Способ выплавки ванадиевых сплавов

 

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАнАДИЕШХ СПЛАВОВ, включающий загрузку и расплавление, шихты, восстановление кремнием ванадия из пятиокиси ванадия и ванадиевого шлака в первом периоде, рафинирование полученного сплава от кремния пятиокисьвд ванадия , доводку сплава до заданного соста.ва во втором периоде и выпуск готового сплава, отличающий-, с я тем, что, с целью уменьшения расхода шихтовых материалови электроэнергии , увеличения производительности процесса и снижения себестоимости , в первом периоде ванадиевый шлак вводят на подину печи до ввода остальной части шихты, содержащей пятиокись ванадия, ферросилиций и известь при их соотношении 1-

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВ ГОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3497851/22-02 (22) 18.10.82 (46) 23.01.84. Бюл. 9 3 (72) И.И.Губайдуллин, Г.Н.Иутфуллин, М.М.Иинсадыров, Ю.С.Щекалев и Ю.П.Белый (71) Чусовской металлургический завод (53) 621.74 ° 02 (088.8) (56) 1.Пастухов A.È. Проблемы Качкамара. Сб. трудов УРАЛНИИЧМ.Свердловск, 1970.

2.Рысс М.A. Производство ферросплавов. М., Металлургия,.1975, с.,203-209. (54) (57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАнАДИЕЮХ СПЛАВОВ, включакщий загрузку и расплавление.шихты, восстановление кремнием ванадия из пятиокиси ванадия и ванадиевого шлака в первом периоде, рафинирование полученного сплава от кремния пятиокисью ванадия, доводку сплава до заданного состава во втором периоде и выпуск готового сплава, о т л и ч а ю щ и й; с я тем, что, с целью уменьшения расхода шихтовых материалов и злек,.80„„ 8495 д

3(59 С 21 С 5/52; С 22 С 35/00;

С 21 С 7/00 троэнергии, увеличения производительности процесса и снижения себестоимости, в первом периоде ванадиевый шлак вводят на поднну печи до ввода остальной части шихты, содержащей пятиокись ванадия, ферросилиций и известь при их соотношении.

l.:(1,65 — 2,25) : (4,75 — 6,75), во втором периоде дополнительно осуществляют восстановление ванадия из шлака при вводе в расплав последовательно по 10 — 15t смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести в соотношении 1:(3,20—

4,0).: (7 — 8,7), а доводку расплава осуществляют дополнительным введением в него известняка, извести Я и ферросилиция в соотношении 1:l:l.

2 ° Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что ванадиевый шлак вводят в первом периоде в количестве 23,1 — 24,4 вес.Ф от веса шихты.

3. Способ по п.l, о т л и ч а ю-шийся тем, что при доводке ванадиевого расплава расход ферросилиция выбирают 12 — 17% от его количества в первом периоде.

1068495

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке способов выплавки в дуговых электропечах ванадиевых сплавов.

Известен способ выплавки ванадиевых сплавов в дуговой электропечи, 5 включаюгций восстановительный период плавки, вссстановление ванадия ведут из оборотного шлака периода рафинировки и технической пятиокиси ванадия кремнием ферросигиция и алюминием, используя в качестве флюсующей добавки известь, а в качестве растворителя — стальную обрезь, металлотсев ванадиевого шлака, получаемый при его магнитной сепарации и т.д. Во второй период полученный сплав обогащают ванадием за счет восстановления его из присаживаемой совместно с известью технической пя-. тиокиси ванадия. Восстановление также преимущественно ведут кремнием ферросилиция и алюминия. Полученный сплав (35 — 40Ъ ванадия, 9 — 12Ъ кремния) рафинируют (третий период) от кремния, загружая в печь техническую пятиокись ванадия (окислитель) и известь (флюсуюций реагент) для связи образующейся двуокиси кремния и повышения полноты рафинирования сплава от кремния. По окончании третьего периода наряду с рафинированнь?2? от кремния сплавом получают ос:?овной шлак, содержащий

10 — 16== пятиокиси ванадия, который

ИСПОЛЬЗУЕТ? Я B ПЕРВОМ Г?ЕРИОДЕ ПОСЛЕдующей плавки (1 )

Недостатком известного способа является прима?.енис в качестве основного ванадийсодержащего продукта дорогостояг.,ей (3000 руб/т)технической пятиокиси г?анадия. К тому же 4г? применяемая для выплавки феррованадия пятиокись ванадия содержит до

0,1% фосфора v. серы (каждого) и является основным поставщиком фосфора и серы в готовый ферросплав. 4

Наибслее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки ванадийсодержацих сплавов в два периода, включающий загрузку и расплавление шихты, восстановление ванадиевого шлака и пятиокиси ванадия кремнием и рафинирование полученного сплава технической пятиокисью ванадия, доводку сплава Во втором периоде и выпуск готового сплава (2 )

Йедостатками известного способа выплавки ванадийсодержащих сплавов являются не высокая производительность процесса, высокое содержание окиси ванадия в шлаке, ведущее к дальнейшей его перераоотке, и ограниченное применение ванадиевого шлака, вызывающее увеличение стоимости получаемых сплавов.

