铁水装入量150吨的提钒转炉车间工艺设计doc 39页Word格式.docx
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指导教师:
丁满堂副教授
助理指导教师:
二〇一六年五月
摘要
本设计的主要任务是设计一个铁水装入量150吨的转炉提钒车间工艺设计,重点介绍了顶底复吹工艺部分。
该设计介绍了一系列的提钒工艺。
从物料平衡与热平衡计算开始进行初期参数的确定,设计内容主要包括:
转炉炉型选择、供氧压力、供氧时间、底气选择、转炉底吹元件选择与布置、复吹工艺设计,其中复吹工艺设计是本设计的核心。
该设计由一座顶底复吹转炉采用“一吹一”模式提钒,转炉公称容量均为150t,底吹元件采用细钢管多孔型供气元件,选取6支的供气元件,底枪布置采用沿耳轴连接线30°
,90°
150°
,210°
270°
,330°
分布。
复吹模式采用顶吹氧气底吹氮气,顶吹氧气强度为t·
min,吹氧时间7min,每炉含钒水供氧量为min。
底吹供气强度为·
t•min。
平均吹炼时间为25min,转炉提钒冶炼一炉钒渣主要原料用量:
含钒铁水装入量135t、含钒生铁块15t、石英砂、半钢温度为1390℃。
`
关键词:
顶底复吹转炉,提钒方法,含钒铁水,转炉提钒
ABSTRACT
Themaintaskofthisdesignistodesignafurnacewith150tonsofmolteniron.Thisdesignintroducesaseriesofvanadiumextractionprocess.Frommaterialbalanceandheatbalancecalculationtodeterminetheearlyparameters,designcontentmainlyinclude:
selectionofconverterfurnacetypechoosing,oxygenpressure,oxygensupplytime,emboldened,converterbottomblowingcomponentselectionandlayout,combinedblowingprocessdesign,whichcombinedblownprocessdesignisthecoreofthisdesign.
Thedesignbyatopbottomcombinedblownconvertervanadiumusing"
blows"
mode,theconverternominalcapacitywere150t,bottomblowingelementsbythinsteeltubetypeporousgascomponents,select6gascomponents,bottomlancearrangementbyalongtheearaxisconnectinglineto30°
90°
and150°
210°
and270°
330°
distribution.Combinedblowingpatternthetopblownoxygenbottomblowingnitrogen,strengthoftopblownoxygent-min,oxygenblowingtimeof7min,eachfurnacecontainingvanadiumoxygensupplywaterquantityformin.Thebottomblowinggassupplyintensityis~t/min.Averageblowingtimeis28min,converterprovidedtheamountofvanadiumsmeltingfurnacevanadiumslagasthemainrawmaterial:
hotmetalchargingamount135t,containingvanadiumiron15t,quartzsand,semisteeltemperature1390℃.
