用废钢作冷却剂可增加半钢产量，但会降低半钢中钒的浓度，
影响钒在渣与铁间的分配，影响钒渣的质量。 ③生铁可增加半钢产量，但不会降低半钢中钒的浓度(当然是钒
钛磁铁矿所炼的生铁)。
⑸冷却剂加入时间的要求 冷却剂应在吹炼前期加入，吹炼后期不再加入任何冷却剂，使 熔池温度接近或稍超过转化温度。
⑹ 冷却剂加入量的要求 ①冷却剂加入量的决定因素： a. 铁水的入炉温度；
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)＝22.255－0.4378[Si]（R＝0.58） 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 (SiO2)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。
1/ 2 ac av 2 o3
a v2 / 3 Pco
式中 G7 ──反应(5-7)的标准生成自由能；
R──阿弗加德罗常数，8.314J〃K-1〃mol-1：
ac、av──分别为铁液中碳、钒的活度；
a v 2O3 ──为钒渣中V2O3的活度；
PCO──为气相中CO的分压。
当ΔG7=0时：250170+153.09T+RT ln
b. 含钒铁水发热元素氧化放出的化学热；
c. 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、Si、Ti、Mn、 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 热量来计算。
M冷=
Q冷 q冷
(FeO)+2/3[V] ＝ [Fe]+1/3(V2O3) 下塔吉尔130t转炉吹钒过程钒渣组成(%)的变化
从开始吹炼起/min 2.1 4.1 7.2 ～9 SiO2 11.2 14.5 17.1 16.6 ∑FeO 52.4 44.9 38.9 35.9 V2O5 9.4 12.0 14.6 18.7 CaO 0.16 0.22 0.44 0.30 TiO2 5.0 5.9 6.5 8.7 MnO 4.2 5.4 6.5 7.2
三、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/n[Me]＝[Fe]+1/n(MemOn)
例如：(FeO)+1/2[Si] ＝ [Fe]+1/2(SiO2)
↑ ， 并 在 尖 晶 石 相 颗 粒 边 缘 生 成 磁 铁 矿 [Fe(Fe〃V)2O4] 或 [Fe0〃TiO2- Fe(Fe〃V)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。
⑵ 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+31.916[V]-10.556[Si]-8.964[V]余-2.134[Ti]-1.855[Mn] 上述规律说明铁水中原始钒含量高，得到的钒渣V2O5品位高。
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[Fe〃Mn]2SiO4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。
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)+[C]＝[Fe]+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。
4、冷却剂的种类、加入量和加入时间的影响
⑴ 冷却剂加入的目的 为了控制熔池温度,使之低于吹钒的转化温度 ,达到脱钒保碳 的目的。 ⑵ 冷却剂的种类 生铁块、废钢、废钒渣、铁皮球、污泥球、铁矿石、烧结 矿、球团矿等。
反应(5)=反应(1)-反应(2) 得到： G
5
(5-5)
=-136990- 43.51T (5-6)
钒的氧化反应：2/3[V]+1/2{O2}=1/3(V2O3)
= G3 -2/3 G4 =-387160+109.58T G6
反应(6)-(5)得反应：2/3[V]+CO(g)=1/3(V203)+[C]
2、铁水温度的影响
22 20
V 2 O 5 /%
18 16 14 12 10 1245
V2O5%= -0.1247T入 + 175.67 R2 = 0.5533
1250 1255 1260 1265 1270 ℃ 1275
铁水入炉温度-V 2 O 5 关系图
Байду номын сангаас
温度/℃
由此可知，入炉铁水温度越高，越不利于提钒所需的低温熔池环境。 3、吹炼终点温度对钒渣中全铁含量影响
四、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
六、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。 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。
⑴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
⑶ 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ΔGθ。 [Si]+O2 = (SiO2) [V]+3/4O2=1/2(V2O3) ΔGθ =－946350+197.64T ΔGθ =－601450+118.76T
2、转炉提钒的目的(或主要任务)
⑴ 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； ⑵ 最大限度地把铁水中的钒氧化进入钒渣； ⑶ 通过提钒得到适合于下一步提取V2O5要求的钒渣。 ⑷ 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
G7 =-250170+153.09T
(5-7)
T转 = 250170/153.09= 1634K=1361℃
4、碳钒实际转换温度T 的计算
转
反应式（5-7） 2/3[V]+CO(g)=1/3(V203)+[C]实际转换温度的计算 根据等温方程式：
+RTlnK= RT ln ΔG7= G7 G+ 7
av2O3 = V2O3 〃 N
2 3
V2O3
V O ──钒渣中三氧化二钒的活度系数，通常很小，估计为10-5左右。
NV2O3 ──钒渣中三氧化二钒的摩尔分数。
PCO根据反应式(5-1) 2C+O2=2CO，可认为PCO=2PO2。 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1340～1400℃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。
⑶ 对冷却剂的要求
冷却剂除了要求具有冷却能力外,还要有氧化能力,带入的杂 质少。
⑷冷却剂种类的优缺点 ①冷却剂中铁皮、球团矿、铁矿石、烧结矿等既是冷却剂又是氧 化剂，其中以铁皮球最好，因为它的杂质少。另外铁皮除具有冷却 和氧化作用外，还可以与渣中的 (V2O3) 结合成稳定的铁钒尖晶石 (FeO〃V2O3)。铁皮的不足：会使钒渣中氧化铁含量显著增高，如 加入时间过晚更为严重。
(5-1) (5-2)
=22590-42.26T G2
=-400966+79.18T G3
2/3V(S)+1/2{O2}=1/3V2O3
V(S)=[V]
(5-3)
(5-4)
G4 =-20710-45.61T
求：2/3[V]+CO(g)=1/3(V2O3)+[C] 反应的
T转
解：碳的氧化反应：[C]+1/2{O2}=CO(g)
商品钒渣和炼钢提供原料。
二、提钒原理
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。
变化而变化。如铁是主要元素，吹氧时被氧化形成铁质初渣。
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。
铁水中元素氧化的 G -T图
3、标准状态下碳钒转化标准温度 T 的计算
转
已知：C(S)+1/2{O2}=CO(g) C(S)=[C]
=-114400-85.77T G1
线段与V2O3 G 线段的交点温度，称为 T 转
吹钒时 T 非常重要，因为当铁水中的组元Ti、Si、Cr、V、Mn、 转
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
时，使铁水中碳大量氧化而抑制钒的氧化，因此要加入冷却 T 转
剂来降温。
实际的T转与标准状态下的
是有差距的，它随铁水成份和炉渣成份的 T转
1/ 2 ac av 2 o3
a
2/3 v
Pco
}
=0
T转 =250170/{153.09+R ln a 2 / 3 P
v
1/ 2 ac av 2 o3 co
(5-8)
其中ac=fc·[C%]，av=fv·[%V]。 fc、fv──为铁液中碳和钒的活度系数 [C%]、[%V]──为铁液中碳和钒的浓度
在射流区域碳的氧化反应按下列反应进行：
2[C] + O2 = 2CO
五、铁水中钒与碳氧化的转化温度 T
1、冶炼时各金属元素氧化难易顺序：
转
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 ：在元素氧化 G -T图中，一氧化碳 G 转
第二章 转炉提钒基本原理
教学要求：
1 、理解转炉提钒原理，铁质初渣与金属熔
体间的氧化反应，转炉提钒脱钒脱碳规律。
2、掌握铁水中碳-钒氧化转化温度的计算及
影响提钒的主要因素。
重点：铁水中碳 - 钒氧化转化温度的计算及
影响提钒的主要因素
一、转炉提钒的目的和意义
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。