回转窑炉焙烧偏钒酸铵制备氧化钒的问题浅析_杨波.pdf

年第 期总第 期铁 合 金：作者简介 杨波 男，年出生，年毕业于宁夏大学过程装备与控制工程专业，获学士学位，工程师。现主要从事有色金属冶炼过程机械自动化研究。：。收稿日期 回转窑炉焙烧偏钒酸铵制备氧化钒的问题浅析杨波马飞虎李强陈国荣（中色（宁夏）东方集团有限公司 宁夏石嘴山）摘 要 为了解决偏钒酸铵制备五氧化二钒在生产中出现的进料粉尘大、除尘管道积尘严重、窑头窑尾有烟尘、进料堵料、炉内温度不稳定、烧得率低、物料转运效率低等问题，通过分析现有两台电加热回转窑及配套设施的设备布置图及生产工艺布置，提出了除尘系统改造方案及进料设备改造方案。并对物料特性进一步研究，结合本窑炉确立合适的工艺曲线，依据生产工艺流程及设备布置，结合焙烧后的物理特性，对物料实现了全自动远程气力输送。关键词 回转窑炉 偏钒酸铵 焙烧 五氧化二钒 粉尘 回收中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，），；，前言随着氧化钒市场紧缺，焙烧工艺技术不断完善，回转窑炉焙烧偏钒酸铵工艺的供热能源由原来的重油升级为燃气，温度及杂质均不可控。随着电加热回转窑炉成熟应用，以中色（宁夏）东方集团有限公司的两台电加热回转窑炉焙烧偏钒酸铵为研究实验对象，需要快速转型到“无碳无杂焙烧”工艺。转型后提高能源利用率，提升生态环境保护力度，解决五氧化二钒原料紧缺的局面。在生产中，回转窑炉的进料装置极易发生物料堵塞的情况，窑头、窑尾粉尘飞扬，既浪费物料又影响环境。因此，在实践中边研究边改进，解决物料堵塞、泄漏、炉内温度曲线、物料转运等问题，对于提高企业经济效益，改善生态环境具有十分重要的意义。现状分析 加料端收尘系统现有 的 两 台 电 加 热 回 转 窑 炉，型 号 ，入炉偏钒酸铵品位，水分约，设计进料量 ，设计产能 ，产品含五氧化二钒 左右，烧得率在左右。两台电加热回转窑炉共用一套振打反吹式布袋除尘器，其主要问题：回转窑加料端收尘系统管道过长，管道弯头设计较多，管道水平安装，造成粉尘物料沉积在管道内壁造成堵塞；由于部分物料批次含水较大，导致收尘器滤袋过滤效率较低；天车吊运吨袋加料，瞬间下料较多，不便控制，易造成物料飞扬；回转窑系统空间小，机械化水平落后，收尘系统设施整体布局不合理；回转窑炉排烟口温度较高导致除尘管道变形及腐蚀漏粉尘。回转窑炉加料端加料端管道交叉摆放，受到管道、设备、检维修空间的限制，部分改造不能实现整体效果；单螺旋进料会导致堵料。回转窑炉温度控制由于偏钒酸铵中夹杂少量多钒酸铵及添加剂，在焙烧时易自燃使分解的五氧化二钒升华，同时造成生态环境的污染。焙烧后转运成本较高焙烧的氧化钒采用叉车槽体转运至原料车间，转运成本较高，并且由于刮风、下雨、下雪等天气原因既造成氧化钒在转运过程中的损耗，又增加生态环境的污染。设计改造及方案 依据现场合理设计，重新布置拆除原有除尘系统，对该系统设备进行优化设计，独立、统一呈线形布置，这样才能从源头上解决设备合理布局的问题。根据产品特性拆除加料端单螺旋给料设备、料仓、换热设备。严格控制弯头数量，减少风阻，防止物料堆积；按就近原则设计计算收尘管道长度，降低风阻；管道设计一定倾角便于积尘溜下，减少管道积尘量。回转窑炉焙烧偏钒酸铵制备氧化钒设备系统改造布置如图 所示。