一种复吹转炉提钒的方法

文档序号:8539353阅读:350来源:国知局
一种复吹转炉提钒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁冶炼领域,具体地,涉及一种复吹转炉提钒的方法。
【背景技术】
[0002] 钒(V)是一种过渡族金属元素,金属钒常温下化学性质较稳定,高温下较活泼。钒 原子的价电子结构为3d 34s2,是典型的变价元素,五个价电子都可以参与成键,具有+2、+3、 +4和+5价态。在不同的氧分压和温度下,钒的稳定化合物也不同,其中,通过降低氧分压提 高温度有利于三价钒氧化物的稳定存在。除此之外,钒还有多种非化学计量氧化物,可用通 式V nO2lri (3彡η彡9)表示的同族氧化物。在V2O4和V 205之间,已知有V 305、V307、V40 7、V409、 V509、V60n、乂60 13等氧化物。工业上钒氧化物主要是V 203、乂02和V 205,其中V2O5尤为重要。
[0003] 钒因其具有优良的强度、硬度及抗疲劳效应,而被广泛地应用于钢铁、化工、航空 等领域。大约84%的钒在钢铁中作为合金元素溶解到钢中形成VC和VN,以起到细化晶粒, 抑制贝氏体和珠光体的发育增加马氏体强度的作用,从而提高钢的硬度、强度、韧性和抗磨 损性能。含钒的产品以钒铁和VN为主化晶粒。钒用于有色合金主要是以V-Al系合金为代 表的结构材料,如优良的高温航空结构材料Ti-6Al-4V、Ti-8Al-lV-Mo和Ti-6Al-6V-2Sn等 合金。用于化工领域的钒产品主要有V 205、NH4V03、V20 3、VOCl^ VCl 4等,用作催化剂、着色 剂、大容量电池用的电极材料。值得一提的是由于钒的多价态,钒用作锂电池正极材料或开 发成超级电容器等储能装置,具有充电迅速、比能量高、价格低廉等优点,颇具应用前景。此 外,约2%的钒产品还应用于医药、防护材料及薄膜材料等领域。现有研宄表明钒化合物具 有类胰岛素的作用,能促进肝糖原和肌糖原的合成,抑制肝糖原分解为葡萄糖,促进脂肪的 合成并抑制脂肪的分解。总而言之,钒及钒产品主要作为添加剂广泛地用于提高材料性能 或加速化学反应进程。
[0004] 钒资源作为一种世界上重要的稀缺资源,无单独可采的钒矿物,其在自然界中 的分布很分散,主要伴生于硫钒矿" 2或V 2S5、铅钒矿(或称褐铅矿)Pb5(V04) 3C、钒云石 KV2(AlSi2Oltl) (OH)2、钒酸钾铀矿K2(UO2) (VO4)2 · 3H20以及钒钛磁铁矿等矿物中。全球钒的 总储量为6300万吨,可开采储量为1020万吨。用于提钒的原料种类很多,世界上88%的钒 是从钒钛磁铁矿中获得,其余提钒原料有石煤、废催化剂、石油灰渣、碳质页岩等。因钒原料 种类、矿物特征及其中钒含量差异较大,从含钒物料中提取钒的工艺和方法也多种多样,主 要有火法冶炼、湿法浸出和火法-湿法联合提取工艺。
[0005] ①火法冶炼
[0006] 通常以钒钛磁铁矿为主要原料,通过高炉或其它炼铁流程得到含钒铁水,再在转 炉中吹入氧气使金属中的钒氧化富集到渣中。采用双联转炉吹炼时得到含v 2058~20 %的 钒渣和含C约3. 6%的半钢,采用单个转炉造渣吹炼时得到含V2052~5%的含钒钢渣和钢 水。得到的钒渣或含钒钢渣经过焙烧-浸出或直接浸出的方式进行后续提取。随着炼钢和 提钒工艺的发展要求,也出现了直接在转炉内加入碳酸钠进行吹炼,得到钠化钒渣和半钢, 同时达到脱除铁水中磷和硫的目的。
[0007] ②湿法浸出
