一种提高铁水中钒含量的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及钢铁冶金领域，更具体地，涉及一种提高铁水中钒含量的装置和方法。

背景技术

在钒钛磁铁矿冶炼中，铁水中含有经济价值较高的钒和钛，铁水中的钒以前采用雾化提钒，目前主流工艺是采用转炉提钒，效率更高。为了提高钒的收率，一方面，高炉冶炼时，尽可能地使矿石中的钒进入铁水，如提高炉温等措施；另一方面，转炉提钒时，尽量在半钢中少留钒，目前先进技术半钢中残钒含量0.02-0.025％。

针对保留铁水中钒的问题，CN112981045A公开了一种含钒磷铁水脱磷保钒的方法，主要包括以下步骤：(1)将高炉或非高炉生产的脱硫后的含钒、磷铁水引流到感应炉中；(2)根据磷含量添加脱磷渣并喷吹CO2，可采用顶吹，底吹，侧吹或顶底复吹；(3)当含钒磷铁水中磷的含量降低至0.03％以下时，停止喷吹，炉渣与铁水分离。该方法使铁水中的钒损失率小于10％，达到脱磷保钒的效果。

但是在出铁过程中，铁水在从铁口出来流至铁水罐时，铁水一直暴露在空气中，铁水表面与空气中氧气发生反应，损失一部分钒。特别是在铁水流过铁沟流嘴，流进铁水罐的过程中，铁水流股充分与铁水接触，造成铁水中钒与空气中的氧发生氧化反应，降低了铁水中的钒。据现场取样分析表明，在铁水经流嘴流入铁水罐过程中，铁水中的钒损失0.008％-0.02％(铁水钒含量0.3％条件下)。

基于此，本申请的发明人认识到，在将铁水输送至铁水罐的过程中，尽可能降低铁水中的钒含量损失方面，仍然存在进一步的改进空间。

发明内容

本公开总结了实施例的各方面，并且不应当用于限制权利要求。根据在此描述的技术可设想到其他实施方式，这对于本领域普通技术人员来说在研究以下附图和具体实施方式后将是显而易见的，并且这些实施方式意图被包含在本申请的范围内。

本申请的发明人认识到，需要一种提高铁水中钒含量的装置和方法，该方案应当能够在将铁水输送至铁水罐的过程中，尽可能降低铁水中的钒含量损失，提高产率。

根据本发明的一个方面，提供了一种提高铁水中钒含量的装置，包括：

位于铁水罐沿上方的环形管道，所述环形管道设置在铁沟的流嘴下方并与所述流嘴对准；

位于所述环形管道上侧面的若干第一排气孔，所述第一排气孔用于向所述流嘴方向喷出保护气体以对铁水流形成纵向保护气幕，

其中，所述保护气体中的氧含量低于第一阈值。

根据本发明的一个实施例，还包括位于所述环形管道外侧面的若干第二排气孔，所述第二排气孔用于向所述环形管道外周方向喷出保护气体以对铁水流形成水平保护气幕。

根据本发明的一个实施例，还包括位于所述环形管道下侧面的若干第三排气孔，所述第三排气孔用于向所述铁水罐内喷出保护气体以降低铁水罐内的氧气含量。

根据本发明的一个实施例，所述保护气体包括燃烧废气。

根据本发明的一个实施例，所述环形管道与热风炉的废气排放管道连通。

根据本发明的一个实施例，所述环形管道的直径为3000-4000mm。

根据本发明的一个实施例，所述第一排气孔的直径为所述第二排气孔的直径的2至5倍。

根据本发明的一个实施例，所述第一排气孔的直径为10mm，所述第二排气孔的直径为4mm。

根据本发明的一个实施例，相邻的所述第二排气孔之间的角度间距为15-20度。

根据本发明的一个实施例，所述环形管道位于铁水罐沿上方5至10cm高度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种提高铁水中钒含量的方法，包括以下步骤：

通过铁沟的流嘴向铁水罐内倾倒含钒铁水；

从所述铁水罐沿分别向所述流嘴的方向和水平方向喷出保护气体以形成纵向保护气幕和水平保护气幕，其中，所述保护气体中的氧含量低于第一阈值。

本发明提出的提高铁水中钒含量的装置和方法，在铁水输送至铁水罐的过程中通过环形管道形成对铁水流的保护气幕，减少了铁水与氧气的接触，从而减少了钒的氧化损失，提高了产率。

附图说明

为了更好地理解本发明，可以参考以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制，并且可以省略相关的元件，或者在一些情况下比例可能已经被放大，以便强调和清楚地示出本文描述的新颖特征。另外，如本领域中已知的，系统部件可以被不同地布置。此外，在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记表示相应的部分。

图1示出了根据本发明一实施例的提高铁水中钒含量的装置的工作示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的提高铁水中钒含量的装置的立体图；

