霍振軍，鐘云慶

(川威特殊鋼有限公司，四川內(nèi)江642469)

1 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過程。以十二釩酸銨為例，其反應(yīng)式如下:

APV分解脫氨:

當反射爐內(nèi)溫度低于多釩酸銨熔點(～670℃)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:

當反射爐內(nèi)溫度高于多釩酸銨熔點(～670℃)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1 545℃ ～2 070℃，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)增加個送風管道或加大送風量，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

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850℃ ～950℃，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℃，四氧化二釩的熔點則高達1 545℃。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1 000℃時更為明顯。

圖1 V2O5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670℃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22.6℃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，使爐內(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1 050℃下降到950℃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，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)，抽風閥關(guān)閉(翻板閥壞)保證微量抽風。爐尾APV利用微量抽風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1 000℃以上改為600℃左右，避免前期出現(xiàn)白料。溫度達到600℃左右時，加大天然氣用量，控制在300m3/h～350m3/h之間，溫度控制在900℃ ～950℃，保證一定的液面，準備引流。引流后保證溫度控制在950℃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℃以下并保證反射爐內(nèi)氧化氣氛充足，適當延長脫水脫氨時間、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，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，使用澆注的方式將下料斗和爐體緊密結(jié)合，將爐內(nèi)擋火墻升高，有效防止熱量的散失，將燒嘴上升。

(3)釩鈦制品廠在通過工藝優(yōu)化、設(shè)備改造后，熔化釩回收率達到了95%，反射爐齡600爐，天然氣單耗500m3/t。

［1］王小江，等．多釩酸銨熔化過程中的釩損失分析及對策［J］．四川有色冶金，2006(12)．

［2］楊守志．釩冶金［M］．冶金工業(yè)出版社，2010．