[0008] 此种工艺较适用于废催化剂、飞灰和石油灰渣等废产品,也有少量应用于石煤中、 钒钛磁铁矿等原矿,但由于其中钒都主要以难溶的三价钒形式存在,直接浸出较火法冶炼 和火法-湿法联合提取工艺回收率更低。目前直接浸出的工艺主要有酸浸、碱浸、生物浸 出、加压酸浸等。R. Navarro比较了酸浸和碱浸石油飞灰提钒工艺,认为NaOH浸出虽然浸出 率为61 %低于酸浸但对于过渡族金属化合物更具有选择性,得到含钒溶液调pH为8沉淀除 Al后再加入NH4Cl至pH为5便可沉淀得到f凡产品,沉淀率达99%。D. Mishra采用一种无 机营养菌-硫氧化菌处理废催化剂,通过促进硫氧化菌的生长以及两步处理,可使钒浸出 率达到94.8% ;Li等[17]在探索了氧化焙烧-加压酸浸、常压酸浸的方法后,采取加压酸 浸石煤提钒可将钒浸出率提高到76%且反应时间短,相比常压酸浸50%和焙烧-浸出工艺 的70%都有明显地提高,但此工艺对设备要求较高。将钒浸出到溶液后一般采取沉淀-煅 烧、溶剂萃取-反萃等工艺得到最终的钒产品。
[0009] ③火法-湿法联合提取
[0010] 由于原矿中V多以较稳定的三价钒形式存在,通常需要将其在氧化气氛下焙烧转 化成高价化合物以利于浸出。对于我国的石煤资源,其蕴藏的钒资源总量占全国总钒的 87%,钒品位在0. 13~1. 2%,发展的火法-湿法联合提取工艺有传统的钠盐焙烧-水浸、 空白焙烧-酸浸(碱浸)、少盐焙烧-循环浸出以及钙盐焙烧-酸浸(碱浸)等。虽然钠盐 焙烧工艺有焙烧温度低、时间短等优点,但其回收率低、产生大量有害气体如HCl和(:1 2正 逐渐被少盐焙烧或钙盐焙烧所取代。
[0011]目前,世界范围内制取钒渣的生产方法较多,主要有新西兰铁水包吹钒工艺、南非 摇包提钒工艺、俄罗斯和中国的转炉提钒工艺等,其它提钒工艺还包括含钒钢渣提钒、石煤 提钒工艺等。其中最主流的为转炉提钒工艺,其处理量最大。转炉提钒技术由俄罗斯(前 苏联)开发,开发后主要在下塔吉尔钢铁公司应用。下塔吉尔钢铁公司(以下简称下钢) 建于1940年,于1964年开始用高炉冶炼卡奇卡纳尔的钒钦磁铁矿生产含钒铁水。该公司 从1957年开始进行吹炼含钒生铁新方法的探索,由乌拉尔黑色冶金研宄所等单位研宄的 转炉提钒一转炉炼钢的双联法提钒炼钢获得成功。在IOt试验转炉所做研宄的基础上,又 于1963年11月建成IOOt转炉,并进行第一批工业试验,证实了采用氧气从铁水中提钒的 合理性。推荐的典型工艺如下:转炉装入铁水115~120t,预先装入12%的固体生铁,5% 的氧化铁皮,氧气纯度9. 2 %,供氧强度150~200m3/min,氧气压力0. 98~I. 45MPa,喷枪 高度0. 7~I. 5m,采用3孔喷头,吹炼时间8~12min。当熔池含钒高于0. 04%时,进行补 吹。结果证实了用氧提钒的高效率,可以实现深度去钒,钒氧化率达92%~94%。
[0012] 1978年,下钢为了均衡炼钢与轧钢的生产能力及满足对钒渣的需求,把原来的3 座130t转炉扩建成160t,1979年底又新建成第4座160t转炉,采用四吹三工作制,即一座 转炉提钒,两座转炉炼钢,另一座检修待用。在工业性运转中,启用了氧气转炉提钒自动化 控制系统,推行了留渣操作工艺。具体工艺流程为:从高炉车间运来的含钒铁水,先倒入混 铁炉均匀铁水成分和温度,再将铁水从混铁炉倒入铁水罐,运到转炉工段的工作平台,用吊 车将铁水兑入提钒转炉,然后根据铁水温度及含硅量,用料斗向转炉内加入氧化一冷却剂 轧钢铁皮70~80kg/tFe,然后降氧枪开始吹氧,氧枪高度开始为2. 0m,随后降至I. 0m,供氧 强度约300m3/min,当铁水中硅含量高时,整个冶炼期枪位均保持下限。在氧气吹炼过程中, 部分熔解于铁水中的碳和大部分造渣元素都被氧化。同时半钢温度从1230~1260°C上升 到1340~1410°C,在铁水碳含量降到2. 8%~3. 6%,钒含量降到0. 04%以后,抬起氧枪并 停止吹氧,将半钢倒入半钢罐,将钒渣倒入渣罐或留在转炉内(留渣操作时)。然后将盛有 半钢的半钢罐运至转炉工段,将半钢兑入炼钢转炉进行冶炼。