Keywords:
topbottomcombinedblowingconverter,vanadiumextractionmethod,vanadiumcontainingmolteniron,convertervanadiumextraction
1概论
钒资源概况
钒资源分布于5大洲,欧洲,亚洲,非洲和三大洲都有丰富的生产领域。
非洲、南非、纳米比亚和赞比亚;
欧洲主要集中在北欧地区,有芬兰、瑞典、挪威;
亚洲主要集中在中国(攀西、承德地区)、印度、哈萨克斯坦;
北美国主要集中在美国、加拿大、秘鲁、委内瑞拉、美国、澳大利亚、新西兰、大洋洲等国家。
国外钒资源主要以钒钛磁铁矿为主。
全球钒总储量约为16000万吨,其中南非占46%,独联体占24%,美国占13%,中国占12%,钒储量约为1600万吨。
全国有10多个地区都有钒资源,但大部分都集中在四川,占中国钒总量的62%,湖南占总储量14%.4,甘肃占总储量5%,剩下的钒资源分布比较分散且储量小[1]。
全世界98%钒出自于钒钛磁铁矿,其余的钒与煤和其它矿物共生。
中国的钒钛磁铁矿大部分分布在攀枝花、米易、西昌、德昌和承德等地区。
我国有一种特殊的钒矿资源是含钒石煤,其V2O5含量约为1130万t,约占钒资源总量的%,分布在浙江、湖北、贵州、湖南等地区。
钒的性质
钒的物理性质:
钒是一种拥有超高熔点的金属,颜色为银灰色,常温下为固态,其熔点为℃,沸点3380℃,原子具有体心立方结构,原子序数为23。
纯钒具备较好的可锻型和延展性,在常温下能锻制成片、丝、和箔[2]。
钒是弱顺磁性的,电的不良导体。
钒的纯度决定它的力学性质取。
钒的化学性质:
钒在常温下的化学性质非常稳定,在高温条件下能可以和碳、硅、氮、硫、氯、溴等非金属元素生成化合物。
钒拥有良好的耐蚀性,不但能耐淡水和海水的腐蚀,也能耐除氢氟酸以外的非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)和碱的腐蚀。
钒拥有+2、+3、+4、+5等价态,+5价钒具有氧化性,低价钒具有还原性,价态越低的钒还原性越强。
钒有很多不同氧化物,钒从+2到+5都可生成氧化物,是强还原剂到强氧化剂,水溶液由强碱性逐步变成弱酸性。
低价钒氧化物容易在空气中被氧化成高价钒氧化物,反而言之,+5价钒也能被还原性气体还原为+3、+4的钒。
钒的应用
大约有90%的钒被用于钢铁行业中。
在钢中添加钒的主要作用是提高合金的强度和韧性。
结构钢中添加%的钒,就可以使其强度提高10%-20%,从而使结构重量减轻15%—25%,可节约成本8%—10%。
因为钒钢合金具有强度大,韧性、耐磨性及耐腐蚀性好等特征,从而普遍用于输油管道、建筑、桥梁、钢轨和压力容器等工程设施中。
由钒和钛构成的重要金属合金Ti-6Al-4V,广泛用于飞机发动机、太空舱骨架、导弹、战舰的水翼和推进器、汽轮机叶片、火箭发动机外壳等[3]。
另外,钒合金材料还在磁性材料、超硬合金、超导材料及核能反应堆等领域有重要应用。
中国有宝鸡有色金属加工厂和锦州铁合金厂在生产钒铝的中间合金,但国内的钒铝合金产能并不能满足国内需要,每一年仍需要从国外购买一些。
在化工行业中主要钒制深加工产品V205,NH4VO3、NaVO3及KVO3等。
它们分别应用于催化剂原料,陶瓷的着色剂、显影剂、干燥剂和生产高纯氧化钒和钒铁的材料。
另外,超细粉体和二氧化钒薄膜因其本身独特的相变特质,能普遍应用于电光学开关装置、太阳能控制材料、光盘介质材料、图层、热敏电阻等领域;
北京烁光特晶开发的长距离光钎通讯钒酸钇晶体材料,具有双折射率高、透过率好、透光性高,是性能非常好的双折射晶体。
钒工业的进展
