Способ алюминотермического получения ферротитана

 

Использование: производство ферротитана алюминотермическим способом. Сущность изобретения: перед введением довосстановитбльных частей шихты в каждом цикле отдельным приемом загружают и проплавляют восстановительно-известковую смесь, состоящую из алюмокремниевого сплава и извести при соотношении компонентов (3,0-25,0):1 в количестве 0,016-0,17 от массы соответственно заданного в каждом цикле ильменитового концентрата , а затем загружают и проплавляют довосстановительную часть шихты с термичностью 15,5-17,5 ккал/г-атом шихты. 1 табл.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 С 22 С 33/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4913808/02 (22) 20.02.91 (46) 07.01.93. Бюл. ¹ 1 (71) Днеп ро петровский метал лургичес кий институт и Ключевский завод ферросплавов (72) М,И,Гасик, Н.И.Чернега, В.А.Гладких, А,В.Венцковский, С.B,Ôèëåâ, В.B,Tðåãóбен ко, Г.П. Югов (56) Лякишев Н.П. и др. Алюминотермия. М.:

Металлургия, 1978, с.323, ТИ 141 — Ф-01.1-86. Ферротитан глюминотермический с довосстановлением шлака, КЗФ, Двуреченск, 1986.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству ферротитана алюминотермическим способом.

При производстве ферросплавов и лигатур широко используют алюминотермический способ восстановления металлов из их оксидов (см.кн. "Алюминотермия "автЛякишева Н.П, и др, — М„ Металлургия, 1978, с.323), В качестве восстановителя при и роизводстве ферротитана применяют алюминиевый порошок и ферросилиций, Процесс характеризуется получением ферротитана с повышенным содержанием алюминия, низким использованием алюминия, как восстановителя; значительным переходом алюминия в металл, как балластной составляющей; высоким содержанием титана в шлаке; низкой жидкоподвижностью шлака и уменьшенным выходом сплава.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ алюминотермического получения ферротитана

„„SU ÄÄ 1786170 А1 (54) СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО

ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА (57) Использование: производство ферротитана алюминотермическим способом, Сущность изобретения: перед введением довосстановительных частей шихты в каждом цикле отдельным приемом загружают и проплавляют восстановительно-известковую смесь, состоящую из алюмокремниевого сплава и извести при соотношении компонентов (3,0 — 25,0):1 в количестве

0,016-0,17 от массы соответственно заданного в каждом цикле ильменитового концентрата. а затем загружают и проплавляют довосстановительную ",àñòü шихты с термичностью 15.5 — 17,5 ккал/г-атом шихты, 1 табл. (технологическая инструкция ТИ 141 — Ф—

01.1 — 86 "Ферротитан элюминотермический с довосстановлением шлака", КЗФ, Двуреченск, 1986), по которому выплавку ферротитана ведут в два цикла по три стадии, две из которых составляют загрузку и проплавление частей основной шихты, третья — загрузку и проплавление довосстановительной части шихты, затем производят выдержку и выпуск продуктов плавки, Ведение плавки ферротитана начинают с загрузки в горн титановых отходов, задают в два приема части основной шихты и затем производят довосстановление оксидов титана из жидкого шлака и формирование полупродукта глиноземистого, путем дачи довосстановительной смеси, После окончания проплавления довосстановительных частей шихты и полного прохождения восстановительных реакций произвоят частичный слив высокоглиноземистого полупродукта. После слива полупродукта задают

1786170 и расплавляют вторую часть основной шихты, присаживают на расплав довосстановительную часть, выдерживают расплав в горне до окончания кипения и производят слив продуктов плавки (металла и полупро- 5 дукта) в изложницу.

Наиболее существенными технологическими недостатками прототипа являются получение к концу расплавления основных частей шихты вязкого тугоплавкого шлака, 10 содержащего большое количество титана, кокс в металлической форме — e виде корольков, так и в виде оксидов титана. Применение довосстановительной шихты в виде смеси алюминиевого порошка, ферро- 15 силиция, железорудных окатышей и извести приводит к перерасходу алюминия от стехиометрически необходимого для восстановления оксидов титана и железа, который частично выносится из горна, а частично 20 переходит в металл, как балластная добавка с образованием алюминидов (Ti)+(Al) — (Ti, Al). При этом происходит замедление процесса формирования шлака и ухудшение довосстановления оксидов титана из-за 25 наличия оксидной пленки на порошке алюминия; уменьшается скорость ассимиляции извести, образующийся за счет окисления кремния оксидами железа, кремнезем, связывая в первую очередь известь по реакции 30 (CaO+SiQz) (СаО. SION) повышает тем самым активность оксида алюминия и снижает выход основного элемента — титана согласно уравнению;

35 3(Ti 0z)+4(A I) 3(TI)+2(AI203) .ат;о, (Al)» (Ti) = Kp а AlzOs

40 т.к. выход титана обратно пропорционален активности глинозема, Образующийся глинозем остается свободным вплоть до полного восстановления кремнезема алюминием по схеме 45 (Si 02)+(Al) - (Si)+(AI203) и только затем идет связывание глинозема известью 50 (СаО)+(А!лОз) - (СаО А!20з)