图3示出了根据本发明一实施例的提高铁水中钒含量的装置的俯视图；

图4示出了根据本发明一实施例的提高铁水中钒含量的装置的侧视图。

附图标记列表：

100，提高铁水中钒含量的装置；102，环形管道；104，第一排气孔；106，第二排气孔；108，铁水罐；110，铁水沟；112，流嘴；114，铁水流；116，纵向保护气幕；118，水平保护气幕；120，气源；122，气管；124，进气口。

具体实施方式

以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。

在本申请文件中，当一个元件或者部分被称为“在...上”、“接合至”、“连接至”或者“耦接至”另一元件或者部分时，该元件或者部分可直接在另一元件或者部分上，接合、连接或者耦接至另一元件或者部分，或者可存在介于其间的元件或者部分。相反，当一个元件被称为是“直接在...上”、“直接接合至”、“直接连接至”或者“直接耦接至”另一元件或者部分时，可不存在介于其间的元件或者部分。用于描述元件之间的关系的其他词应当以类似的方式来解释。

如在以上背景技术中所提到的，本发明人意识到，现有技术中在尽可能降低铁水中的钒含量损失方面，仍然存在进一步的改进空间。需要一种能够在将铁水输送至铁水罐的过程中，尽可能降低铁水中的钒含量损失，提高产率的方案。基于现有技术中的这些问题和改进的空间，本申请的发明人在一个或多个实施例中提供了一种提高铁水中钒含量的装置和方法，相信其能解决现有技术中的一个或多个问题。

本申请的发明人发现，在含钒铁水经铁沟到流嘴流入铁水罐过程中，流嘴到铁水罐上沿的高度相差2-5m，装满一罐铁水时间在25-60min，含钒铁水在从流嘴流入铁水罐的过程中，铁水的流股与空气流充分接触，铁水中的钒氧化(雾化提钒原理)，导致铁水中钒含量降低，而生成含钒渣浮于铁水罐表面，铁水送至炼钢后进行预处理，表面含钒浮渣不能回收，造成一定量的钒损失，增加了冶炼成本。

基于此，根据本发明的一个方面，提供了一种提高铁水中钒含量的装置100，参考图1到图4，装置100包括环形管道102和若干第一排气孔104。环形管道102位于铁水罐108口沿上方，并且处在铁沟110的流嘴112下方以及与所述流嘴112对准。第一排气孔104位于所述环形管道102上侧面，第一排气孔104用于向所述流嘴112方向喷出保护气体以对铁水流114形成纵向保护气幕116。其中，所述保护气体中的氧含量低于第一阈值，例如3％以下，或者不含氧的气体，例如氮气等。

在一些实施例中，装置100进一步可以包括气源120，气源120可以通过气管122与环形管道102的进气口124连通，以向环形管道102提供气体来形成保护气幕，见图1。

与现有技术中的方案相比，本发明的装置100在铁水输送至铁水罐的过程中通过环形管道形成对铁水流的保护气幕，减少了铁水与氧气的接触，从而减少了钒的氧化损失，提高了产率。

根据本发明的一些实施例，保护气体可以包括燃烧废气，燃烧废气回收自其它燃烧过程。这可以降低气体成本，减轻废气处理工作，同时更加环境友好。

在本发明的进一步实施例中，所述环形管道102与热风炉的废气排放管道连通。在此实施例中，气源120即为热风炉的废气排放管道，实现了对燃烧废气的循环利用，更加环保且成本低。

根据本发明的一些实施例，参考图1、图2和图4，装置100还包括位于所述环形管道102外侧面的若干第二排气孔106，所述第二排气孔106用于向环形管道102外周方向喷出保护气体以形成水平保护气幕118。水平保护气幕118可以隔绝从铁水罐108口沿进入的空气，更进一步隔绝氧气，形成对铁水流114的保护。

在进一步的实施例中，装置100还可以包括位于所述环形管道102下侧面的若干第三排气孔(未示出)，第三排气孔用于向所述铁水罐108内喷出保护气体以降低铁水罐108内的氧气含量，从而更好地隔绝氧气，形成对铁水流114的保护。

根据本发明的若干实施例，环形管道102的直径为3000-4000mm，该尺寸可以更好地覆盖铁水罐108口沿，形成对铁水流114的保护。

在本发明的一些实施例中，第一排气孔104的直径为所述第二排气孔106的直径的2至5倍，由此将更多气体导向纵向保护气幕116，对下落的铁水流114提供更佳的保护。在一些较佳的实施例中，所述第一排气孔104的直径为10mm，所述第二排气孔106的直径为4mm，以实现保护气体在纵向保护气幕116和水平保护气幕118之间更佳的分配。

根据本发明的一个实施例，相邻的所述第二排气孔106之间的角度间距为15-20度。角度间距指的是相邻的所述第二排气孔106与环形管道102的中心位置的连线形成的夹角，由此可实现更佳的水平保护气幕118形态。

