一种节能高效型提钒工艺的制作方法

[0001]
本发明属于冶金技术领域，特别是涉及一种节能高效型提钒工艺。


背景技术：

[0002]
含钒铁水在进入炼钢之前，先将铁水中钒氧化成钒渣从铁水中分离出来的铁水预处理工艺，也称为火法提钒，一般不加造渣剂，只向铁水中吹入空气或氧气，使其中的钒氧化，生成的v2o5与铁水中si、ti、mn等其他易氧化元素的氧化物一起进入渣相，获得可被利用的钒渣，铁水提钒的主要任务是将铁水中的钒最大限度地氧化成v2o5，获得的钒渣作为铁合金厂冶炼钒铁及生产工业v2o5的原料，提钒后的铁水（或称半钢）具有高的含碳量和一定的过热度，保证半钢炼钢时仍有足够的化学反应热和物理热。
[0003]
在高炉满负荷生产情况下，铁水量增加，要实现全提钒，原提钒工艺已不适应现生产条件，原提钒工艺不够节能高效，难以实现满负荷提钒，且钒渣物相结构差，半钢残v含量、钒渣mfe含量均不够理想。
[0004]
因此有必要对现有技术进行改进，以解决上述问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种节能高效型提钒工艺，在转炉满负荷炼钢条件实现多提钒， 降低提钒吹氧时间缩短提钒周期， 同时降低半钢残v， 以利多产钒渣，采用新型325提钒氧枪喷头，增大供氧强度，缩短供氧时间，针对升温速度的问题，采用提钒调渣剂改善钒渣物相结构，降低钒渣熔点，使钒渣的金属液滴易于汇入半钢中，有效降低钒渣的mfe含量，降低提钒铁损，提高钒渣质量，解决了现有的提钒工艺不够节能高效，钒渣物相结构不够理想的问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明为一种节能高效型提钒工艺，包括以下步骤：s1：装入提钒原料，将含钒铁水定量装入35t转炉内，铁水装入量34
±
0.5t/炉，并根据铁水温度确定是否加入提钒废钢；s2：供氧，采用新型三孔325喷头氧枪对转炉进行顶吹供氧，供氧时间220秒；s3：提钒调渣剂冷却，在氧枪开吹前，根据铁水综合样中的si含量，确定是否加入提钒调渣剂，若铁水综合样si<0.20%时，则优先使用提钒调渣剂进行冷却，提钒调渣剂从料仓加入；s4：钒钛球团冷却，开吹过程中，铁水富余温度采用钒钛球团等非金属冷却材料进行过程调温，开吹后操作工根据铁水温度、装入量和已吹炼炉次的温度情况采用钒钛球团等非金属冷却材料对本炉进行过程温度控制；s5：终点控制，终点温度（罐内测温）1360～1390℃，半钢c≥3.2%，半钢v≤0.05%，转炉炉口火焰由暗红色转为明亮时，视为碳火焰露头，可提枪倒炉出半钢并取样，在出半钢三分之一时开始往半钢罐内加入半钢脱氧覆盖剂80～100kg，若钒渣稀，出半钢2/3时必须向炉
内加挡渣球挡渣，出半钢时间按100～200秒控制，小于≤90秒应安排换出钢口，吹炼1～3炉出一次钒渣，半钢未出尽的炉次禁止出钒渣，终点温度低于1340℃或渣态不好、废钢没化完不出钒渣；s6：清理炉口，吹炼结束提枪时可采用氧气吹扫，吹扫时间小于20秒，或在出半钢时，用吹氧管分次清洗炉口，烧空后撬炉口，但是在出钒渣炉次禁止用氧气吹扫炉口。
[0007]
进一步地，所述s1中氧枪开吹前根据铁水温度确定是否加入提钒废钢，铁水温度小于1210℃不加提钒废钢，正常加入提钒调渣剂，铁水温度1220℃及以上可正常加入提钒废钢及提钒调渣剂。
[0008]
进一步地，所述提钒废钢包括含钒生铁、钢筋、氧化铁皮和钒渣明铁，其中氧化铁皮可不计重量，每炉100～200 kg，提钒废钢总量1.0～2.0t/炉，提钒废钢用废钢斗由炉口加入。
[0009]
进一步地，所述s2中氧枪供氧时：提钒转炉供氧压力按0.75～0.85mpa控制，供氧流量7000nm3/h～8000nm3/h，采用恒压变枪操作法，用低、高、低操作模式，操作枪位1.0～1.4 m，最高枪位1.5 m，开吹90～100秒按1.2～1.4 m控制，120秒至吹炼结束按1.0～1.2m操作。
