转炉铁水提钒的动力学研究

摘要

钒是现代工业国家重要的战略物资，被广泛应用于钢铁工业、化学工业、航空航天工业等领域。钒在自然界中主要赋存于钒钛磁铁矿中，通过高炉还原，转炉氧化将其富集至钒渣，以达到提出钒的目的。随着金属钒及铁矿石价格上涨，铁水提钒愈来愈受到关注。因此，开展转炉提钒过程中元素的氧化动力学研究，建立转炉提钒的控制模型，掌握铁水中元素的氧化规律尤为重要。
　　结合某厂70t提钒转炉生产实际，建立了转炉铁水提钒的动力学模型，研究了金属熔池中组元含量、炉渣中组元含量、熔池温度和冷料熔解量随吹炼时间的变化规律。同时，通过调整模型参数模拟不同冶炼条件下的冶炼过程，得到了冷料、铁水中[Si]含量、供氧强度对提钒的影响规律。结论如下:
　　(1)本文将冶炼终点的半钢中组元含量和渣中组元含量的实测值与模型计算值进行了比较，吻合性较好，验证了本模型有较好的实用性。
　　(2)吹炼时元素氧化顺序:吹炼前期(0～2min)，金属熔池中[Si]、[Ti]基本被氧化完全，但是其它元素几乎不被氧化;但到前期后段(1.5min)，[V]开始大量氧化;吹炼中期(2min)开始时[Cr]、[Mn]开始大量氧化;到中期后段(3min)，[C]开始氧化;到后期(4.5min)时金属熔池中[V]、[C]、[Mn]基本氧化完全，到4.5min后基本是[C]的氧化。提钒吹炼中后期，始终伴随[Mn]、[Cr]的氧化，并与[V]的氧化争夺[O]。
　　(3)渣中氧化物含量的变化和金属液中组元含量的变化相对应，只是氧化铁的含量变化不同，氧化铁在0.5min时其含量达到最高，从0.5～5min时氧化铁含量保持恒定。
　　(4)钒的氧化曲线为“S形”，其变化规律为:吹炼初期，由于受到[Si]、[Mn]氧化的抑制，其速度缓慢;吹炼中期[V]的氧化速度非常快，几乎保持相同斜率，[V]的氧化速度只取决于供氧强度;吹炼末期[V]的氧化速度逐渐下降，吹炼时间过长容易造成碳的损失。
　　(5)不同冷料的冷却效应不同，需要加入量不同。当采用氧化铁皮时，2min前可完全熔解，而由于生铁块加入量加多，需要5min以上的时间。各种冷料完全熔解所需时间长短顺序:氧化铁皮＜竖炉球＜钒渣铁＜生铁块。
　　(6)冷料对转炉提钒过程中金属熔池温度的影响，金属熔池温度在冶炼前期有小幅度升高;当随着冷料的大量熔解，熔池温度下降到最低值;随后随着元素的大量氧化放热和冷料熔解量的减少，温度迅速升高;到冶炼末期温度达到最高值。采用冷却效应最好的氧化铁皮作为冷却剂时，金属熔池持续在低温区的时间较长，但如吹炼时间过长，容易造成碳的氧化，导致碳的损失和终点温度升高。
　　(7)铁水中[Si]含量不同时，需要加入冷料的量不同，为促进转炉铁水提钒，铁水中硅含量控制0.15～0.25％之间，吹炼终点温度控制在1390℃为宜。
　　(8)碳含量在4.2％时，供氧量为8600m3/h，供氧时间为6min时，高中低硅半钢中残钒含量小于0.03％低于现有9600m3/h工艺下的残钒含量，并且铁液在低温区的时间长，并且铁液在低温区的时间长于现有工艺。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 引言

1．2 本研究的目的及意义

1．3 本课题的研究内容

第2章 文献综述

2．1 转炉提钒的工艺及基本原理

2．1．1 提钒工艺介绍

2．1．2 转炉提钒的基本原理

2．2 某公司转炉提钒工艺现状及主要影响因素

2．2．1 某公司转炉提钒的工艺现状

2．2．2 钒渣质量的影晌因素

2．2．3 转炉提钒过程中的主要影响因素

2．3 转炉提钒动力学的研究现状

2．3．1 提钒过程的动力学理论分析

2．3．2 转炉提钒的研究现状

第3章 转炉提钒动力学模型的建立

3．1 冲击坑气-液界面反应

3．2 渣-金界面反应

3．3 乳化金属液滴内的反应

3．4 冷料量熔解速度

3．4．1 生铁块、钒渣铁的熔解速度

3．4．2 氧化铁皮和竖炉球的熔解速度

3．5 冶炼过程成分变化

3．6 模型一些重要参数的计算

3．6．1 冲击坑表面积的计算

3．6．2 渣-金界面积的计算

3．7 冶炼过程温度与炉气组成的变化

3．7．1 冲击坑表面温度

3．7．2 冶炼过程金属熔池温度的变化

3．8 模型中参数的确定

3．8．1 向金属液侧的传热系数

3．8．2 向炉气侧的传热系数

3．8．3 转炉提钒过程中的其他参数

第4章 模型验证与求解结果分析

4．1 模型的验证

4．2 模型计算结果分析

4．2．1 动力学模型计算结果

4．2．2 冷料对转炉铁水提钒的影响

4．2．3 硅含量对转炉铁水提钒的影响

4．2．4 供氧强度对转炉铁水提钒的影响

第5章 结论

参考文献

致谢