吸收塔；除尘器；换热器；储料罐；进料成套系统；除尘主管道；窑头窑尾支管；电加热回转窑；水冷却螺旋；缓冲罐；稀相正压输送系统图 回转窑炉焙烧偏钒酸铵制备氧化钒设备系统改造布置图 加料端设备布局按照物料的特性进行设计，针对管道易堵的问题，管径设计为 ，管道应设计 倾角，主管道 弯头数量不宜超过 处，并设计振打装置、清理孔、排料口，减少泄露点，做好密封；收尘器就近位置摆放，采用脉冲振打 型，采用 材质 型滤袋，滤袋覆膜处理，工作温度 ，透气量 ，以便水汽通过时不粘接；投料端设计可旋转收尘罩，确保检修、安装时方便吊装；考虑到排烟管道内有较高温度（距离窑炉 处约），还有杂质、水分的腐蚀，管道材质选用 不锈钢；实现自动收尘，减少人工直接接触物料。依据偏钒酸铵焙烧工艺，研究回转窑炉相关参数 偏钒酸铵（）是钒氧化物的上级产品，有学者认为以偏钒酸铵直接制备钒氮合金，成本较 第 期杨波等 回转窑炉焙烧偏钒酸铵制备氧化钒的问题浅析 低。笔者在实践中得出了结论，大量氨气不及时排除，从反应区蔓延至氮化区、降温区，对耐火材料的腐蚀极其严重，快速缩短推板窑的使用寿命。中色（宁夏）东方集团有限公司对该方法做了全面经济核算，生产依然采用偏钒酸铵分解制备氧化钒。是一种白色或带淡黄色的结晶粉末，受热易分解得到多种产物，如表 所示。反应方程式：（）（）（）若参与反应的空气通量不足，被分解的氨气还原成中间氧化物（）及（），为了使五氧化二钒烧得率较高，依据表 参数做前期试验，结合设备实际情况，制定了适合该企业设备的生产工艺参数。回转窑炉参数设定如表 所示。表 偏钒酸铵热分解产物 温度 气氛分解产物空气、氧气、空气（）空气（）空气，氧气氢气（）氢气（）氢气，、氮气或氩气（）、氮气或氩气氮气和氢气（）氮气和氢气（）氮气和氢气水蒸气（）表 回转窑炉参数设定 各温区温度 一温区 二温区 三温区 四温区 五温区 六温区炉管转速（）水冷却螺旋转速（）进料频率 风机频率 脉冲周期 实验数据分析实验以 偏钒酸铵作为实验研究物料，分解后的五氧化二钒及可分解氧化物，大批投入用作生产钒氮合金原料，结果发现每一批次理论烧得率与实际收得率都有所不同，中间可分解氧化物占比均约。偏钒酸铵实验数据如表 所示。表 偏钒酸铵实验数据 批号磅重 投料重量 产出量 氧化钒除尘灰实际烧得率 理论烧得率 总重量 中间产物占比 除尘灰 此次实验得出，在工业生产中若提高纯度，就得减少进料量，延长热分解时间，或再次焙烧，这样会对生产成本造成一定幅度的提升（其中包括氧化钒烧损、人工、电费）。表 中，就除尘灰做进一步实验，发现粒度越小的偏钒酸铵越容易分解完全；由脉冲压力及脉冲频次决定了小于 目的微细颗粒会通过布袋孔隙损失，极小的一部分贴在回转窑内壁热集聚升华，五氧化二钒气体在生产中被操作人员吸入会导致舌苔发黑的症状，因此大批量生产时不追求烧得率提升至理论值。利用 偏钒酸铵制得的氧化钒及中间氧化物，用于生产钒氮合金，偏钒酸铵分解后的氧化钒含量如图 所示；大批次钒氮产品中 和 含量如图 所示，含量如图 所示。通过图 数据显示五氧化二钒含量在 之间，与国内常用石煤钒提取氧化钒和钢钒渣中提取氧化钒含量处于同一水平。铁 合 金 年 图 偏钒酸铵分解后的氧化钒含量 图 大批次钒氮合金中 和 含量 图 大批次钒氮合金中 含量 通过图、图 数据显示，对十大批钒氮合金中主要、元素进行分析，含量稳定的控制在，含量稳定控制在 ，含量稳定的控制在 。在行业内钒氮合金连续几年荣获行业优质供应商称号。若进一步降低生产制造成本，通过现有数据判断，可将偏钒酸铵焙烧中间氧化钒控制在 以内，先小批次实验投入生产钒氮合金，待产品分析数据出来后，验证上述实验结果的判断。稀相气力输送系统解决物料运输 工艺描述稀相正压输送技术参数如表 所示。