Способ получения феррованадия

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству феррованадия металлотермическим восстановлением. Сущность: в восстановительную плавку вводят магнезиальные материалы, причем восстановительный период проводят при соотношении технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов 1:(1,7-2,2):(0,4-0,8) и расходе магнезиальных материалов в количестве 100-350 кг/т сплава, а рафинирование проводят смесью технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов в соотношении 1: (0,9-1,2):(0,2-0,4) при расходе магнезиальных материалов в количестве 50-100 кг/т сплава, процесс проводят при температуре 1700-1850^oC, а в конце восстановительного периода при сливе отвальных шлаков в печь или шлаковую чашу задают борный ангидрид в количестве 6-12 кг/т шлака. 1 з.п. ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, к производству ферросплавов.

Известны три способа получения феррованадия: углетермический, силикоалюмотермический и алюмотермический.

Углетермический способ не получил широкого распространения в виду высокого содержания (4-6% ) углерода в сплаве, который не может использоваться при выплавке большинства сталей, легированных ванадием.

Алюмотермический способ получения феррованадия распространен достаточно широко. Однако для своего осуществления требует сложной подготовки шихты и чистых в отношении вредных примесей шихтовых материалов. Кроме того, в сплав переходит большое количество алюминия, что требует проведения дополнительной операции рафинирования. Извлечение ванадия достигает 95-97% Известен силикоалюмотермический способ получения феррованадия, который наиболее близок к предлагаемому по технической сущности. Способ включает заправку печи, заливку рафинировочного шлака предыдущей плавки, загрузку металлоотсева, восстановительный и рафинировочный периоды и выпуск продуктов плавки. Восстановительный период складывается из двух частей.

В первый восстановительный период восстановление ванадия ведут из технической пятиокиси ванадия и оборотных продуктов плавки (рафинировочного шлака) ферросилицием и алюминием и на известковых шлаках.

Во второй восстановительный период восстановление ванадия из технической пятиокиси ванадия ведут ферросилицием и алюминием, причем техническую пятиокись ванадия загружают в смеси с известью в соотношении 1:1,5.

После слива отвального шлака сплав рафинируют от кремния технической пятиокисью ванадия и известью в соотношении 1:1 и производят выпуск продуктов плавки.

Недостатком известного способа является то, что процесс протекает при неблагоприятных (1900-2000^oC) температурных условиях, которые определяются шлаковым режимом. Такие температуры затрудняют проведение восстановительных и рафинировочных процессов и практически соответствуют огнеупорности магнезитовой футеровки печи. Это приводит к снижению извлечения ванадия и обуславливает низкую стойкость футеровки. В то же время проведение процесса при таких высоких температурах требует подвода значительного количества тепла.

Кроме того, получающиеся отвальные шлаки при охлаждении подвергаются распаду с образованием мелкодисперсной силикатно-известковой пыли с присутствием до 0,35% опасного для здоровья и окружающей среды пентоксида ванадия.

Целью изобретения является повышение извлечения ванадия, повышение стойкости магнезитовой футеровки, снижение расхода электроэнергии и получение отвальных шлаков, стойких к силикатному и магнезиальному распадам.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения феррованадия, включающему заправку печи, загрузку металлоотсева, заливку рафинировочного шлака предыдущей плавки, загрузку смеси технической пятиокиси ванадия, извести, ферросилиция и алюминия, ее проплавление, восстановление и слив отвального шлака, загрузку новой порции смеси, ее проплавление, восстановление и слив отвального шлака, рафинирование сплава смесью технической пятиокиси ванадия и извести и выпуск продуктов плавки, загрузку смеси ведут с магнезиальными материалами, при восстановлении поддерживают соотношение технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов 1:(1,7-2,2): (0,4-0,8) и расход магнезиальных материалов в количестве 100-350 кг/т сплава, рафинирование проводят смесью технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов в соотношении 1:(0,9-1,2):(0,2-0,4) при расходе магнезиальных материалов 50-100 кг/т сплава, а плавление и восстановление проводят при температуре 1700-1850^oC.

Кроме того, при сливе отвальных шлаков в печь или шлаковую чашу задают борный ангидрид в количестве 6-12 кг/т шлака.

Количество магнезиальных материалов и их соотношение с технической пятиокисью ванадия и известью определены на основании экспериментальных данных и обусловлены возможным содержанием оксида магния в магнезиальных материалах.

В качестве магнезиальных материалов могут использоваться магнезитовый порошок, обожженный доломит, а также и преимущественно магнезиальные материалы, полученные после разборки с последующей подготовкой отработанной футеровки с содержанием оксида магния 80-95% При оптимизации процесса экспериментальными опытами определены количественные соотношения шихтовых материалов, обеспечивающих получение шлаков с высокими технологическими свойствами для проведения процесса.

Добавка магнезиальных материалов уже на стадии плавления позволяет сформировать более легкоплавкий активный шлак с менее выраженными агрессивными свойствами в отношении футеровки и обеспечивает проведение процесса плавления и восстановления при температуре 1700-1850^oC.

Такие температурные условия улучшают протекание экзотермической реакции и смещают равновесие реакции в сторону восстановления ванадия, что в конечном итоге приводит к увеличению извлечения ванадия. Снижение температуры процесса определяет и уменьшение расхода электроэнергии и в совокупности с более высоким содержанием оксида магния в шлаке благотворно сказывается на стойкости футеровки.