[0010]
进一步地，所述s3中提钒调渣剂的加入量依据铁水si含量确定，铁水si含量越低用量越大，提钒调渣剂的冷却强度是钒钛球团的0.8倍，即使用了提钒调渣剂100公斤，则相应减少钒钛球团用量80公斤，调渣剂的作用主要是提高渣中钒的含量，选配几种调渣剂搭配使用，以达到最佳效果和较高的经济效益。
[0011]
进一步地，所述s4中采用钒钛球团调温时，亦可采用含钒生铁、废钒渣等冷却剂与钒钛球团配合使用，含钒生铁、废钒渣和钒钛球团的冷却值参考比例为1：1.5：3.5，废钒渣加入量＜0.5t/炉，含钒生铁、废钒渣用废钢斗由炉口加入，钒钛球团等非金属冷却材料在吹炼90秒内从料仓加入。
[0012]
进一步地，所述s4中钒钛球团每100kg约降温10℃。
[0013]
本发明具有以下有益效果。
[0014]
本发明围绕缩短提钒供氧时间且进一步降低半钢残v的要求，对提钒氧枪喷头进行优化设计，设计出新型325提钒氧枪喷头，使用325氧枪代替原提钒使用的323提钒氧枪，每炉供氧时间从原来的250秒下降到220秒，每炉钢节约时间30秒，大流量提钒氧枪的投入使用，进一步优化提钒周期，确保实现35吨转炉全量提钒。
[0015]
本发明在使用325提钒氧枪后，供氧强度增大，供氧时间缩短，但升温速度过快，当铁水si≥0.15%时，半钢残钒波动较大，对钒渣品位有影响，现采取降低入提钒转炉的铁水温度，另在提钒废钢中搭配一定比例的小规格废钢筋，对控制半钢温度起到了一定的效果，在保证全提钒的情况下，降低残钒，保证品位，采用提钒调渣剂改善钒渣物相结构，降低钒渣熔点，使钒渣的金属液滴易于汇入半钢中，有效降低钒渣的mfe含量，降低提钒铁损，提高钒渣质量。
[0016]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
[0017]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]
本发明为一种节能高效型提钒工艺，包括以下步骤：s1：装入提钒原料，将含钒铁水定量装入35t转炉内，铁水装入量34
±
0.5t/炉，并根据铁水温度确定是否加入提钒废钢；s2：供氧，采用新型三孔325喷头氧枪对转炉进行顶吹供氧，供氧时间220秒；s3：提钒调渣剂冷却，在氧枪开吹前，根据铁水综合样中的si含量，确定是否加入提钒调渣剂，若铁水综合样si<0.20%时，则优先使用提钒调渣剂进行冷却，提钒调渣剂从料仓加入；s4：钒钛球团冷却，开吹过程中，铁水富余温度采用钒钛球团等非金属冷却材料进行过程调温，开吹后操作工根据铁水温度、装入量和已吹炼炉次的温度情况采用钒钛球团等非金属冷却材料对本炉进行过程温度控制；s5：终点控制，终点温度（罐内测温）1360～1390℃，半钢c≥3.2%，半钢v≤0.05%，转炉炉口火焰由暗红色转为明亮时，视为碳火焰露头，可提枪倒炉出半钢并取样，在出半钢三分之一时开始往半钢罐内加入半钢脱氧覆盖剂80～100kg，若钒渣稀，出半钢2/3时必须向炉内加挡渣球挡渣，出半钢时间按100～200秒控制，小于≤90秒应安排换出钢口，吹炼1～3炉出一次钒渣，半钢未出尽的炉次禁止出钒渣，终点温度低于1340℃或渣态不好、废钢没化完不出钒渣；s6：清理炉口，吹炼结束提枪时可采用氧气吹扫，吹扫时间小于20秒，或在出半钢时，用吹氧管分次清洗炉口，烧空后撬炉口，但是在出钒渣炉次禁止用氧气吹扫炉口。
[0019]
s1中氧枪开吹前根据铁水温度确定是否加入提钒废钢，铁水温度小于1210℃不加提钒废钢，正常加入提钒调渣剂，铁水温度1220℃及以上可正常加入提钒废钢及提钒调渣剂，提钒废钢包括含钒生铁、钢筋、氧化铁皮和钒渣明铁，其中氧化铁皮可不计重量，每炉100～200 kg，提钒废钢总量1.0～2.0t/炉，提钒废钢用废钢斗由炉口加入。