表 稀相正压输送技术参数 输送介质堆积比重（）输送温度 输送能力（）输送距离 管径 弯头数 个粉末 水平 输送高度 高温（左右）五氧化二钒粉末经滚筒式水冷转窑冷却（冷却后温度 左右），在重力作用下进入下部缓冲仓暂存，暂存仓设有两个下料口，进现有的埋刮板，经埋刮板运输至钒铁车间使用；在重力作用下经由下部的手动检修阀、软连接落入下部旋转供料器（可调速旋转供料器），在旋转供料器转子的带动下均匀落入下部加速室，以后部罗茨鼓风机提供的气源为动力，经由输送管道及全衬耐磨弯头进入日料仓，两座日料仓设有气动分路阀组，可以根据生产需求手动切换，在日料仓上部设有脉冲布袋除尘器，含尘气体由脉冲布袋除尘器过滤后排出，排出的气体进入车间现有除尘总管，经过二次过滤后经由外部有组织排放烟囱排空，达到国家环保要求标准。输送控制系统该输送控制系统包括两部分：（）现场检测和执行装置。现场检测主要是指风机输送管道的压力，根据触摸屏设定的上、下限压力，提供给 控制器实现自动运行联锁，当压力高于设定的上限压力时，供料器停止运行，不再向管道内添加物料防止堵管，当长时间管线压力高于上限压力，系统发出声光报警，提醒巡检人员检查排堵。风机配置为一用一备，当一台风机出现故障时，自动切换至另一台风机运行，气动阀门同时动作，完成切换。（）控制柜。控制柜是该输送系统的中央控制装置，完成系统的手动和自动运行。控制柜内布置有：电源回路各部分的电源开关；动力设备的控制装置风机星三角启动回路、供料器变频动（下转第 页）第 期杨波等 回转窑炉焙烧偏钒酸铵制备氧化钒的问题浅析 表 次试验钨合金化学成分 序号检测位置实验 上（锯齿状层）中（粗晶粒层）下（细晶层）实验 上（锯齿状层）中（粗晶粒层）下（细晶层）实验 上 中 下 实验 上（锯齿状层）中 下（细晶层）参考文献 赵乃成，张启轩铁合金生产实用技术手册北京：冶金工业出版社，莫叔迟，张雪芳钨铁的生产工艺和铝热法冶炼 的试验研究中国钼业，（）：（上接第 页）力回路；系统 控制器及继电器联锁回路；控制柜面板布置有自动和手动操作按钮以及各运行状态的显示，并设有自动和手动切换开关。缓冲仓设有高低料位开关，输送管道设有压力开关，与旋转供料器、罗茨鼓风机采用联锁控制。缓冲仓高料位报警时，系统自动投入运行；低料位报警时自动停止运行；压力开关实时显示输送过程中管道中的压力，将信号传送给集成控制柜，由内部 程序自动判断输送过程中的异常变化。集成控制柜设有一键起停按钮及手动操作旋钮，即先启动罗茨风机，再投运旋转供料器。当系统停运时，操作顺序相反。结语通过对试验中偏钒酸铵焙烧五氧化二钒工艺过程进行了分析，解决了设备布置先天困难、粉尘大、炉内温度不可控、物料转运等问题，确定了除尘方式、设备再布置、炉内参数设定、物料转运方案，实施了具体改造方案，完成了偏钒酸铵焙烧五氧化二钒的整套设计，进行了大量数据分析。试验表明，电加热回转窑焙烧偏钒酸铵制备五氧化二钒整套系统改造用于工业生产的可行性，提高了烧得率、降低了氧化钒损耗、缓解了大量杂质气体对推板窑内耐火材料腐蚀的问题，实现了五氧化二钒远距离全自动稀相输送，保护生态环境，降低了综合成本。由于试验了大批量偏钒酸铵，在工艺上可控、可固化、可复现，为优化提纯工艺参数奠定了基础。参考文献 朱军，程国鹏，王欢，等偏钒酸铵一步法制备氮化钒研究钢铁钒钛，（）：梅炽有色冶金炉设计手册炼北京：冶金工业出版社，：赵秦生，李中军 钒冶金 长沙：中南大学出版社，谭超，肖路，王好，等偏钒酸铵连续化制备高纯五氧化二钒片钒研究工业炉，（）：铁 合 金 年