Пелью изобретения является уменьшение расхода шихтовых материа. лов и электроэнергии, увеличение производительности процесса и снижение себестоимости ванадиевого сплава.

Указанная цель достигастся тем, что согласно способу выплавки вана— диевых сплавов, включающему загрузку и расплавление шихты, восстановление кремнием ванадия из.ванадиевого шлака и пятиокиси ванадия в первом периоде, рафинирование полученного сплава от кремния пятиокисью ванадия, доводку сплава до заданного состава во втором периоде и вь;пуск готового сплава,в первом периоде ванадиевый шлак вьодят на подиH)" печи до ввода остальной части шихты, содержащей пятиокись ванадия, ферросилиций и известь при ..х соотношении 1:(1,65 — 2,25) : (4,75 — 6,5) во втором периоде, дополнительно осуществляют восс=.ановлен?ге ванади;из шлака г?ри вводе в расплав последовательно по 10 — 15=. смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести в соотношении 1:(3,20-4,0 ):

:(7 — 8,7), а доводку расплава осуществляют дополнительным введением в него известняка, извести и ферро-.

1: 1: 1.

При "-ò.îì ванадиевый ??лак вводят в первом периоде в количестве 23,- :

24, 4 вес. = - от веса шихты.

Kpoi ie - Огог г ри дОвОдке ванадис вого сплава расход ферросигиция СG ставляет 12 — 17o- от его коли ес вв первом периоде плавки„

1!Слесообраз ность при,"".Снег?ил ва н -.— дисвого ш??а.ка взамен технической и.тиокиси вана".èÿ при произволс-.Be феррова ?алия обусловлена не только

МСН ЬШСй С Г СИМО СТ?..}0 B.IH а??И Я B Гг а?;.? г?П?

ЕВОМ UJ!c?КЕ (СТОИМОСТЬ 1 . V-i Сг, В Bc. надиево2. шлаке составляет ? 400 руб ) но и повышен;eì скво=.íîãî извлечен .я ванадия из ванадиевого шлака B сплав, Как " ?и «Той ЧаС fH Ill?PVB СтаЛИ :

ПОЛУг PHBR ТЕХНИЧЕСКОЙ ПЯТИОКИСИ Ва надия, при ??сто?рой теряется до ?0 ;: ва:?адия, содержащего в шлàKE искл: -ае" cB.

Применение ва??адиевого г?плака увеличи:ва:-т количество печного шлака. Послсдг?ес при одной - той же основности шлака полезно, так как уменьшает концентрацию фосфора и серы в шлаке, а следовательно, их концен.?.рац?и?о в металле. Применение ванадиевого шлака полезно и с точки зрения получен??я в сплаве низкого содержания углерода. Окислы железа ванадиевого шлака г?ри сравнительно высоких температурах процесса (1600 — 1750 С) легко восстанавливаются раствореннь?м B ванне углеро

1068495 дом, образуя окись углерода, которая фильтруя шлаковый слой, способ1 ствует ускорению и увеличению полноты восстановления окислов ванадия из шлака.

Ванадиевый шлак, как материал, 5 содержащий железо (40% в виде окислов и 20Ъ в виде металлических включений),заменяет применяемый (по известному способу) в первом периоде стальную обрезь и (или) металлоот- о сев, загружаемых на подину печи, причем его применение, как материала, изолирующего подину печи от агрессивного воздействия пятиокиси ванадия, более эффективно, так как тугоплавкий ванадиевый шлак химически взаимодействует с легкоплавкой пятиокисью ванадия, нейтрализуя. ее разрушающее воздействие, в то время как известные материалы химически инертны к шлаковому расплаву, содержащему пятиокись ванадия.

Однако при этом содержание ванадиевого шлака от всей шихты (ванадиевый шлак, пятиокись ванадия, известь, Ферросилиций) не превышает

24,4Ъ, так как при дальнейшем увеличении доли ванадиевого шлака в шихте продолжительность периода воз растает, существенно увеличивается расход восстановителя и извести и повышается расход электроэнергии.

Расход ванадиевого шлака должен быть выше, чем во второй период.