Поэтому процесс формирования шлака затягивается и алюминий не выполняет 55 предназначенные ему функции, Все указанные недостатки приводят к тому, что конечный сплав содержит повышенное количество алюминия, а также цветных металлов, перешедших в сплав из алюминия, в шлаке остается повышенное количество окисного и металлического титана, что снижает степень перехода его в сплав, наблюдается повышенный расход и ферросилиция, Минимальное соотношение сплава и извести (3:1) соответствует максимальному содержанию алюминия в сплаве и образованию первичных алюминатов кальция

СаО х А(гОз, Дальнейшее снижение этого соотношения ведет к наличию свободной извести, снижению термичности процесса, повышению тугоплавкости и вязкости шлака (т.к. СаО имет температуру плавления

=2625 С), Кроме того, что наиболее существенно, наличие свободного СаО приводит к связыванию оксидов титана (TIOz)+

+ СаО - (СаО Ti Ог), что резко ухудшает их восстановимость, снижает степень извлечения титана и выход сплава, Максимальное соотношение сплава и извести (25;1) соответствует минимальному содержанию алюминия в сплаве и образованию предельных алюминатов кальция СаО х х 6А!гОз. Дальнейшее увеличение этого соотношения приведет в первую очередь к образованию свободного глинозема А!гОз, что, как было показано ранее, ведет к снижению степени использования алюминия как восстановителя, повышенному переходу алюминия и кремния в сплав. ухудшению качества сплава, Внесение смеси в количестве меньше, чем 0,016 от массы заданного на предыдущих этапах ильменитового концентрата не может обеспечить эффективного васс-.ановления оксидов титана алюминием, из-за недостатка последнего, а также не позволит получить шлак с оптимальными физико-химическими свойствами из-за недостатка извести.

Присадка избытка смеси более 0,17 от массы ильменитового концентрата приведет к не полному использованию алюминия, как восстановителя, к повышенному переходу в сплав алюминия и кремния и как следствие, к ухудшению качества сплава по этим элементам, Избыток смеси также вызовет наличие свободного СаО, который как показано ранее, отрицательно влияет на активность оксидов титана и, в конечном счете, на восстановимость титана.

Максимально допустимая термичность довосстановительной части шихты

17,5 ккал/г-атом шихты соответствует максимальному приближению соотношения алюминия к железорудным окатышам к стехиометрически необходимому. Это возможно при предварительной даче в

1786170

55 плавильное пространство смеси алюмокf ремниевого сплава и извесги с максимальным их соотношением (25;1) и в максимальном количестве (0,17 от массы предварительно заданного ильменитового 5 концентрата).

Минимальный уровень термичности шихты (15:5 ккал/г-атом шихты) выбран из условий поддержания необходимой температуры расплава, исключения его замора- 10 живания, за счет дачи свежей шихты, обеспечение основного функционального назначения присадки как восстановительной и осадительной части и определяется дачей минимального количества смеси алю- 15 мокремниевого сплава и извести (0,016 от массы предварительно заданного ильменитового концентрата) с минимальным их соотношением 3:1. Минимальная термичность

15,5 ккал/г-атом шихты является достаточ- 20 ной, т,к. поддержание необходимых тепловых условий в плавильном пространстведля проведения довосстановительных и осадительных операций обычной плавки обеспечивается термичностью шихты 13 — 15 ккал, в 25 зависимости от состояния оксидного расплава. При любых отклонениях процесса присадки довосстановительной шихты с термичностью 15,5 ккал/г-атом шихты обеспечивает выполнение ее функционального 30 назначения, Дача довосстановительной шихты меньшей термичности приводит к снижению температуры расплава, ухудшению осаждения корольков восстановленного металла и снижению выхода сплава. 35

В промышленных условиях Ключевского завода ферросплавов проведено опробование предлагаемого способа, В качестве шихтовых материалов использовали титановый ильменитовый 40 концентрат (55,47 Т 0 ), железорудный окатыш, алюминий вторичный (гранулированный и порошковый), ферросилиций 75/ный, известь и алюмокремниевый сплав.

Результаты испытаний приведены в 45 таблице 1. Для сравнения проводили плавки по способу-прототипу, заключающемуся в том, что после подачи в агрегат отходов металлического титана (92/) процесс осуществляли в два цикла. В первом (приемы 2, 50

3, 5, таблицы 1) основную шихту вводили в два приема (прием 2 и 3 таблицы 1); во втором цикле (прием 6, 8, табл,) основную шихту вводили в один прием (6) и затем загружали довосстановительную часть шихты (8). Плавки по заявляемому способу проводили по технологии аналогичной способу-прототипу, включающему два технологических цикла, отличающиеся введением отдельными приемами (4 и 7, табл.) перед довосстановительными частями шихты восстановительной известковой смеси, содержащей алюмокремниевый сплав и известь в заявляемом соотношении и количестве, и изменением терм ичности довосстановительных частей шихты. Количество восстановительно-известковой смеси для каждого цикла принималось согласно заявляемому в зависимости от количества введенного в каждом цикле титанового концентрата.

