川威集團煉鋼廠提高提釩釩回收率工藝實踐

李志丹，楊宗波，陳加密，陳 剛，牟小海

(成渝釩鈦科技有限公司技術中心，四川內江 641000)

1 引言

目前川威集團煉鋼廠，釩渣平均品位14.99%，半鋼平均殘V為0.04%，釩氧化率為84.4%，釩收得率為73.4%，較國內外其他廠家有較大的差距(見表1)。因此，煉鋼廠對提釩生產中存在的各種情況進行分析總結，得出影響提釩回收率的因素，并加以改進，以得到良好的經濟技術指標。

2 生產現狀

2．1 提釩設備

川威集團煉鋼廠現有600 t混鐵爐2座;KR脫硫站1座;70 t提釩轉爐1座;70 t煉鋼轉爐2座。

2．2 生產工藝

川威集團煉鋼廠鐵水S含量較高，采用KR處理，鐵水入爐溫度低，按照產渣率2.8%計算，提釩噸鐵需冷卻劑140 kg(折算成生鐵)。

表1 川威集團與國內外各鐵水提釩生產企業主要技術指標對比

川威集團提釩采用“生鐵+鐵皮球”作為冷卻劑，生鐵定量使用，每爐加入量為2 t，折合成噸鐵用量為27 kg/t。鐵皮球由高位料倉在開吹后加入爐內。

2．3 鐵水條件(見表2)

表2 煉鋼廠入爐鐵水情況

3 影響提釩釩回收率的因素

3．1 供氧制度的影響

提釩供氧制度包括氧槍槍位、結構、耗氧量、供氧強度及壓力等，是控制提釩冶煉過程的中心環節。

提釩生產中，耗氧量的多少影響半鋼中殘釩的含量，并且還與供氧強度和攪拌情況等因素有關，是交互作用的。

供氧強度的大小影響提釩過程的氧化反應程度，過大時噴濺嚴重，過小時反應速度慢。同時若吹煉時間長，會造成熔池溫度升高，超過轉化溫度，導致脫碳反應急劇加速，半鋼殘釩量重新升高。

在供氧量一定的情況下，供氧壓力大可加強熔池攪拌，強化動力學條件，有利于提高V的氧化。而當供氧壓力一定時，較低的槍位可加大氧氣吹入深度，強化氧化速度，但易產生噴濺，并造成粘槍。

川威集團煉鋼廠提釩初期，采用四孔φ28．3氧槍進行吹煉，在生產中存在如下的問題:供氧強度過大，吹煉時間短，爐溫上升快，碳的氧化速度快于釩的氧化速度。造成半鋼中殘釩較高，釩的回收率較差(見表3、表4)。

表3 半鋼情況

釩氧化率為79.6%，釩回收率為80.37%，鐵水碳平均 3.91%，半鋼碳為3.15%，碳氧化率為19.14%。

表4 釩渣情況(%)

從上述數據看出，采用四孔氧槍提釩，釩氧化率較低，回收率也較差，而且釩渣的V2O5品位低，渣中TFe含量高。

3．2 半鋼溫度的影響

冷卻劑加入的目的是為了控制吹煉溫度，使其低于提釩的轉化溫度，達到脫釩保碳的目的。

冷卻劑的加入量主要取決于鐵水發熱元素放出的化學熱，并保證提釩終點半鋼溫度低于轉化溫度。可根據鐵水中發熱元素C、Si、Ti、Mn、V 等氧化放出的熱量及冷卻劑吸收的熱量，計算出使半鋼從初始溫度升到轉化溫度所需的冷卻劑加入量。

冷卻劑加入量的大小對吹煉結果有重要的影響。根據攀鋼研究院的報導，半鋼殘釩含量與鐵皮球加入量的關系用公式表示為:

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

［V］殘余——半鋼殘釩含量，%。

根據上式，要使殘釩含量控制在0.02%以下，鐵皮球加入量應控制在42 kg/t·Fe以上。實踐表明，冷卻劑加入量也并非是越多越好，特別是單一加入過多的鐵皮球對釩渣品位及半鋼［C］、溫度影響較大。