Экспериментально доказано, что расход ванадиевого шлака, с точки зрения получения оптимальной продолжительности первого и второго периода при максимально возможном количестве ванадиевого шлака, в первом периоде должен быть в 3-4 раза больше, 4Р чем во второй период. напротив, расход технической пятиокиси ванадия, способствующий быстрому образованию жидкоподвижного реакционноспособного шлака, в первый период должен 45 быть в 3-4 раза меньше, чем во второй период.

Концентрация кремния в смеси, присаживаемой на поверхность проплавляемого ванадиевого шлака, рассчитывается из условий практически полного восстановления окислов железа, марганца и ванадия, в том числе вносимых пятиокисью ванадия, 50-753 восстановления окислов титана, хрома и фосфора, а также степени усвоения его непосредственно расплавом.

Содержание извести в смеси учитывает получение шлака с основностью

2,2 — 2,5. При большой основности шлака плавление шихты резко ухудшается вследствие раннего выхода электрических дуг на поверхность расплава. Продолжительность первого периода плавки при этом существенно увеличивается. 65

При получении шлака меньшей основности восстановление ванадия вследствие образования весьма устойчивых силикатов ванадия тормозится и доводка шлака в этом случае до требуемых параметров зачастую невозможна.

Последовательное введение в печь ферросилиция, смеси пятиокиси ванадия и извести способствует ускорению прогрева и плавления шихты, быстрому набору нагрузки печи и устойчивому горению электрических дуг под слоем твердой шихты.

Соотношение между содержаниями в шихте ванадиевого шлака и пятиокисью ванадия во втором периоде подбирается экспериментально. Это соотношение должно быть 1:(3 — 4).

При введении в шихту большего количества ванадиевого шлака, продолжительность плавления шихтовых материалов заметно увеличивается.

Содержание извести в шихте второго периода рассчитывается из тех же условий, что и в первом периоде, т.е, для обеспечения необходимой основности шлака.

Завалка шихты второго периода производится последовательно по

10-15% от веса всей шихты этого периода, по мере проплавления предыдущей порции. Быстрая завалка шихты, так же как и увеличение веса порции шихты более 15Ъ, приводит к образованию жидкоподвижного шлакового расплава и выходу электрических дуг на поверхность расплава. Это приводит к снижению стойкости футеровки и замерзанию плавки. При весе порции меньше 101 продолжительность проплавления шихты в целом затягивается, увеличивая время второго периода и в целом плавки.

При выплавке Феррованадия по предлагаемому способу после операции баклуширования, с1 ть которой сводится к вводу деревянных баклуш на границу раздела металл шлак и увеличению поверхности их взаимодействия вследствие выделения газообразных продуктов горения дерева, содержание кремния в сплаве редко снижается ниже б-7%, а концентрация пятиокиси ванадия шлака ниже 7-8Ъ. Для окончательной, довод ки шлака по окончании второго периода в печь присаживают смесь извести, известняка и ферросилиция. Содержание ферросилиция в смеси состав ляет 12-17В от его расхода в первый период. Связь между расходами ферросилиция в первом и втором периодах сводится к тому, что при расходе его больше указанного наблюдается отставание нагрева металла от полноты восстановпення ванадия,что

1068495

По окончании первого периода сплав содержит, Ъ: ванадий 20-25; кремний 22-26; марганец 3-5; P 0,050,07р 9 0,04-0r05; С 0,2-0,4.

Слитый после первого периода шлак содержит, Ъ: У О . 0,23-0,28;

5 02 25-27; Саи 53-56; Mgu, 2-4;

Ла< Î, 5-7.

50 приводит к снижению реакционной способности сплава во втором периоде.

Содержание извести и известняка в смеси рассчитывается из условия связи образующихся от окисления

5 кремния его окислов и основности шлака на уронне 2,2 — 2,5. При этом введенный в смесь известняк имеет больший удельный вес, чем шлак и дос тигает поверхности металл — шлак, которая существенно увеличивается нследствие выделения пузырьков двуокиси углерода, образующихся при разложении известняка.

Этот прием позволяет повысить 15 полноту рафинирования сплава от кремния и довести концентрацию пятиокиси ванадия в шлаке 0,20 — 0,30%.

П р е р. В дуговую электропечь (ДС-3) после заправки подины 70 и откосов н печь присаживают ванадиевый шлак. После подачи нанадиевого шлака и включения печи по мере проплавления ванадиеного шлака в печь подают смесь ферросилиция, из- 75 вести и пятиокиси ванадия порционно по мере распланления и оседания шихты, находящейся в печи. Продолжительность заналки составляет 3040 мин. Расплавление шихты ведут 30 при включении обмоток трансформаторапо схеме треугольник при напряжении 244 В и силе тока 40005000 A. Продолжительность расплавления составляет 1,5 — 2 ч. После расплавления и прогрева расплава обмотки печного трансформатора переключают на схему Звезда при напряжении 144 В и той же силе тока, Процесс восстановления интенсифицируют присадками на расплав порционно (20 — 30 кг) ферросилиция и алюминия при одновременном перемешивании ванны стальным гребком.

