川威集团炼钢厂提高提钒钒回收率工艺实践

李志丹，杨宗波，陈加密，陈 刚，牟小海

(成渝钒钛科技有限公司技术中心，四川内江 641000)

1 引言

目前川威集团炼钢厂，钒渣平均品位14.99%，半钢平均残V为0.04%，钒氧化率为84.4%，钒收得率为73.4%，较国内外其他厂家有较大的差距(见表1)。因此，炼钢厂对提钒生产中存在的各种情况进行分析总结，得出影响提钒回收率的因素，并加以改进，以得到良好的经济技术指标。

2 生产现状

2．1 提钒设备

川威集团炼钢厂现有600 t混铁炉2座;KR脱硫站1座;70 t提钒转炉1座;70 t炼钢转炉2座。

2．2 生产工艺

川威集团炼钢厂铁水S含量较高，采用KR处理，铁水入炉温度低，按照产渣率2.8%计算，提钒吨铁需冷却剂140 kg(折算成生铁)。

表1 川威集团与国内外各铁水提钒生产企业主要技术指标对比

川威集团提钒采用“生铁+铁皮球”作为冷却剂，生铁定量使用，每炉加入量为2 t，折合成吨铁用量为27 kg/t。铁皮球由高位料仓在开吹后加入炉内。

2．3 铁水条件(见表2)

表2 炼钢厂入炉铁水情况

3 影响提钒钒回收率的因素

3．1 供氧制度的影响

提钒供氧制度包括氧枪枪位、结构、耗氧量、供氧强度及压力等，是控制提钒冶炼过程的中心环节。

提钒生产中，耗氧量的多少影响半钢中残钒的含量，并且还与供氧强度和搅拌情况等因素有关，是交互作用的。

供氧强度的大小影响提钒过程的氧化反应程度，过大时喷溅严重，过小时反应速度慢。同时若吹炼时间长，会造成熔池温度升高，超过转化温度，导致脱碳反应急剧加速，半钢残钒量重新升高。

在供氧量一定的情况下，供氧压力大可加强熔池搅拌，强化动力学条件，有利于提高V的氧化。而当供氧压力一定时，较低的枪位可加大氧气吹入深度，强化氧化速度，但易产生喷溅，并造成粘枪。

川威集团炼钢厂提钒初期，采用四孔φ28．3氧枪进行吹炼，在生产中存在如下的问题:供氧强度过大，吹炼时间短，炉温上升快，碳的氧化速度快于钒的氧化速度。造成半钢中残钒较高，钒的回收率较差(见表3、表4)。

表3 半钢情况

钒氧化率为79.6%，钒回收率为80.37%，铁水碳平均 3.91%，半钢碳为3.15%，碳氧化率为19.14%。

表4 钒渣情况(%)

从上述数据看出，采用四孔氧枪提钒，钒氧化率较低，回收率也较差，而且钒渣的V2O5品位低，渣中TFe含量高。

3．2 半钢温度的影响

冷却剂加入的目的是为了控制吹炼温度，使其低于提钒的转化温度，达到脱钒保碳的目的。

冷却剂的加入量主要取决于铁水发热元素放出的化学热，并保证提钒终点半钢温度低于转化温度。可根据铁水中发热元素C、Si、Ti、Mn、V 等氧化放出的热量及冷却剂吸收的热量，计算出使半钢从初始温度升到转化温度所需的冷却剂加入量。

冷却剂加入量的大小对吹炼结果有重要的影响。根据攀钢研究院的报导，半钢残钒含量与铁皮球加入量的关系用公式表示为:

［V］残余=－0.00088Q铁皮球+0.057式中:Q铁皮球——铁皮球加入量，kg/t;

［V］残余——半钢残钒含量，%。

根据上式，要使残钒含量控制在0.02%以下，铁皮球加入量应控制在42 kg/t·Fe以上。实践表明，冷却剂加入量也并非是越多越好，特别是单一加入过多的铁皮球对钒渣品位及半钢［C］、温度影响较大。

