反射爐生產(chǎn)五氧化二釩改進

反射爐生產(chǎn)五氧化二釩改進霍振軍;鐘云慶【摘要】目前，國內(nèi)生產(chǎn)片狀五氧化二釩以反射爐為主在生產(chǎn)中存在回收率低、熱效率低能耗高、爐體壽命短等缺點，制約了產(chǎn)能的釋放,同時對成品質(zhì)量造成了一定的影響，因此，成渝釩鈦科技有限公司釩鈦制品廠積極開展對反射爐的研究，通過爐體改造、工藝優(yōu)化等，提高了反射爐的使用壽命，并降低了燃氣的耗量.【期刊名稱】《四川冶金》【年(卷)，期】2014(036)005【總頁數(shù)】4頁(P88-91)【關(guān)鍵詞】反射爐;回收率;還原;多釩酸銨【作者】霍振軍;鐘云慶【作者單位】川威特殊鋼有限公司，四川內(nèi)江642469;川威特殊鋼有限公司，四川內(nèi)江642469【正文語種】中文【中圖分類】TF8411引言成渝釩鈦科技有限公司釩鈦制品廠五氧化二釩生產(chǎn)線于2008年2月開建，2009年4月結(jié)束試生產(chǎn)開始正式運行，該套生產(chǎn)線的熔化工序采用反射爐熔片，其原料為沉淀工序通過酸性銨鹽沉淀法生產(chǎn)出的多釩酸銨(APV又名黃餅)。反射爐生產(chǎn)片狀五氧化二釩存在回收率低、熱效率低能耗高、爐體壽命短等缺點，制約了產(chǎn)能的釋放，同時對成品質(zhì)量造成了一定的影響，其中釩回收率只有92%，天然氣單耗900m3/t，爐齡400爐，相比國內(nèi)其他廠家差距較大，國內(nèi)先進廠家反射爐天然氣用量較少，甚至不使用天然氣，反射爐爐齡達到600爐以上，釩回收率更是達到了95%。因此，成渝釩鈦科技有限公司釩鈦制品廠積極開展了對反射爐的研究，通過爐體改造、工藝優(yōu)化等，提高了反射爐的使用壽命，并降低了燃氣的耗量。2熔化工藝流程五氧化二釩產(chǎn)品分為片狀和粉狀，其中大約90%的五氧化二釩用于釩鐵、釩鋁、釩氮等合金的生產(chǎn)，不宜使用粉狀五氧化二釩。APV的熔化包含干燥脫水、分解脫氨、五氧化二釩被氨氣部分還原、低價釩氧化物再氧化、五氧化二釩熔化鑄片等物理化學(xué)過程。以十二釩酸銨為例，其反應(yīng)式如下：APV分解脫氨：當(dāng)反射爐內(nèi)溫度低于多釩酸銨熔點(~6701)時，濕的APV完成干燥脫水后，多釩酸銨在加熱狀態(tài)下分解脫氨：V2O5被NH3部分還原：當(dāng)反射爐內(nèi)溫度高于多釩酸銨熔點(~6701)時，V2O5被NH3部分還原成釩的低價氧化物：低價釩氧化物再氧化：隨著氨氣的消耗，系統(tǒng)中氨分壓降低，氧分壓逐步升高，低價釩氧化物又被氧化成V2O5：應(yīng)當(dāng)指出，低價釩氧化的再氧化反應(yīng)是必不可少的，否則V2O5的熔化無法完成。釩的價態(tài)越低，其氧化物的熔點便越高，見表1,從表列數(shù)據(jù)可以看出，低價釩氧化物的熔點高達1545°C~2070°C，這是現(xiàn)有反射爐內(nèi)根本無法達到的溫度。因此，低價釩氧化物的再氧化，將其全部氧化成低熔點的高價氧化物(V2O5)是APV熔化的必備條件。3反射爐生產(chǎn)存在的問題分析及改進措施3.1天然氣單耗高要降低反射爐天然氣單耗，首要的就是要增加反射爐內(nèi)氧化氣氛，所以要想辦法在反射爐內(nèi)增加個送風(fēng)管道或加大送風(fēng)量，根據(jù)天然氣與高爐煤氣的特點和性質(zhì)差異，由于高爐煤氣熱值低，且含有大量的還原氣體CO,容易造成高價釩被還原成低價釩，因而要增強爐內(nèi)氧化氣氛，調(diào)節(jié)空氣配比，保持氧化性氣氛。表1釩氧化物的熔點項目V2O5V2O4V2O3V2O2熔點(°C)670154520701790顏色橙色蘭色灰黑色灰色然后就是在布料方式和脫氨脫水及熔化階段合理調(diào)配天然氣的用量。