Заналку шихты второго периода, состоящую из смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести, проводят порционно по мере расплавления предыдущей порции. Печь вновь включают на напряжение 244 В при соединении треугольник . По расплавлению и прогреву шихты второго периода плавки обмотки трансформатора переключают на схему Звезда при напряжении 144 В и после дополнительного прогрева ванны в течение

5-8 мин начинают баклуширование .

Перед загрузкой шихты для доводки шлака трансформатор переключают на

1 треугольник и после расплавления шихты присаживают порционно (2030 кг) Ферросилиций и алюминий.

Компоненты шихты для перного и второго периодов выплавки.феррованадия и его доводки приведены в табл. 1-4 соответственно.

После доводки сплав содержит, вес.Ъ: 38,9-46,9; 51 1,0-6,4;

C 0,35-0,58; Мр 2,6-4,2; P 0,040,08; 5 0,03-0,06. Концентрация

У О в сливном шлаке составляет

0,28-0,31Ъ. Полученный сплав может отличаться от стандартного только содержанием кремния,в котором концентрация кремния не превышает 3,5% °

По другим компонентам, и н особен-Т ности тем, концентрация которых строго ограничивается (Р, S,C) и которые существенно влияют на качество легируемого металла, содержание этих примесей удовлетворяет требованиям, предъявляемым по этим компонентам к высшим сортам ферронанадия, Предлагаемый способ исключает период рафинировки сплава, что приводит к экономии материалов (технической пятиокиси ванадия, извести) и электроэнергии, расходуемых в период рафиниронки, исключает расходы, связанные со сливом, хранением и применением оборотного ванади6 содержащего рафинировочного шлака.

Родовой экономический эффект пр1 переходе на выплавку феррованадия по данному изобретению в полном объеме (40 тыс. т) составляет

3,5 млн.руб./год.

1068495

Т а б л и ц а 1

Компоненты шихты первого периода плавки, кг

Соотношение между пятиокисью ванадия, ферросилицием и известью

Плавка

Ванадиевый шлак

Пятиокись Известь Ферросиванадия лиций

1150

1 550

2-3 600

200

1:2,05:5,75

1:2,25;6,5

1:1,75:5

1:1,65:4,75

4-10

23,8

450

200

1300

23,5

300

4-7

700

1500

525

23,1

930

8-11

400

1900

660

23,9

12-15 1200

450

2400

850

1:1 9 :5,3

24,4

16 и до конца компании

1500

600

1100 1:1,8:5,3

3200

23,8

Т а блица 2

Соотношение между ванадиевым шлаком, пятиокисью ванадия и известью

Компоненты шихт второго периода,кг

1лавка Ванадиевый Пятиокись

Известь шлак ванадия

150

1:4,0:8,7

1:3,5:7

1:3,2:7,1

1:3,7.8,6

1:4 : 8,7

600

1300

1400

2-3

200

700

4-7

225

1600

720

8-11

240

900

2060

12-15

1200

2600

300

16идо конца. компании

3500

500

1600

1:3,2:7

Таблица 3

Соотношение между известняком, известью и ферросилицием

Компоненты смеси для доводки сплава, кг

Плавка

Известь Ферросилиций

Известняк

1:1:1

160

160

160

14,5

2-3

4-7

8-11

12-15

16 идо конца компании

145

145

145

1:1:1

1:1:1

1:1:1

1 1 1

1:1:1

Количест. во ванадиевого шлака от общего веса шихты, В

Количество ферросилиция от его расхода в первом периоде

14,1

15,5

14,2

12,0

17,0

1068495

Т а б л и ц а 4

Плавка

1880 2070

520 795

Предлагае- 1 мий

2-3

525

1890 2080

790

8-11

530

787

1900 2090

2385-42

535

780

1940 2180

Известный в течение компании

2495-4 3

499

841

2520 2469

Составитель й..Косторной

Редактор й.Рогулич Техред В,далекорей - Корректор A.Зимокосов

4» ЛЕ

Заказ 11400/23 Тираж 544. Подписное

ВнИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, -Раушская наб., 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4.Способ выплавки феррованадия

16 и до конца компании

Произво= дительность, кг/ч

Расход пятиокиси ванадия, кг/т сплава Расход

1 извести кг/т сплава

Расход элек троэнегрии, Вт/ч. 1 т сплава

Себестоимость 1 т сплава,руб.

2423-76

2410-27

2404-34