[0020]
s2中氧枪供氧时：提钒转炉供氧压力按0.75～0.85mpa控制，供氧流量7000nm3/h～8000nm3/h，采用恒压变枪操作法，用低、高、低操作模式，操作枪位1.0～1.4 m，最高枪位1.5 m，开吹90～100秒按1.2～1.4 m控制，120秒至吹炼结束按1.0～1.2m操作。
[0021]
s3中提钒调渣剂的加入量依据铁水si含量确定，铁水si含量越低用量越大，提钒调渣剂主要作用是改善钒渣物相，促进钒渣生成，降低钒渣熔点，降低钒渣mfe，提钒调渣剂的冷却强度是钒钛球团的0.8倍，即使用了提钒调渣剂100公斤，则相应减少钒钛球团用量80公斤，出半钢过程及倒钒渣时注意观察钒渣渣态，下一炉适当调整调渣剂加入量，渣态干在表1基础上多加50公斤，渣态偏稀在表1基础上少加50公斤或当炉不加调渣剂，具体见表1：
s4中采用钒钛球团调温时，亦可采用含钒生铁、废钒渣等冷却剂与钒钛球团配合使用，含钒生铁、废钒渣和钒钛球团的冷却值参考比例为1：1.5：3.5，废钒渣加入量＜0.5t/炉，含钒生铁、废钒渣用废钢斗由炉口加入，钒钛球团等非金属冷却材料在吹炼90秒内从料仓加入，钒钛球团每100kg约降温10℃。
[0022]
新型三孔325喷头氧枪的参数设计：1、工艺参数1.1转炉参数1.2供氧参数供氧量为6200 nm3/h2、氧枪喷头的计算2.1喷孔数目和类型选择喷孔数目的选择以有利于快速氧化反应和改善热效率为基本原则，根据同类型转炉氧枪喷头的使用情况，喷孔数目定为3孔，为保证装入量增加后仍然满足纯供氧时间的要求，氧枪类型选择φ152。
[0023]
2.2马赫数的选择氧枪工作氧压的大小是由喷头马赫数确定，氧气的压力能转化成动能，获得超音速流股，为提高脱碳效果和氧气射流的冲击能力，应加强对熔池的搅拌，使碳氧反应更彻底，希望选取较高的马赫数，实践证明，选用马赫数过大，氧压过高，会导致喷溅大，增加铁水提钒过程钢铁料消耗及金属损失，而且易损坏转炉内衬及炉底，造成提钒过程安全风险，当ma＞2.0以后，随着ma的增大，氧气出口温度降低，出口音速不断减小，使出口速度增加变慢，而工况氧压却增加很快，过高的马赫数需要高压管线设施，相对投资较大，且反应激烈，操作难度大，而马赫数过小，氧气出口速度过低，由于搅拌减弱，熔池得不到良好的搅拌，提钒效率低，渣中tfe含量高，影响钒渣质量。
[0024]
综合考虑，取ma＝2.0。
[0025]
2.3提钒工作氧压po提钒工况氧压也即是喷头氧气滞止压力，大于此压力氧气在出口处可获得完全膨胀的超音速射流，喷头选定工作氧压0.70～0.80mpa，常态化工作压力为0.75mpa，喷头在此压力下工作时，可获得完全膨胀的超音速射流，该射流具有较大动能，有利于熔池搅拌。
[0026]
2.4氧枪喷头的主要尺寸计算2.4.1喉口直径d
喉
供氧量为6200nm3/h，即103nm3/min，氧枪选定3孔，则每孔氧流量（标态）q＝q/3＝34.33nm
³
/min，取c
d
＝0.92，t0＝303k，p0＝0.75mpa，代入公式计算：式中q为喷头喉口实际氧流m3/min；p0为选取氧压，设计时按理论计算氧压选取，计算时参照马赫数的等熵流数值表，单位pa；t0为氧气滞止温度，单位k，计算时按照当地的夏天温度选取，t0=273+（30～40）k；c
d
为喷孔流量系数，单孔喷头c
d
=0.95～0.96，三孔喷c
d
=0.90～0.96，a
喉
为喉口截面积。
[0027]
计算得出a
喉
=485.73mm2，d
喉
=24.86mm，取25mm。
[0028]
2.4.2 出口直径d
出
根据m=2.0，查等熵流表，得a
出
/a
喉
=1.6875式中：a
出
——出口截面积计算得出a
出
=819.66mm2，d
出
=32.30mm，取32mm。
[0029]