而川威集团炼钢厂提钒铁水成分波动较大，且脱硫铁水存在等待时间较长的情况，入炉铁水温度不稳定，难以准确估计，导致影响提钒冷却剂加入量的因素过于复杂，冷却剂加入量难确定。

3．3 熔池搅拌的影响

钒在铁水侧扩散是钒向氧化反应的限制性环节。钒氧化速度与钒浓度呈线性关系，而钒从钒渣向半钢的逆向还原位于化学反应限制环节，钒还原速度跟温度呈指数关系。因此，为了有效脱钒，从热力学角度看，应使熔体及元素与氧化剂接触表面保持适宜的温度;从动力学角度看，加速钒在铁水侧扩散传质是加快低钒铁水氧化的首要条件。加强搅拌，不仅可以加快低钒铁水传质，而且还可增加反应界面，是加快钒氧化的主要手段。

因此，采用底吹惰性气体强化搅拌时，渣中FeO能更有效地参与铁水中元素的氧化反应，钒进入渣中的速度、氧化率、回收率及渣中(V2O5)得到提高，同时(FeO)相应降低。

川威集团炼钢厂提钒转炉炉容比较小，仅为0.7。为避免粘枪，导致提钒枪位较设计枪位高，同时为保护炉衬、炉底免受氧气射流的侵蚀，氧压一般控制在0.7～0.75 MPa，而且透气砖因炉底被渣层覆盖，底吹效果较差。上述总总原因，导致对熔池的搅拌不够，钒的氧化率较差。

4 提高提钒回收率的措施

4．1 优化氧枪技术

对此，川威集团炼钢厂采用φ29.3三孔氧枪进行提钒，V氧化率比四孔氧枪有所提高，半钢残钒0.035%，V氧化率平均88%，钒渣渣品位稳定受控，产渣率比四孔氧枪有所提高，平均26.2%(实物渣)。

氧枪改造前后提钒指标对比如下(见表5～表7):

表5 过程控制

表6 半钢指标

表7 钒渣指标(%)

从生产数据看，采用三孔氧枪后，钒氧化率得到较大提升，半钢残钒降低，钒渣品位也有所提高。

4．2 调整冷却剂加入量

根据热平衡原理

式中:m冷——冷却剂加入量，kg;

m铁——铁水量，kg;

ΔxC、ΔxSi、ΔxV、ΔxTi——铁水中各元素氧化量，kg;

qC、qSi、qV、qTi——各元素单位热效应，J/kg;

C铁、C渣——铁水和钒渣的质量热容(铁水取1040 J/kg·K，钒渣取1230 J/kg·K);

K——产渣率;

T半、T铁——半钢和铁水的温度，℃。

因此计算出在铁水 Si、Mn、含量均为0.20%时，提钒吨铁的冷却剂消耗量为140 kg(生铁)。当铁水Si、Mn含量出现波动，且温度较低时，操作工根据提钒热平衡公式测算出合适的冷却剂加入量，保证半钢温度控制在1350～1400℃之间。

4．3 优化供氧制度

在不损害炉衬的前提下，为确保对熔池的充分搅拌，炼钢厂转炉车间采用侧零位及量炉底的方法，每班根据当班熔池深度来确定氧枪枪位和氧压。氧气压力控制在0.75 MPa，终点枪位控制在600～700 mm，并保证足够的终点压枪时间。

5 结束语

川威集团炼钢厂，通过优化使用三孔提钒氧枪、供氧制度、根据铁水实际情况调整冷却剂加入量等措施，极大地提高了提钒钒回收率。半钢残钒含量稳定控制在0.04%以内，钒渣品位＞15%，钒回收率达到85%，取得了良好的经济技术指标。

［1］ 张大德，张玉东．攀钢转炉提钒冷却制度的确立［J］．攀钢技术，1999，2(3):11-15．

［2］ 黄道鑫．提钒炼钢［M］．北京:冶金工业出版社，2000．