提钒与转炉炼钢工艺

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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=?
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） 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%
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 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]
2
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
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。 • 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。
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
• 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 • 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
两种提钒法的比较
优点 缺点
处理物料量大，设 原料处理简单；钒 备投资大；焙烧温 回收效率高，从精 度（1200℃以上 矿→V2O5收率达 ）动力及辅助原料 80％以上 消耗大，不回收铁 。
湿法 湿法
火法
钒渣作为提取V2O5 原料，钒含量高；处 理量少；可回收铁； 焙烧温度低，只有 钒的回收率较低， 800 ℃左右，动力和 从精 矿 粉 到 V2O5 辅助材料消量也少； 回 收 率 在 60 ％ ～
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
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=?
1-1-2 钒的性质
物理性质
钒的性质 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℃
1-3-3转炉提钒方法
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空气侧吹转炉提钒
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氧气顶吹转炉吹炼提取钒
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氧气顶底复吹转炉提钒法
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
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
• 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
1-2提钒方法
提钒方法
火法提钒
湿法提钒
从含钒磁铁矿石 中直接提取钒
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。
1-2-1湿法提钒Hale Waihona Puke Baidu
• 钒磁铁矿中 wV O 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
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 • 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
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
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
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1－4－1 氧气顶吹转炉吹炼提取钒原理
1-4-2 氧气顶吹转炉吹炼提取钒的准备
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1－4－3 氧气顶吹转炉吹炼提钒工艺
提钒任务
含钒铁水
提钒
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
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 • 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
教学内容
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任务单元1：1－1 钒相关知识介 绍 任务单元2：1－2 提取钒的方法
任务单元3：1－3 氧化法提钒的方法
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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
钒钛资源用途
钒 相关知识介绍
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
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 SiO2 化 学 成 分, % P V 2 O5 ≮ 1 2 3 15.0 14.0 12.0 CaO ≯ 27 28 29 0.8 1.0 1.0 0.08 0.10 0.10 0.8 0.8 0.8 Ⅰ Ⅱ
• • • •
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
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
南非海威尔德公司试验历程 1
回转窑直接还原 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。 • 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 雾化法提钒工艺流程
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
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