[发明专利]一种实现脱钒保碳的转炉提钒控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现脱钒保碳的转炉提钒控制方法，特别是一种利用炉气中CO含量变化实现脱钒保碳的转炉提钒控制方法，属于冶金提钒技术领域。

背景技术

转炉提钒是在氧气顶吹转炉炼钢设备和工艺的基础上发展起来的一种冶炼工艺，与转炉炼钢工艺的主要区别在于转炉提钒的主要任务是“脱钒保碳”，在整个提钒过程中必须将温度控制在一定的范围，通过加入冷却剂控制熔池温度，抑制碳氧反应，增强钒的氧化反应形成钒渣。钒氧化是放热反应，“低温”有利于钒的氧化，温度控制是实现脱钒保碳的关键环节。从热力学角度，碳和钒被氧化存在优先顺序，优先顺序主要根据熔池温度的变化而发生改变。碳和钒的氧化优先顺序转变温度一般在1340℃～1400℃之间。在转炉提钒过程中，熔池温度低时，铁水中的钒优先被氧化。随着供氧操作的持续，熔池温度不断升高。当溶池温度达到转变温度时，铁液中碳开始优先氧化，进而降低渣中氧化铁，抑制钒的进一步氧化，甚至在碳剧烈氧化时，渣中的钒氧化物被碳还原再次进入半钢中，从而降低了钒的回收率。转炉提钒具有反应速度快、冶炼周期短、钒渣品位高、生产效率高等优点。但同时由于该过程是由传质、传热、固体添加料的加热和溶解、化学动力学、质量平衡与热平衡等子过程所组成的非常复杂的高温冶金过程，影响终点成分和温度的因素很多，不便于人工手动控制。目前的转炉提钒为人工经验操作模式，主要是通过肉眼对火焰的观察判断温度上升速度，经常出现冷料加入过少造成熔池升温过快，缩短钒氧化的最佳温度区间，或冷料加入过多造成的半钢温度低渣铁分离不好，渣中Mfe高等问题。近几年的转炉提钒也证明，凭经验、凭感觉提钒的生产方式是导致钒渣质量、半钢质量波动大的主要原因之一，因而成为本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明目的是提供一种实现脱钒保碳的转炉提钒控制方法，提高提钒的主要技术指标，延长钒氧化的最佳温度区间，控制半钢碳含量，提高钒的氧化率降和回收率，提高半钢质量，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种实现脱钒保碳的转炉提钒控制方法，采用炉气分析法，并将CO和O2浓度曲线信号连接到计算机上，形成连续性曲线；根据炉气中CO含量的变化确定提钒吹炼过程冷却剂的加入时机，吹炼过程延长钒氧化的最佳温度区间，与提钒模型中氧耗量相结合判断提钒终点。

本发明更具体步骤如下：

（1）将炉气分析仪采集到的CO和O2浓度数据连接到工控计算机上，形成连续性浓度曲线；

（2）供氧量在提钒模型计算量的90%以内时，运用炉气分析跟踪CO含量变化，在炉气中CO含量＞5%时，认为铁液中碳和钒的氧化优先顺序发生转变，铁液中碳开始优先氧化，抑制钒的进一步氧化；此时，为保证铁液中钒优先于碳的氧化，加入冷却剂来调整熔池温度，保证提钒过程的脱钒保碳；

（3）供氧达到提钒模型计算量的90%以后时，当炉气中CO含量＞5%时，不再加冷却剂调温，保证熔池温度不过低，减少炉渣中的金属铁；由于炉气中CO含量达到10%后碳氧反应剧烈，渣中的钒氧化物被碳还原再次进入半钢中，会降低钒的回收率，因此，为防止造成过度碳剧烈氧化，当CO含量达到10%时，作为提钒终点，停止吹炼。

所说的冷却剂为氧化铁皮球，来调整熔池温度。

本发明原理：“脱钒保碳”的理论根据，从热力学角度来看，钒的氧化反应主要是间接反应，即：

2[V]+3FeO=（V2O3）+3[Fe]

但是从各种元素氧化反应的自由能变化来看，钒与碳之间存在着选择性氧化的问题，即控制“脱钒保碳”的转化温度。

2/3[V]+ COg=1/3（V2O3）+[C]  -------△Gе=-250170+153.09Tе转

△G=△Gе+RTlnK=△Gе+RT转ln[（aC*a1/3V2O3）/（a2/3V*Pco）]

当△Gе=0时，即-250170+153.09Tе转=0时，碳和钒的氧化顺序开始改变。因此Tе转=250170/153.09=1634K=1361℃。实际转化温度T转是受钒浓度和氧分压影响的一个变量，一般在1340℃～1400℃之间。钒氧化是放热反应，“低温”有利于钒的氧化，温度控制是实现脱钒保碳的关键环节。在转炉提钒过程中，熔池温度过高时，碳开始优先氧化，进而降低渣中氧化铁，抑制钒的进一步氧化。总之，提钒以“脱钒保碳”为目标，要求抑制碳氧反应。