从新世纪初以来,除中国之外的国家和地区,特别是欧美日等发达国家的钢铁产量基本上都维持持在平稳态势,并且其钒的消耗量也是显现饱和。
钒工业的新进展不但表现在材料的新颖性上,还表现在原料来源的多样性,一级提取技术的创新。
第二次世界大战后,秘鲁的硫钒矿已耗尽,赞比亚的钒矿也已停产,新兴的钒原料资源之一是在原子能工业原料铀的强化提取过程中,钒作为副产物是起一个较大的来源,尤其是在美国。
这个时期,苏联、南非、芬兰、挪威、中国等国家,都先后开发并改进了钒钛磁铁矿的相关冶炼工艺,从中提取钒的技术日渐成熟,并由此打开了钒工业原料的广阔来源。
这一时期,美国的钒土矿、磷酸盐矿,智利的磁铁矿,赞比亚的钒酸盐矿,印度、匈牙利、加拿大等国的沥青页岩,法国的铝矾土矿中的钒等也都得到开发。
而此时还有一个新原料,即石油中的钒也得到了开发回收,例如委内瑞拉的原油含钒高达%,燃烧后的烧渣、飞灰中的V2O5含量最高可达40%,进来已成为一个重要的钒资源。
此外废催化剂回收后,钒可循环再用。
由于原料的来源的扩展,新的提取工艺也不断出现,其中包括从原子能等新兴工业中引进的一些分离提取技术,如溶剂萃取、离子交换、铵盐沉钒等,这些技术使钒的产量和纯度都有很大提高。
目前在钒工业的技术领域中,美国表现出原料的多样化和产品的多样化,受核工业和航空、航天技术的拉动,美国金属钒的研究与生产处于世界领先地位。
但是钒铁产品的生产属于高能耗过程,因此近年来初级钒制品在美国已基本停产,主要靠进口来保证本国需要。
加拿大只有少数沥青页岩可用来提钒,主要产品为V2O5和钒铁,最近由于重视风能的开发和利用,目的在于开发大容量的钒蓄电池。
欧洲如德、英、比利时等国大多使用进口原料,以生产钒铁为主,西班牙、瑞典等国有少量钒矿资源,也主要以生产钒铁、钒酸铵等产品为主;
俄罗斯有丰富的钒矿资源,主要是钒钛磁铁矿,产品主要为钒铁、V2O5;
世界上钒资源最丰富的国家是南非共和国,矿产资源是钒钛磁铁矿,产品主要是钒铁和V2O5;
非洲的赞比亚的钒矿是钒酸盐,但生产不稳定,南美洲的钒铁最早是秘鲁的高品位的硫钒矿,现已枯竭;
当前,委内瑞拉的是有已成为重要的钒原料。
世界耗油大国如美、日等国都以开发出从燃油飞灰中回收钒的技术。
我国是世界上最大的钒生产国,近年来不但含钒钢产量不断增加,品种也不断增加,尤其是在建筑生产用钢、管线钢、汽车及火车和飞机结构用钢等方面,处于飞速发展状态。
它们主要由攀钢、首钢、鞍钢、包钢、重钢、承钢等生产。
在此期间,攀枝花钢铁因其钒资源优势和技术应用优势,总共开发了十余个含钒钢种类,低钒合金钢和微钒合金钢的产量占到了同类钢量的50%。
钒产品中含钒非调质钢和含钒铸铁与碳化钒的应用可延长钢铁材料的使用寿命的特点,对环境友好型的含钒合金钢材料的研究和开发,增加含钒钢的使用范围。
钒的生产方法
钒钛磁铁矿中五氧化二钒含量约为1~2%,通过破碎精选将钒钛磁铁矿变为精矿粉,然后和芒硝混合后再制成球,用1200℃的高温焙烧,将钒转化为可溶性钒酸钠。
再加入硫酸,使钒酸钠反应转化成不溶于水的V2O5。
最后,经过沉淀和过滤,所得到的产品即为提钒产品。
该法也被称为湿法提钒。
钒钛磁铁矿通过高炉或者电炉冶炼后获得含钒铁水,将含钒铁水装入转炉、摇包或铁水包内,通入氧气,最大程度的把含钒铁水中的钒氧化进钒渣中。
提取钒渣后的铁水称为半钢,半钢经过转炉炼钢后可获得钢产品,此方法也称为钒钛磁铁矿的火法提钒[8]。
最近几十年中还发现可以从石煤中提钒,我国石煤资源丰富,可开采量大,但石煤中钒的品味相差较大,一般为~%,品味低于%的占60%。
先将石煤造球,放在立窑中经过1000℃温度焙烧,然
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