[0013] 从60年代初开始,中国曾先后在首钢、唐钢、上钢、攀钢、承钢和马钢的氧气顶吹 转炉上进行过多项半工业与工业性试验,取得了大量的试验数据。承钢二炼钢的20t氧 气顶吹转炉已于1988年正式投入提钒生产。中国氧气顶吹转炉提钒氧压控制在0. 53~ 0. 7MPa,耗氧量为16. 37~25. 0m3/t ;采用生铁块、氧化铁皮、矿石、酸性球团、废钒渣及高 碳废钢作冷却剂,半钢含碳量为3. 17 %~3. 95 %,残钒量为0. 06 %~0. 11 %,半钢温度为 1347~1420°C,钒氧化率为68. 9%~87. 81%,钒回收率为74. 82%~78. 65%。但由于原 材料条件波动大,操作工艺不稳定,加之缺少有效的终点控制手段,使吹钒指标还欠理想, 尤其是钒氧化率及回收率,与俄罗斯下钢差距还较大。
[0014] 中国攀钢于1986~1987年进行了转炉提钒工业性试验,为攀钢二期工程选定提 钒方案提供了依据,为转炉提钒生产积累了宝贵经验。承钢于1993年进行了氧气转炉顶底 复吹提钒试验。使提钒技术经济指标全面改善。马钢于1990年开始建30t提钒转炉。1993 年,承钢对1#转炉底吹系统进行了改造,供气系统由氢、氮双路改为单一吹氮气。底吹透气 砖由镁质耐火材料制成,内设4根内径为2mm的不锈钢管。利用该底吹装置做了顶底复合吹 炼的提钒试验。复吹供氧压力比单独顶吹有所降低,为0. 6~0. 85MPa,枪位0. 8~I. lm, 供氧强度1. 9~2. 5m3/min · t。
[0015] 底吹供气强度为0. 03~0. 06m3/min *t,流量为72~150Nm3/h。试验用酸性球团 和含钒铁块作冷却剂,加入量视铁水温度及Si、Ti含量而定,球团加入量为铁水量的5%~ 8%,铁块加入量为15%~20%。结果表明,顶底复吹工艺明显优于单一顶吹工艺。复吹 工艺吹炼平稳、成渣快,不粘枪,冷却剂不粘炉底;半钢含碳量平均提高0.36%,残钒降低 0.017%,钒渣V 2O5提高0.2%,TFe降低4. 34%,钒的氧化率提高3.05% ;吹氧时间缩短 1~2min。同时,当终点f凡澄过稀时,单独底吹氮1. 5~2. Omin,可使澄子变稠,TFe降低 3. 28%~5. 93%,V2O5提高 0· 77%~1. 73%。
[0016] 为了能够进一步降低提钒生产成本,降低碳的氧化率,提高钒的氧化率,研发人员 还需进一步改进上述转炉提钒的方法。

【发明内容】

[0017] 本发明的目的是提供一种复吹转炉提钒的方法,该方法有利于在提高钒的氧化 率、降低碳的氧化率的同时,降低提钒生产的成本。
[0018] 为了实现上述目的,本发明提供一种复吹转炉提钒的方法,该方法包括将铁水兑 入到所述复吹转炉中,该方法还包括在吹炼阶段通过氧枪向所述铁水中吹氧,通过炉底透 气砖向所述铁水中吹一氧化碳或一氧化碳与氮气的混合气体。
[0019] 上述技术方案一种复吹转炉提钒的方法,通过从炉底透气砖向所述铁水中吹一氧 化碳或一氧化碳与氮气的混合气体,向铁水中引入一定量的一氧化碳,利用C、C0、以及CO 2 之间的氧化还原平衡关系,在减少冷却剂的用量的同时、降低碳的氧化率,提高钒的氧化 率、优
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1