此外，见图1，根据本发明的一个实施例，环形管道102位于铁水罐108沿上方5至10cm高度。该高度可以使铁水流114得到更好的保护，同时不会影响正常生产流程。

基于该装置100，本申请的发明人进行了一系列对比实验如下：

基准例：

在不使用装置100的正常情况下，铁水罐装满铁水时间32min，流嘴距罐底7m，流嘴距罐沿3m，含钒铁水经流嘴流入罐内，铁水刚入罐时铁水流股7m暴露在空气中，到铁水罐快装满铁时也有3m铁水流股暴露在空气中，在此过程中，含钒铁水流股与空气充分接触(类似于雾化提钒)而导致部分钒被氧化，降低了铁水中的钒含量，含钒铁水流嘴处铁水中钒含量0.325％，铁水罐装满含钒铁水后罐内铁水中钒含量0.313％，降低了0.012个百分点(3.69％)。

对比例1：

在使用装置100的情况下，铁水罐装满铁水时间31min，流嘴距罐底7m，流嘴距罐沿3m，在铁口刚出铁时，铁水罐沿的环形管道内通入燃烧炉废气，废气成分及流量见下表1。含钒铁水经流嘴流入罐内，流股周边被燃烧炉废气保护，避免与大量空气接触，从而降低了铁水中钒的氧化。含钒铁水流嘴处铁水中钒含量0.325％，铁水罐装满含钒铁水后罐内铁水中钒含量0.320％，降低了0.005个百分点(1.53％)。

表1

对比例2：

在使用装置100的情况下，铁水罐装满铁水时间33min，流嘴距罐底7m，流嘴距罐沿3m，在铁口刚出铁时，铁水罐沿的环形管道内通入燃烧炉废气，废气成分及流量见下表2。含钒铁水经流嘴流入罐内，流股周边被燃烧炉废气保护，避免与大量空气接触，从而降低了铁水中钒的氧化。含钒铁水流嘴处铁水中钒含量0.324％，铁水罐装满含钒铁水后罐内铁水中钒含量0.320％，降低了0.004个百分点(1.23％)。

表2

对比例3：

在使用装置100的情况下，铁水罐装满铁水时间31min，流嘴距罐底7m，流嘴距罐沿3m，在铁口刚出铁时，铁水罐沿的环形管道内通入氮气，氮气含量及流量见下表3。含钒铁水经流嘴流入罐内，流股周边被氮气保护，避免与大量空气接触，从而降低了铁水中钒的氧化。含钒铁水流嘴处铁水中钒含量0.318％，铁水罐装满含钒铁水后罐内铁水中钒含量0.315％，降低了0.003个百分点(0.09％)。

表3

对比例4：

在使用装置100的情况下，铁水罐装满铁水时间33min，流嘴距罐底7m，流嘴距罐沿3m，在铁口刚出铁时，铁水罐沿的环形管道内通入氮气，氮气含量及流量见下表4。含钒铁水经流嘴流入罐内，流股周边被氮气保护，避免与大量空气接触，从而降低了铁水中钒的氧化。含钒铁水流嘴处铁水中钒含量0.315％，铁水罐装满含钒铁水后罐内铁水中钒含量0.313％，降低了0.002个百分点(0.06％)。

表4

根据本发明的另一个方面，还提供了一种提高铁水中钒含量的方法，包括以下步骤：

通过铁沟110的流嘴112向铁水罐108内倾倒含钒铁水；

从所述铁水罐108沿分别向所述流嘴112的方向和水平方向喷出保护气体以形成纵向保护气幕116和水平保护气幕118，其中，所述保护气体中的氧含量低于第一阈值。

同样地，应当理解，在相互不冲突的情况下，以上针对根据本发明的提高铁水中钒含量的装置100阐述的所有实施方式、特征和优势同样地适用于根据本发明的该另一个方面的提高铁水中钒含量的方法。也就是说，上面所述的所有实施例及其变化都可以直接移转应用并结合于此。为了本公开的简洁起见，在此不再赘述。

综上所述，相比于现有技术，本发明提出了一种提高铁水中钒含量的装置和方法，在铁水输送至铁水罐108的过程中通过环形管道102形成对铁水流114的保护气幕116、118，减少了铁水与氧气的接触，从而减少了钒的氧化损失，提高了产率。

应当理解，在技术上可行的前提下，以上针对不同实施例所列举的技术特征可以相互组合，从而形成本发明范围内的另外实施例。

在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。

上述实施例是本发明的实施方式的可能示例，并且仅是为了使本领域技术人员清楚地理解本发明的原理而给出。本领域技术人员应当理解：以上针对任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子。在本发明的整体构思下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以彼此进行组合，并产生如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在具体实施方式中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所要求的保护范围之内。