布料方式采用大斜坡式，增大爐內(nèi)多釩酸銨的熔化面積，減少由于火焰直接燒到料面而產(chǎn)生白料;脫水脫氨階段盡量不使用或少使用天然氣，采用全高爐煤氣加熱1h~1.5h，待料面結(jié)殼后，混入天然氣快速引流，熔化前期，配入天然氣150m3/h~300m3/h,快速提高爐內(nèi)溫度850C~950C，待進入熔化中期開始降低天然氣用量，等整體爐溫及料層溫度持續(xù)穩(wěn)定進入熔化后期，降低天然氣至0m3/h~150m3/h。最后，在保證安全的前提下，利用反射爐煙道余熱，加熱高爐煤氣和空氣后再入爐使用，提高熱利用率，根據(jù)熔化的各個時期，不斷調(diào)節(jié)爐門和煙道閥門的開口度，保證爐內(nèi)氧化性氣氛。但是，在方案中存在一個難點，就是由于降低天然氣后，全使用高爐煤氣，使得高爐煤氣中的CO容易還原高價釩，且產(chǎn)生相應(yīng)的熱量，高爐煤氣消耗的氧比天然氣要高2~3倍，使得反射爐內(nèi)的氧化性氣氛更加不足，導(dǎo)致熔化時間延長。因此，釩鈦制品廠相關(guān)人員通過討論，提出了下面解決措施：根據(jù)熔化的各個時期，不斷調(diào)節(jié)爐門和煙道閥門的開口度，保證爐內(nèi)氧化性氣氛，以及通過在外用風(fēng)機向爐內(nèi)供入空氣。3.2釩回收率低反射爐熔片過程中的五氧化二釩揮發(fā)損失是熔化釩損失的主要方式之一，由表1可知，價態(tài)越低，其氧化物的熔點越高，五氧化二釩的熔點是670°C，四氧化二釩的熔點則高達1545C。五氧化二釩熔化后，隨著溫度升高其蒸汽壓呈直線上升，見圖1,溫度大于1000C時更為明顯。圖1V2O5蒸氣壓與溫度的關(guān)系其次，APV在脫水后變成粉狀A(yù)PV，脫氨后在670C以前為粉狀五氧化二釩，因粉狀物相對密度較低（粉狀五氧化二釩在22.6C時為3.352g/cm3）,在反射爐內(nèi)易被爐氣沖走，從而隨煙氣排放而形成機械損失。跟蹤檢測結(jié)果表明，通常熔化鑄片工序的釩損失率在2.5%-3.0%范圍內(nèi)，其中蒸發(fā)損失約占80%，隨煙氣排放的機械損失僅占20%左右。同時，濕APV進入反射爐后，首先是脫水、脫氨，該過程得到的三種產(chǎn)物為水、氨氣和五氧化二釩，如果氨氣不能及時排出，會將五氧化二釩還原成低價釩，造成熔化溫度升高與熔化周期延長，導(dǎo)致粉狀V2O5的機械損失增大。因此，應(yīng)在熔化期增大爐門和煙道閘門的開度，提高爐內(nèi)的氧化氣氛，減少高價釩的還原以縮短熔化周期，減小釩的損失。加料后未對爐料進行扒料或扒料操作不精心，爐內(nèi)物料常呈現(xiàn)出料堆形或〃馬鞍型”（三堆料）布料情況，導(dǎo)致熔化周期延長，使熔化后的五氧化二釩不能及時出爐，造成釩的揮發(fā)損失增加。因此，必須精心操作，杜絕料堆形布料或馬鞍型布料，使釩液及時流出，縮短熔體在反射爐內(nèi)的停留時間，減少釩的揮發(fā)損失。3.3反射爐爐齡短反射爐爐齡短的主要原因為脫水脫氨過程中產(chǎn)生的氨氣及濕APV對爐墻、熔池、爐頂?shù)那治g，同時還有熔化過程中高溫生產(chǎn)對耐火材料的燒損，尤其是下料斗周邊，由于高溫操作及對爐頂APV清理不干凈，造成下料斗燒損及APV熔化后的液體造成的侵蝕。以上是熔片過程中的爐體構(gòu)造、布料方式及操作等工序?qū)θ細庀?、釩回收率、反射爐壽命的影響，除此之外，入爐APV的質(zhì)量也對此有很大的影響。APV水份過高，會延長脫水脫氨的時間及需求溫度，容易造成高溫生產(chǎn)，增大燃氣用量，同時會使APV中的氨氮含量增加，使?fàn)t內(nèi)還原氣氛增多，造成周期變長和低價釩的增加。因此，要嚴把質(zhì)量關(guān)，控制好過程和成品質(zhì)量，杜絕廢品的產(chǎn)生，所以要加強與沉淀工序的工作聯(lián)系，嚴把原料質(zhì)量關(guān)，控制多釩酸銨的質(zhì)量分數(shù)達到98%以上，水分低于40%，從而降低APV中的水份及氨氮含量。