CN102660659A - 一种采用顶吹氧枪喷吹冷却剂的转炉提钒工艺 - Google Patents

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逯志方
吕明
张延玲
董凯
仇永全
赵飞
鲍翔
周鑫
王慧
肖绎
王连森
王洪
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Abstract

本发明涉及一种采用顶吹氧枪喷吹冷却剂的转炉提钒工艺，属于钢铁冶金技术领域，用于解决提钒过程熔池温度控制难和动力学条件差等问题，提高钒的氧化转化率和钒渣质量。本发明包括供粉系统和供氧系统，通过顶吹氧枪的超音速氧气射流喷吹粉状冷却剂，利用粉剂与铁水快速反应吸热的原理，实现控制提钒过程熔池温度和改善熔池搅拌能力的目的，达到高效提钒的技术效果。喷粉过程中冷却剂由供粉管进入氧枪，供粉管出口可位于枪身上部到喷头拉乌尔出口之间，供粉管道内径15-180mm，喷粉流量20-800kg/min，载气流量100-4000Nm3/h，载气压力0.5-1.6MPa。本发明适用于20-300t提钒转炉，采用本发明可使半钢钒含量降至0.03%以下，钒渣（V2O5）品位提高1%以上，提高钒资源回收率。

Description

一种采用顶吹氧枪喷吹冷却剂的转炉提钒工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种在提钒转炉中采用顶吹氧枪喷吹冷却剂进行高效提钒的冶炼工艺。
背景技术
转炉提钒是利用氧气将铁水中的钒氧化进入钒渣，得到满足下一步炼钢要求的半钢。提钒过程各元素氧化放出热量，熔池升温速度极快，2-3分钟可升至碳剧烈反应的温度，产生激烈的碳氧化反应，从而抑制钒的氧化，增加碳元素的氧化损失。因此，在提钒过程中，必须采取有效手段延长提钒反应时间，使铁水中的钒充分氧化。
传统的提钒工艺主要采用顶底复吹及提钒专用氧枪等工艺技术，同时加入含钒生铁块、铁矿石、氧化铁皮球等块状冷却剂控制熔池温度，减缓熔池升温速率，延长提钒反应时间，但转炉提钒温度较低、吹炼时间短，因此，块状冷却剂的冷却作用不能完全释放，容易使熔池局部产生极冷极热现象，甚至存在冷却剂未完全熔化的现象，无法有效控制熔池升温。
含钒铁水中钒元素含量通常小于1%，且提钒过程由于碳氧反应受到抑制，熔池搅拌能力不足，提钒反应动力学条件差，因此在提钒过程中钒元素的反应速度和程度受传质速度限制，既延长吹炼时间，又影响钒的回收率，导致半钢余钒和渣中铁损均较高，造成资源浪费。
本发明提出：在转炉提钒过程中，采用顶吹氧枪喷吹粉状冷却剂，粉气流以超音速状态喷入转炉熔池，可以有效控制熔池温度，增强熔池搅拌强度，提高铁水中钒的氧化转化率和钒渣质量。
发明内容
本发明的目的是将氧化铁粉或铁矿粉等粉状冷却剂通过顶吹氧枪喷入含钒铁水中，有效控制转炉提钒过程熔池温度，增强熔池搅拌能力，为转炉提钒反应创造良好的热力学和动力学条件，提高钒的氧化转化率和钒渣品位。
本发明的原理是：转炉提钒温度低于1400℃，块状冷却剂熔化速度较慢，未能充分发挥冷却作用，熔池升温速度快使提钒热力学条件变差，且传统吹氧提钒熔池搅拌强度不足，提钒的动力学条件不佳。本发明将冷却剂以超音速粉气流状态与提钒熔池接触，增大了熔池与冷却剂的接触面积，使冷却剂在极短时间内与铁水反应，最大程度地发挥冷却作用，同时粉气流对熔池的冲击搅拌作用远大于单一气体射流的搅拌能力，改善提钒反应的动力学条件。
本发明的技术方案具体包括以下步骤：
首先，将供粉设备下料口与接入氧枪的供粉管由输送管道连接，供粉管道通过弧形弯道引入氧枪内管，供粉管道内径为15-180 mm，供粉管出口位于枪身上部到喷头出口之间，氧枪拉乌尔喷头收缩段和喉口采用钨铜合金、陶瓷、不锈钢等耐磨材质，喷头马赫数 1.5-2.1；
其次：冶炼初期0-30s：提钒熔池温度较低，喷吹氧气提高熔池温度，此阶段供粉设备关闭，载气流量100-2000 Nm3/h；冶炼中期：开启供粉设备，喷吹冷却剂控制提钒熔池温度在1330℃-1380℃，载气流量100-4000 Nm3/h，粉剂流量为20-800 kg/min，利用粉气流的强搅拌作用和粉剂的反应冷却效应为提钒反应提供良好的热力学和动力学条件；冶炼末期终点前30-60s：为降低炉渣中TFe含量，提高钒渣（V2O5）品位，提高半钢过热度，停止喷吹冷却剂，根据终点钒含量和熔池温度确定出半钢时间。
冶炼过程中输送粉剂的载气为氧气、二氧化碳、氩气或氮气；压力0.5-1.6 MPa。
本发明适用于20-300吨转炉提钒冶炼工艺，粉状冷却剂的粒径小于5mm。通过喷吹粉状冷却剂，改善转炉提钒的动力学和热力学条件，提高钒的氧化转化率，使半钢钒含量降至0.03%以下，钒渣（V2O5）品位提高1%以上，降低转炉提钒冶炼成本，提高钒资源利用回收率。
附图说明
图1为本发明采用顶吹氧枪喷吹冷却剂的提钒工艺连接图。
图1中，1.供粉设备，2.下料口，3.载气流，4.耐磨陶瓷软管，5.进氧管道，6.进水口，7.供粉管道，8.超音速粉气流，9.钢液。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：
1.30 t提钒转炉
对于30 t提钒转炉，采用耐磨陶瓷软管将粉剂输送设备与氧枪的进粉口连接，供粉管道采用φ30×5 mm耐磨不锈钢管，通过弧形弯道引入氧枪内管，氧枪喷头的收缩段和喉口采用钨铜合金材料，喷头马赫数为1.98。进氧管氧气流量为4000-5000 Nm3/h，压力为0.7-0.9MPa。
提钒工艺冶炼过程：
冶炼前期（0-30s）：关闭供粉设备，载气流量500 Nm3/h；
冶炼中期：喷吹冷却剂控制熔池温度在1330℃-1380℃，打开供粉设备，载气流量1000 Nm3/h，粉剂流量为80 kg/min，利用粉气流的强搅拌作用和粉剂的反应冷却效应为提钒反应提供良好的条件；
冶炼末期（终点前30s）：为降低炉渣中TFe含量，提高钒渣（V2O5）品位，提高半钢过热度，有利于渣铁分离，停止喷吹冷却剂，载气流量降至500 Nm3/h，根据最终钒含量和熔池温度确定出半钢时间。
出钢过程助吹气体和氧气均停吹。
实施结果表明：采用吹氧喷粉较传统工艺半钢余钒含量有所下降，平均含量降至0.03%以下，钒渣（V2O5）含量提高约1.6%，提高了钒资源利用回收率。
实施例2.150 t提钒转炉
对于150 t提钒转炉，采用耐磨陶瓷软管将粉剂输送设备与氧枪的进粉口连接，供粉管道采用φ100×5 mm耐磨不锈钢管，通过弧形弯道引入氧枪内管，喷头马赫数为2.0。进氧管氧气流量为17000-19000 Nm3/h，压力为0.7-0.9MPa。
提钒工艺冶炼过程：
冶炼前期（0-30s）：关闭供粉设备，载气流量1000 Nm3/h；
冶炼中期：喷吹冷却剂控制熔池温度在1330℃-1380℃，打开下粉口，载气流量1500 Nm3/h，粉剂流量为300 kg/min，利用粉气流的强搅拌作用和粉剂的反应冷却效应为提钒反应提供良好的条件；
冶炼末期（终点前45s）：为降低炉渣中TFe含量，提高钒渣（V2O5）品位，提高半钢过热度，有利于渣铁分离，停止喷吹冷却剂，载气流量降至1000 Nm3/h，根据最终钒含量和熔池温度确定出半钢时间。
出钢过程助吹气体和氧气均停吹。
实施结果表明：采用吹氧喷粉较传统工艺半钢余钒含量有所下降，平均含量降至0.03%以下，钒渣（V2O5）含量提高约2.1%，提高了钒资源利用回收率。
实施例3.300 t提钒转炉
对于300 t提钒转炉，采用耐磨陶瓷软管将粉剂输送设备与氧枪的进粉口连接，供粉管道采用φ160×5 mm耐磨不锈钢管，通过弧形弯道引入氧枪内管，喷头马赫数为2.03。进氧管氧气流量为32000-35000 Nm3/h，压力为0.7-0.9MPa。
提钒工艺冶炼过程：
冶炼前期（0-30s）：关闭喷粉设备，载气流量1500 Nm3/h；
冶炼中期：喷吹冷却剂控制熔池温度在1330℃-1380℃，载气流量3000 Nm3/h，粉剂流量为600 kg/min；
冶炼末期（终点前60s）：为降低炉渣中TFe含量，停止喷吹冷却剂，载气流量降至1500 Nm3/h，根据最终钒含量和熔池温度确定出半钢时间。
出钢过程助吹气体和氧气均停吹。