2.4.3扩张段长度l气流在扩张段从音速ma＝1被加速到设计的2ma，喷孔喉口段长度对稳定影响较大，过长的喉口段会增大阻损，取喉口长度为10mm；扩张角应适当，一般为4
°
～8
°
，如果扩张角过小，出口直径一定时，则扩张段过长，使得该段的边界层增加，压力损失增大；扩张角过大，则会使扩张段过短，易出现流股与管壁脱离的现象，导致流股不稳定，并在管壁附近形成负压区，鉴于小转炉，取扩张段半锥角为3.5
°
，则：l=（32-25）/2
×
tg3.5
°
=57.22mm如果扩张段半锥角为4
°
，计算的扩张段长度为51mm，综合考虑取l=55mm。
[0030]
依据上述计算，分别计算出纯吹氧时间240s、250s、260s和270s的氧枪喷头参数如下表3。
[0031]
根据表3数据，综合分析后最终确定取氧枪喷头喉口直径25mm，出口直径32mm，扩张段长度55mm。
[0032]
2.4.4孔倾角α多孔喷头的射流各个流股发生汇交和不汇交以效应角θ为界，大于θ各个流股就很少汇交，小于θ就必定汇交，效应角θ于喷孔倾角α的相关方程为：sinθ=sinα
×
sin（180
°
/n ）θe
─
临界效应角 7.5
°
～9
°
a
ꢀ─
喷孔倾角an
ꢀ─
喷孔数目则三孔喷头的倾角a在8.7
°
～10.5
°
可见对于三孔喷头来说，能保证倾角>8.7
°
，就能满足射流不交汇的要求，为增加初期渣即有利于v的氧化反应，又保证射流不冲刷炉壁，取α=10.5
°
。
[0033]
2.5氧枪枪位计算根据转炉炉衬工艺参数可知熔池深度约为880～920mm。
[0034]
由计算转炉炼钢枪位经验公式：h=30～40d
出
得出枪位在960～1280mm之间，考虑提钒与炼钢的差异性，选定枪位如下：基本枪位：1150mm；最高枪位：1300mm；最低枪位：1000mm。
[0035]
此枪位仅做参考，具体应以实践为准，枪位过高，射流对熔池的冲击面积大，但冲击深度减小，对熔池搅拌减弱，渣中tfe含量增加，吹炼时间延长；枪位过低，射流对熔池的冲击面积小，冲击深度增大，渣中tfe含量减少，不利于钒的充分氧化，易损坏炉底，降低喷头的使用寿命和使用效果。
[0036]
2.6最大冲击深度计算当氧气压力为po＝0.75mpa时，枪位按1000mm、1150mm、1300mm计，将其带入公式进行计算最大冲击深度：提钒炉由于供氧强度比炼钢炉低，其穿透深度h与熔池深度h1之比值控制在0.4～0.7的范围，考虑楚钢设有复吹则按中上限控制，这样才能有效控制半钢残v。
[0037]
根据公式：
h=（346.74
×
p
×
d
喉
/h
1/2
+3.18）cosθ式中 h:cm p:mpa d
喉 喉口直径cm h为氧枪枪位cm θ为氧气流孔与中心线夹角（度）h1= （346.74
×
0.75
×
2.5/100
1/2
+3.18）
×
cos10.5
°
=67.05cmh2=（346.74
×
0.75
×
2.5/115
1/2
+3.18）
×
cos10.5
°
=62.74cmh3=（346.74
×
0.75
×
2.5/130
1/2
+3.18）
×
cos10.5
°
=59.19cm计算得：枪位为1000mm时，冲击深度h1＝670mm；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
枪位为1150mm时，冲击深度h2＝627mm；枪位为1300mm时，冲击深度h3＝592mm提钒炉熔池深度h1=950mm，冲击深度与熔池深度比为:h1/h1=0.70 h2/h2=0.66 h3/h3=0.62由计算验证其供氧枪位吹氧的熔池穿透深度与熔池深度比在合理的范围内。
[0038]
