本发明属于钢铁冶炼领域，具体涉及转炉分段式供气提钒方法。
背景技术：
我国是钒钛磁铁矿大国，攀钢、成钢、昆钢、威钢等企业都是采用钒钛磁铁矿进行冶炼，钒钛磁铁矿高炉冶炼出的铁水与普通铁水相比钒含量高，而钒是一种重要的资源，因此铁水炼钢前必须提钒，制取钒渣。目前，国内外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。其中以转炉提钒工艺最优，技术经济指标最好。
国内外转炉提钒的生产工艺制度均为加入冷却剂+过程温度+吹炼时间的不断改进。铁水提钒是一项选择性氧化技术。转炉供气提钒是一个放热过程，[si]、[mn]、[v]、[c]等元素氧化使熔池快速升温，而[si]、[mn]氧化发生在[v]氧化之前，提钒不可能抑制其反应，而[c]、[v]转化温度大约在1385℃左右，因此要获得[v]的高氧化率和[v]收率，必须加入提钒冷却剂，控制熔池温度使之逼近[c]、[v]转化温度，达到提钒保碳的目的，将[v]降至0.05％以下。提钒的终点半钢温度不宜过高，提钒过程前期以钒氧化为主，后期以钒还原为主，但吹钒过程是钒还原为主。所以在降温时采用的是加入冷却剂使铁水温度降到合适的范围，转炉冶炼中通过吹炼时间和过程温度的控制，将半钢中的钒氧化，提高收得率。
cn1789435公开了一种铁水提钒控钙冷却剂及铁水提钒控钙工艺，其提钒冷却剂的化学成分(wt％)为：氧化铁皮56-60％、铁精矿粉30-40％、结合剂5-10％，该冷却剂可增高钒的提取率和钒渣品位，稳定钒渣氧化钙含量，其仅从提钒冷却剂入手进行优化，对于吹炼气体的优化没有涉及。
cn101338351公开了一种提钒冷却剂及其制备方法和使用方法，该冷却剂以氧化铁皮或提钒污泥、含钒铁精矿、结合剂为原料生产，含有80％-95％的铁氧化物，3-6％的sio2、0.1-0.6％的v2o5、1-3％mgcl2，其仅涉及提钒冷却剂的成分调整，对于吹炼气体调整没有涉及。
cn103924027b公开了一种提钒炼钢方法，该方法包括吹炼提钒工序、出半钢工序和发热剂加入工序；吹炼提钒工序中，采用恒压变枪操作，氧枪与铁水上表面距离h与时间关系如下：吹炼开始至吹炼1.5min，h＝1.8m～2.0m；吹炼1.5min至吹炼结束前40s，h＝1.6m～1.8m，吹炼结束前40s至吹炼结束，h＝1.3m～1.6m；提钒炉为70吨转炉时，氧枪采用3孔拉瓦尔氧枪，氧气流量设定为13000nm3/h，氧压为0.75-0.80mpa；提钒炉为120吨转炉时，氧枪采用4孔拉瓦尔氧枪，氧枪喉口直径为30.3mm，氧气流量设定为16000nm3/h，氧压为0.80-0.85mpa；发热剂加入工序中，在提钒炉1/3半钢进入铁水包时，将发热剂加入铁水包，发热剂为石英砂，发热剂加入量为400～800kg/炉，其仅在提钒过程采用恒压变枪位控制，并没有提及在不同冶炼阶段控制不同吹入气体的方法。现有技术大多只是在冷却剂或枪位上进行调整，并未关注对控温非常重要的吹炼气体的研究。
技术实现要素：
本发明是为了解决炼钢厂提钒过程中冷却剂用量大、碳氧化率高、钒氧化率低的问题，而提供了一种转炉分段式供气提钒方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术手段是提供一种转炉分段式供气提钒方法。该转炉分段式供气提钒方法包括以下步骤：
a、含钒铁水入转炉后，通过氧枪喷吹气体进行吹炼，吹炼时氧枪枪位恒定不变；
b、吹炼过程分为三个阶段，从吹炼开始到吹炼2.5～3.0min为第一阶段，第一阶段采用氧气进行吹炼；
c、第一阶段结束，继续吹炼2.0～3.0min，此过程为第二阶段，第二阶段采用氮气进行吹炼；
d、第二阶段结束，继续吹炼2.0～2.5min，此过程为第三阶段，第三阶段采用氧气进行吹炼；
e、第三阶段结束，得钒渣和半钢。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤a中，所述氧枪枪位距离金属液面为1.5～1.8m。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤b中，第一阶段中，氧气压力为0.65～0.75mpa，供气强度为2.4～3.6m3/(min·t含钒铁水)。
优选的，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤b中，所述冷却剂在第一阶段结束前的0.5～1.0min时加入。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤b中，所述冷却剂的用量在20kg/t含钒铁水以下。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤b中，所述冷却剂为含有铁及铁氧化物的低硫低磷材料，其中tfe>50％。