4反射爐生產(chǎn)改進后的控制方式通過以上分析可以看出，造成燃氣單耗高、釩回收率低、反射爐爐齡短等問題都有些共同原因，首先就是入爐原料APV的水份含量高造成的爐內(nèi)氧化氣氛缺乏，導(dǎo)致用大量燃氣高溫生產(chǎn)，增大了釩的揮發(fā)，并對反射爐燒損嚴重;其次為生產(chǎn)過程中空氣和燃氣配比失誤，大量的燃氣消耗了反射爐內(nèi)的氧化氛圍，使成品低價釩比例增加，并引發(fā)高溫生產(chǎn)造成釩損失大、燃氣消耗高及反射爐燒損;還有在生產(chǎn)過程中對反射爐的易損、易侵蝕部位的保護力度不夠，對出現(xiàn)漏火情況沒有及時處理，造成反射爐壽命短、釩損失大。因此，在生產(chǎn)過程中，根據(jù)分析結(jié)果對生產(chǎn)提出的解決措施，首先是在原料APV生產(chǎn)方面嚴把質(zhì)量關(guān)，沉淀嚴格按照操作要求進行加酸、加銨，并及時洗滌，保證洗滌效果，從而減少APV中的結(jié)晶水和游離水，使APV中水分控制在40%以內(nèi)。其次就是對工藝制度重新進行了優(yōu)化，通過降低熔化溫度，熔化溫度從原來的1050°C下降到950°C以內(nèi)。同時加強員工的操作水平，操作員工進行了降低天然氣用量的技術(shù)交流和培訓(xùn)，操作上通過勤調(diào)節(jié)和勤觀察，減少白料的生成，將反射爐燒嘴進行改造，從而加大送風(fēng)量，增加爐內(nèi)氧化氣氛。另外，要求操作工勤觀察，看火焰是否直接燒在料面上，發(fā)現(xiàn)燒在料面上，立即用耙子把APV扒平，盡量避免火焰直接燒在料面上。在布料后脫水、脫氨過程中，用少量的煤氣，天然氣控制在250m3/h-300m3/h之間，火焰長度控制在出釩口（火焰長度利用煤氣和空氣來控制），抽風(fēng)閥關(guān)閉（翻板閥壞）保證微量抽風(fēng)。爐尾APV利用微量抽風(fēng)帶過來的余熱來脫水、脫氨。要求溫度均勻緩慢上升，溫度從原來的1000C以上改為600C左右，避免前期出現(xiàn)白料。溫度達到600C左右時，加大天然氣用量，控制在300m3/h~350m3/h之間，溫度控制在900C~950C，保證一定的液面，準(zhǔn)備引流。引流后保證溫度控制在950C左右，盡量控制從爐前到爐尾的順序熔化。同時微開煙道閥，保證爐內(nèi)充分氧化氣氛。同時，對反射爐墻易被侵蝕和沖刷部分進行改造，增加爐體外墻與料面接觸部位磚墻體厚度，爐底中心與流槽口結(jié)合部位粘土磚改為高鋁磚，增加耐侵蝕和沖刷能力，延長使用壽命。對爐頂易燒穿和下料斗與爐頂結(jié)合部位進行改造，使用澆注的方式將下料斗和爐體緊密結(jié)合，防止因爐頂多釩酸銨熔化侵蝕和沖刷爐頂而造成的爐體穿頂?shù)默F(xiàn)象。將爐內(nèi)擋火墻升高，有效防止熱量的散失，將燒嘴上升，防止白料和低價釩的產(chǎn)生，同時可增加入爐量。在經(jīng)過以上工藝、設(shè)備改造之后，反射爐天然氣耗量逐月呈下降趨勢，到2013年11月已降低到500m3/t，同比2010年降低了400m3/t，同時反射爐爐齡也從450爐提高到了目前的600爐以上，釩回收率也從92%提高了到95%。5結(jié)論（1）造成熔化燃氣單耗高、釩回收率低、反射爐爐齡短等問題都有一些共同原因，首先就是入爐原料APV的水分含量高、空氣和燃氣配比失誤及在生產(chǎn)過程中對反射爐的易損、易侵蝕部位的保護力度不夠，對出現(xiàn)漏火情況沒有及時處理造成的。(2)應(yīng)將APV水分降低到40%以內(nèi);熔化溫度控制到950°C以下并保證反射爐內(nèi)氧化氣氛充足，適當(dāng)延長脫水脫氨時間、減少熔化時間;增加反射爐體外墻與料面接觸部位磚墻體厚度，