2.7优化设计的35吨转炉提钒氧枪喷头主要参数2.7优化设计的35吨转炉提钒氧枪喷头主要参数含钒铁水、含钒生铁、钒钛球团、废钒渣、提钒调渣剂应符合以下技术要求：含钒铁水：表5提钒铁水技术要求cvpscr带渣量温度≥4.20%＞0.28%≤0.15%≤0.075%≤0.35%≤0.5%1200～1260℃注：铁水si+ti＜0.30%，铁水脱硫后s≤0.035%。
[0039]
含钒生铁：钒钛球团：
废钒渣：废钒渣块度小于200 mm
×
200 mm，钒渣破碎过程中选出的冷铁块度小于100 mm
×
100 mm、厚度小于10 mm，单重小于10kg。
[0040]
提钒调渣剂： 半钢脱氧覆盖剂：表10 半钢脱氧覆盖剂（土状石墨体温剂）技术条件csph2o粒度≥70%≤0.3%≤0.3%≤2.5%15-35mm优化设计后的325新型提钒氧枪喷头投入使用，使用情况见表11、表12：
由表11、表12数据可见，在满负荷炼钢条件下，提钒供氧时间仅有219秒，比原提钒供氧时间249秒降低了30秒，提高了炼钢厂的提钒炼钢产能，更加节能高效。
[0041]
另外，在提钒供氧时间仅为220秒的条件下，半钢残v达到了0.049%，较原提钒供氧时间249秒时残v为0.057%降低了0.008%，如果供氧时间到240秒，冷却条件合理时半钢残v可降低到0.045%以下。
[0042]
使用提钒调渣剂后的钒渣数据：钒渣明铁mfe20.80%，比试用前下降12.78%，钒渣品位13.28%，比试用前下降3.35%，钒渣产量按照v2o5含量10%进行标渣折算，吨钢标渣 39.33kg，比试用前提高1.57kg/吨钢。
[0043]
使用提钒调渣剂对钒渣品位和产量的影响：为计算调渣剂对钒渣品位及实物产渣量的影响，以表13钒钛铁水的正常成分为例：（1）铁水及半钢成分见表13。
[0044]
表13 铁水及半钢成分（%） csimnvticrp铁水4.30.150.350.30.20.350.12半钢3.60.010.070.0450.010.080.10（2）提钒调渣剂等量替代钒钛球团对钒渣品位的影响。
[0045]
通过计算，加入提钒调渣剂等量替代钒钛球团对钒渣品位的影响值见表14：由表14可见，如果提钒调渣剂用量达到10kg/tfe时，与使用等量的钒钛球团对比，其钒渣品位降低了3%，在表13铁水成分条件下，为保钒渣品位14.5%，则调渣剂用量应小于6kg/tfe。
[0046]
（3）提钒调渣剂等量替代钒钛球团对实物钒渣产量影响。
[0047]
通过计算，加入提钒调渣剂等量替代钒钛球团对实物钒渣产量的影响值见表15：由表15可见，如果提钒调渣剂用量达到8kg/tfe时，与使用等量的钒钛球团对比，其实物钒渣产量增加值大于5kg/tfe。
[0048]
实际生产证明，当铁水si低或cr高时，加入提钒调渣剂有利于减少钒渣流失，提高钒渣产量，一般可增加钒渣折合标渣（v2o5含量10%）1～3kg/tfe。
[0049]
（4）关于钒渣中的cao含量提钒调渣剂cao含量为2～2.5%，钒钛球团的cao含量为1.5～2.0%，使用提钒调渣剂与等量的钒钛球团相比，钒渣中的cao量增加0.1～0.2%，基本上不影响钒渣质量。
[0050]
综上分析，使用325提钒氧枪，实现全提钒，节能高效，采用提钒调渣剂可改善钒渣物相结构，降低钒渣熔点，使钒渣的金属液滴易于汇入半钢中，有效降低钒渣的mfe含量，降低提钒铁损，提高钒渣质量，提高企业的经济效益。
[0051]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指
结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0052]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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