而川威集團煉鋼廠提釩鐵水成分波動較大，且脫硫鐵水存在等待時間較長的情況，入爐鐵水溫度不穩定，難以準確估計，導致影響提釩冷卻劑加入量的因素過于復雜，冷卻劑加入量難確定。

3．3 熔池攪拌的影響

釩在鐵水側擴散是釩向氧化反應的限制性環節。釩氧化速度與釩濃度呈線性關系，而釩從釩渣向半鋼的逆向還原位于化學反應限制環節，釩還原速度跟溫度呈指數關系。因此，為了有效脫釩，從熱力學角度看，應使熔體及元素與氧化劑接觸表面保持適宜的溫度;從動力學角度看，加速釩在鐵水側擴散傳質是加快低釩鐵水氧化的首要條件。加強攪拌，不僅可以加快低釩鐵水傳質，而且還可增加反應界面，是加快釩氧化的主要手段。

因此，采用底吹惰性氣體強化攪拌時，渣中FeO能更有效地參與鐵水中元素的氧化反應，釩進入渣中的速度、氧化率、回收率及渣中(V2O5)得到提高，同時(FeO)相應降低。

川威集團煉鋼廠提釩轉爐爐容比較小，僅為0.7。為避免粘槍，導致提釩槍位較設計槍位高，同時為保護爐襯、爐底免受氧氣射流的侵蝕，氧壓一般控制在0.7～0.75 MPa，而且透氣磚因爐底被渣層覆蓋，底吹效果較差。上述總總原因，導致對熔池的攪拌不夠，釩的氧化率較差。

4 提高提釩回收率的措施

4．1 優化氧槍技術

對此，川威集團煉鋼廠采用φ29.3三孔氧槍進行提釩，V氧化率比四孔氧槍有所提高，半鋼殘釩0.035%，V氧化率平均88%，釩渣渣品位穩定受控，產渣率比四孔氧槍有所提高，平均26.2%(實物渣)。

氧槍改造前后提釩指標對比如下(見表5～表7):

表5 過程控制

表6 半鋼指標

表7 釩渣指標(%)

從生產數據看，采用三孔氧槍后，釩氧化率得到較大提升，半鋼殘釩降低，釩渣品位也有所提高。

4．2 調整冷卻劑加入量

根據熱平衡原理

式中:m冷——冷卻劑加入量，kg;

m鐵——鐵水量，kg;

ΔxC、ΔxSi、ΔxV、ΔxTi——鐵水中各元素氧化量，kg;

qC、qSi、qV、qTi——各元素單位熱效應，J/kg;

C鐵、C渣——鐵水和釩渣的質量熱容(鐵水取1040 J/kg·K，釩渣取1230 J/kg·K);

K——產渣率;

T半、T鐵——半鋼和鐵水的溫度，℃。

因此計算出在鐵水 Si、Mn、含量均為0.20%時，提釩噸鐵的冷卻劑消耗量為140 kg(生鐵)。當鐵水Si、Mn含量出現波動，且溫度較低時，操作工根據提釩熱平衡公式測算出合適的冷卻劑加入量，保證半鋼溫度控制在1350～1400℃之間。

4．3 優化供氧制度

在不損害爐襯的前提下，為確保對熔池的充分攪拌，煉鋼廠轉爐車間采用側零位及量爐底的方法，每班根據當班熔池深度來確定氧槍槍位和氧壓。氧氣壓力控制在0.75 MPa，終點槍位控制在600～700 mm，并保證足夠的終點壓槍時間。

5 結束語

川威集團煉鋼廠，通過優化使用三孔提釩氧槍、供氧制度、根據鐵水實際情況調整冷卻劑加入量等措施，極大地提高了提釩釩回收率。半鋼殘釩含量穩定控制在0.04%以內，釩渣品位＞15%，釩回收率達到85%，取得了良好的經濟技術指標。

［1］ 張大德，張玉東．攀鋼轉爐提釩冷卻制度的確立［J］．攀鋼技術，1999，2(3):11-15．

［2］ 黃道鑫．提釩煉鋼［M］．北京:冶金工業出版社，2000．