Количество борного ангидрида для стабилизации шлака определено на основании экспериментальных данных и обусловлено требованиями экологии и получением материала как товарного продукта для использования в строительной индустрии.

Опытными данными установлено, что количество вводимого борного ангидрида определяет не только устойчивость шлака к силикатному распаду, но и позволяет получить мелкокристаллическую структуру, которая определяет способность шлака к магнезиальному распаду. Этому способствует и более низкая температура шлака.

Пример. Испытание способа проводили в электродуговой печи ДС-6Н. В заправленную магнезитовым порошком печь завалили металлоотсев с последующим его разравниванием на подине. Затем залили рафинировочный шлак и включили ток. После расплавления металлоотсева и прогрева ванны в течение 15-20 мин завалили основную часть шихты, состоящую из технической пятиокиси ванадия, извести, магнезиальных материалов, ферросилиция и алюминия, с последующим проплавлением и восстановлением ванадия. Обедненный по ванадию шлак слили и на поверхность расплава задали новую порцию шихты, после расплавления и восстановления ванадия слили шлак. Перед сливами шлаков в ковш задали необходимое количество борного ангидрида.

После слива 2-го шлака на поверхность расплава задали рафинировочную смесь, состоящую из технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов. По достижении в металле кремния, отвечающего требованиям потребителя, производили выпуск металла и рафинировочного шлака. По ходу плавки производились замеры температуры.

Результаты исследований приведены в таблице.

Как видно из табличных данных, по предлагаемому способу извлечение ванадия повышается на 0,2% расход электроэнергии снижается на 50 кВт/ч, а износ футеровки уменьшается на 17-30% Шлак после остывания не рассыпается, образуется монолитный кусок с мелкокристаллической структурой. При складировании на шлаковом отвале с целью выяснения устойчивости в атмосферных условиях в течение нескольких месяцев признаков рассыпания не обнаружено (варианты 2-4).

Проведенные испытания показали, что щебень из дробленного шлака соответствует по прочности марки "800", а по морозоустойчивости марки F-200, водопоглощение щебня составило 3,6% что отвечает технологическим условиям использования щебня при изготовлении бетонной смеси.

Оптимальное количество задаваемых магнезиальных материалов и их соотношение с технической пятиокисью ванадия и известью составляют для восстановительного периода 100-350 кг/т сплава и 1:(1,7-2,2):(0,4-0,8), а для рафинировочного периода соответственно 50-100 кг/т сплава и 1:(0,9-1,2):(0,2-0,4).

При отношении магнезиальных материалов менее 0,4 и более 0,8 от массы технической пятиокиси ванадия и извести и их количестве менее 100 и более 350 кг/т сплава при восстановлении и при отношении магнезиальных материалов менее 0,2 и более 0,4 от массы технической пятиокиси ванадия и извести и их количестве менее 50 и более 100 кг/т сплава при рафинировании образуются шлаковые расплавы с высокой температурой плавления, ухудшающие протекание восстановительных процессов и агрессивно воздействующие на огнеупорную кладку.

При этом для поддержания шлакового расплава в жидкоподвижном состоянии необходим подвод дополнительного тепла, что увеличивает расход электроэнергии (варианты 5 и 6).

Процесс следует вести при температуре 1700-1850^oC. Ведение плавки ниже 1700^oC замедляет плавление и резко ухудшают кинетику процесса восстановления вследствие получения гетеродинного шлакового расплава, что значительно снижает извлечение ванадия (вариант 7).

Ведение плавки выше 1850^oC также уменьшает извлечение ванадия из-за ухудшения термодинамических условий, снижает стойкость футеровки и приводит к повышенному расходу электроэнергии (вариант 8).

Расход борного ангидрида является оптимальным.

При расходе борного ангидрида в количестве меньше 6 кг/т шлака структура охлажденного шлака является крупнокристаллической, и он подвержен магнезиальному распаду, при расходе более 12 кг/т шлака структура охлажденного шлака не изменяется и остается мелкокристаллической, но при этом происходит ухудшение экономических показателей (варианты 5 и 6).

Эффект от использования предлагаемого способа складывается за счет повышения извлечения ванадия, экономии электроэнергии, огнеупоров, а также от реализации дробленного шлака как товарного продукта.

Источник информации.

М.А. Рысс. Производство ферросплавов, М. 1985, стр. 300-302.

Формула изобретения

1. Способ получения феррованадия, включающий заправку печи, загрузку металлоотсева, заливку рафинировочного шлака предыдущей плавки, загрузку смеси технической пятиокиси ванадия, извести, ферросилиция и алюминия, ее проплавление, восстановление и слив отвального шлака, загрузку новой порции смеси, ее проплавление, восстановление и слив отвального шлака, рафинирование сплава смесью технической пятиокиси ванадия и извести и выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что загрузку смеси ведут с магнезиальными материалами, при восстановлении поддерживают соотношение технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов 1 1,7 2,2 0,4 0,8 и расход магнезиальных материалов в количестве 100 350 кг/т сплава, а рафинирование проводят смесью технической пятиокиси ванадия, извести и магнезиальных материалов в соотношении 1 0,9 1,2 0,2 0,4 и расходе магнезиальных материалов 50 100 кг/т сплава, а плавление и восстановление проводят при 1700 1850^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сливе отвальных шлаков в печь или шлаковую чашу задают борный ангидрид в количестве 6 12 кг/т шлака.

РИСУНКИ

Рисунок 1