具体的，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤b中，所述冷却剂为生铁块、氧化铁皮或矿石中的至少一种。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤c中，第二阶段中，所述氮气的压力为0.70～0.85mpa，供气强度为2.5～3.5m3/(min·t含钒铁水)。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，步骤d中，第三阶段中，所述氧气的压力为0.68～0.72mpa，供气强度为2.4～3.6m3/(min·t含钒铁水)。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，第一阶段与第三阶段吹氧总时间为4.5～5.5min。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，所述转炉为顶底复吹提钒转炉或顶吹氧气转炉。
其中，上述转炉分段式供气提钒方法中，当转炉为顶底复吹提钒转炉时，非吹炼期间控制底吹气体供气强度为0.001～0.003m3/(min·t含钒铁水)，吹炼期间控制底吹气体供气强度为0.35～0.65m3/(min·t含钒铁水)。
具体的，上述转炉分段式供气提钒方法中，所述底吹气体为氮气。
本发明转炉分段式供气提钒方法，控制氧气枪位恒定不变，合理地控制三个阶段中喷吹气体的类型、压力及流量，并控制每个阶段的吹炼时间，本发明方法不仅操作简单、易控制，最重要的是能够显著减少提钒冷却剂用量、提高钒的氧化率、减少碳的氧化率，最终有利于资源的利用及提钒生产成本降低。
具体实施方式
本发明提供了一种转炉分段式供气提钒方法，该方法适用于顶底复吹提钒转炉，也适用于顶吹提钒转炉。采用顶吹氧枪进行气体喷吹，复吹转炉炉底全程吹氮气。
本发明转炉分段式供气提钒方法，包括以下步骤：
a、在铁水兑入转炉后，氧枪供气时枪位采用恒定枪位模式，即吹炼期间采用同一枪位，枪位控制在距离金属液面1.5～1.8m；
b、吹炼过程分为三个阶段，第一阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.65～0.75mpa，氧气流量根据转炉吨位进行计算，供气强度控制在2.4～3.6m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间控制在2.5～3.0min，冷却剂在第一阶段结束前的0.5～1.0min时加入，保证加入后有30s搅拌时间；
c、第二阶段采用氮气进行吹炼，氮气压力控制在0.70～0.85mpa，供气强度控制在2.5～3.5m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间控制在2.0～3.0min；
d、第三阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.68～0.72mpa，供气强度控制在2.4～3.6m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间控制在2.0～2.5min；
c、三个阶段吹气结束后出半钢与钒渣。
由于原有转炉提钒过程中，通过在吹气过程调整枪位来控制炉内的氧化性气氛，同时加入冷却剂控制温度，保证在合适的温度范围内氧化铁水中的钒。但是，在此过程中炉内氧化性气氛仍然较高，使得渣中的feo含量较高，且温度控制波动较大，使得提钒过程碳烧损很大。
针对上述缺陷，本发明方法结合转炉提钒升温过程及反应规律，针对吹氧提钒技术前期温度升高速度较快的特点，对转炉提钒进行改进和优化，在第一阶段采用纯氧进行吹炼，将大部分钒进行氧化、冷却剂进行熔化；在第二阶段采用纯氮气进行吹炼搅拌，这样就避免了氧气继续对铁水中碳和铁的氧化，能有效控制炉内温度，同时渣中的feo可以继续氧化铁水中的钒，提高钒的氧化率；在第三阶段为了保证转炉内渣铁的分离，通过纯吹氧进行升温，有效地减少钢铁料的消耗。
本发明方法中，为了保证冷却剂中的铁氧化物在吹氮搅拌过程时可以氧化铁水中的钒，要求在第一阶段结束前的0.5～1.0min加入冷却剂，这样既可以在升温最快的前期控制炉内温度在1320℃左右，以利于减少碳的烧损，同时有一定时间促进冷却剂的熔化，保证吹氮过程的渣金反应进行；所述冷却剂可采用本领域内常用的冷却剂，为含有铁及铁氧化物的低硫低磷材料，其中tfe＞50％，例如生铁块、氧化铁皮、矿石等中的至少一种。本发明方法中，第二阶段吹入的氮气不仅不会氧化铁水升温，而且还能带走炉内的温度，因此可极大的减少提钒冷却剂的用量。所以，本发明方法中，所述冷却剂的加入量在20g/t含钒铁水以下。