Claims (2)

1.一种采用顶吹氧枪喷吹冷却剂的转炉提钒工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
首先，将供粉设备下料口与接入氧枪的供粉管由输送管道连接，供粉管道通过弧形弯道引入氧枪内管，供粉管道内径为15-180 mm，供粉管出口位于枪身上部到喷头出口之间，氧枪拉乌尔喷头收缩段和喉口采用钨铜合金、陶瓷、不锈钢等耐磨材质，喷头马赫数 1.5-2.1；
其次：冶炼初期0-30s：提钒熔池温度较低，喷吹氧气提高熔池温度，此阶段供粉设备关闭，载气流量100-2000 Nm3/h；冶炼中期：开启供粉设备，喷吹冷却剂控制提钒熔池温度在1330℃-1380℃，载气流量100-4000 Nm3/h，粉剂流量为20-800 kg/min，利用粉气流的强搅拌作用和粉剂的反应冷却效应为提钒反应提供良好的热力学和动力学条件；冶炼末期终点前30-60s：为降低炉渣中TFe含量，提高钒渣（V2O5）品位，提高半钢过热度，停止喷吹冷却剂，根据终点钒含量和熔池温度确定出半钢时间。
2.按照权利要求1所述的一种采用顶吹氧枪喷吹冷却剂的转炉提钒工艺，其特征是输送粉剂的载气为氧气、二氧化碳、氩气或氮气；压力0.5-1.6 MPa。
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