本发明方法中，非吹炼期间为出完半钢到下次吹炼之间的空闲时间。当转炉为顶底复吹提钒转炉时，非吹炼期间和吹炼期间的底吹气体为氮气，非吹炼阶段减少底吹，为了避免炉内温降过大，底吹气体流量控制在0.001～0.003m3/(min·t含钒铁水)；为了提高底吹搅拌能力，吹炼期间大流量底吹，底吹气体流量控制在0.35～0.65m3/(min·t含钒铁水)。所述底吹气体都是氮气。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在铁水入200t复吹转炉后，吹炼期间采用同距离金属液面1.5m的枪位进行吹炼；第一阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.65mpa，供气强度控制在2.4m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间3.0min，冷却剂在吹炼2.5min时加入，加入量为18kg/t含钒铁水；第二阶段采用氮气进行吹炼，氮气压力控制在0.85mpa，供气强度3.5m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间2.0min；第三阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.72mpa，供气强度3.6m3/(min·t含钒铁水)，吹气时间控制在2.0min；非吹炼阶段底吹气体流量控制在0.001m3/(min·t含钒铁水)，吹炼期间采用0.5m3/(min·t含钒铁水)进行控制。
本实施例铁水钒氧化率达到了92.01％，碳氧化率为10.3％。
实施例2
在铁水入200t转炉后，采用顶吹氧枪进行气体喷吹，枪位控制在距离金属液面1.8m；吹炼过程分为三个阶段，第一阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.75mpa，供气强度3.6m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间2.5min，冷却剂用量20kg/t含钒铁水；第二阶段采用氮气进行吹炼，氮气压力控制在0.70mpa，供气强度控制在2.5m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间3.0min；第三阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.68mpa，供气强度2.4m3/(min·t含钒铁水)，吹气时间2.5min；三个阶段吹气结束后出半钢与钒渣。
本实施例铁水钒氧化率达到了91.18％，碳氧化率为11.23％。
实施例3
在铁水入120t转炉后，采用顶吹氧枪进行气体喷吹，枪位控制在距离金属液面1.7m；吹炼过程分为三个阶段，第一阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.68mpa，供气强度3.0m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间控制在2.6min，冷却剂用量15kg/t含钒铁水；第二阶段采用氮气进行吹炼，氮气压力控制在0.72mpa，供气强度3.0m3/(min·t含钒铁水)，吹炼时间控制在2.5min；第三阶段采用纯氧气进行吹炼，氧气压力控制在0.70mpa，供气强度控制在3.0m3/(min·t含钒铁水)，吹气时间控制在2.3min；三个阶段吹气结束后出半钢与钒渣。
本对比例铁水钒氧化率为94.16％，碳氧化率为13.73％。
对比例1
在铁水入200t转炉后，采用氧枪喷吹氧气；氧枪供气时枪位采用“高-低-高”模式进行控制，即吹炼前期1min采用1.9m枪位(喷头与液面的高度)，中期采用1.6m低枪位，吹炼结束前1.5min采用1.9m高枪位，供气强度控制在2.0m3/(min·tfe)；吹炼期间采用0.2m3/(min·tfe)的供气强度进行底吹氮气控制；提钒冷却剂在吹炼前2.5min加完，加入量在32g/tfe。
本对比例铁水钒氧化率为84.36％，碳氧化率为15.71％。
对比例2
在铁水入120t转炉后，采用氧枪喷吹氧气；氧枪供气时枪位采用“高-低-高”模式进行控制，即吹炼前期1.5min采用1.8m枪位(喷头与液面的高度)，中期采用1.5m低枪位，吹炼结束前1min采用1.8m高枪位，供气强度控制在1.8m3/(min·tfe)；吹炼期间采用0.25m3/(min·tfe)的供气强度进行底吹氮气控制；提钒冷却剂在吹炼前3min加完，加入量在28g/tfe。
本对比例铁水钒氧化率为83.47％，碳氧化率为16.18％。
由实施例1～3、对比例1～2可知，本发明方法通过控制吹炼枪位恒定，对吹炼期间三个阶段的喷吹气体的类型、压力及流量的控制，并控制每个阶段的吹炼时间，能够显著减少提钒冷却剂用量、提高钒的氧化率、减少碳的氧化率，实现了资源的充分利用及提钒生产成本的降低。