Испытания показали, что извлечение титана из шихты составило 94,8 — 96,1 против

94,6 по способу-прототипу, содержание алюминия и кремния в ферротитане снизились до 9,4 и 6,27 против 12 и 7,3$ по способу-прототипу соответственно, минимальный удельный расход алюминия и ферросилиция 757,-ного из расчета на одну базовую тонну ферротитана (207() составил

254,4 кг против 310,7 и 3,7 кг против 34 кг по способу-прототипу соответственно.

Формула изобретения

Способ алюминотермического получения ферротитана, включающий предварительную подачу в агрегат отходов металлического титана, загрузку и расплавление основных частей шихты, довосстановление оксидов титана, выдержку и выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения титана, улучшения качества при снижении удельного расхода алюминия и ферросилиция, перед довосстановлением оксидов титана дополнительно загружают и проплавляют восстановительно-известковую смесь. состоящую из алюмокремниевого сплава и извести при соотношении компонентов (3,0 — 25,0):1 в количестве 0,016 — 0.17 от массы соответственно заданного в каждом цикле ильменитового концентрата, а затем загружают и проплавляют довосстановительную часть шихты с термичностью 15,5—

17,5 Ккал/г-атом шихты.

1786170

Результаты сравнительных плавок по предлагаемому способу и способу-прототипу

Номера приемов плавки

Плавки по предлагаемому способу по вариантам

Плавка по cnocoby-прототипу

750 750 750

750

1600 1600

1600

650

650

650

650

1 )0

400

1 )О

1 )О

460

460

460

400

400

400 алюминиевый порошок алюминиевые гранулы

60 60

300 300

300

300

350 350

Известь

Ферросилиций, ФС75

Алюминий, в т.ч.:

350

350

460

30

460

460

460 алюминиевый порошок алюминиевые гранулы

900

900 )00

900

336

654

48 известь

600 600 600

180 175 170

600

200

250 110 10

ЬОО 420 453

32 32 32

10 lO 10

2eoo 760 2640

2800

1600

1600

1600 1600 железорудные окатыши известь

150

150

150

150

440

440

l5Î

440

740

Алюминий, в т.ч.

440 алюминиевый порошок алюминиевые гранупы

300

300

300

300

114

134

272

6 5

11

261

1 ), 5

Шихта на плавку, технологические операции и показатели плавок

Шихта на плавку, кг

Титановые отходы, 92i

Основные части шихты:

Титановый концентрат (55,4 TiOz)

Железорудные окатыши

Известь

Алюминий> в т.ч.:

Титановый концентрат (55,44 Т.(О )

Железорудные окатыши

Восстановительно-известковая смесь, в т.ч.: сплав алюмокремниевый

Довосстановительная часть шихгы: железорудные окатыши известь ферросилиций ФС75 алюминиевый порошок

Время плавления шихты, мин

Время выдержки расплава в плавильном агрегате, мин

Частичный сплав глиноземистого продукта, кг

Основная часть шихты

Титановый концентрат (55,4 : ТтО ) Восстановительно-известковая смесь, в т.ч.; известь сплав алюмокремниевый

2400 2400 2400 2400

1786170

Продолжение таблицы

2 3 4 5 6

Довосстановительная часть шнхты железорудные окатыши

250

250

250

250

120

105

105

110 известь ферросилиций, СФ75 алюминиевый порошок

120

115

220

340

160

Время проплавления оставшейся шихты, мин

17

17

Время выдержки расплава в плавильном агрегате

Слив продуктов плавки (металла и глиноэемистого продукта) в изложницу, кг

10590 1 0630 1 0665 1 05 .) 0 !

3082 »435 !3470

Задано шихтовых материалов,кг

Соотношение компонентов в восстановительно-известковой смеси (алюмокремниевый сплав:известь) 3;1 14:1 25:1

3:1 14:1, 25:! в четвертой части шихты в седьмой части шихты

Количество заданной восстановительно-известковой смеси (соотношение смеси:титановый концентрат):

0,016 0,09

0,016 0,09 в четвертой части шихты в седьмой части шихты

Термичность восстановительной части шихты, ккал/г"атом шихты:

15,6 16,3 17,5

15,5 16,3 17,5 в пятой части шихты в восьмой части шихты

Получено продуктов плавки, кг ферротитан (нат.Кг) ферротитан (баэ. Кг) 7385 7330

12259

5920

6070 глиноземистого продукта, кг

Химический состав ферротитана, Ti

33,1

33,1

11,0

11,3

7,2

7,1

Si ост. ост, Ге и сопутствующие примеси

Извлечение титана в метэл.i ) 94,6

95,1

Химический состав полупродукта (л; по массе) Ti02

3.7

3,5

73,2

14,9

15,9 ост. ост ост.

ИВО, ГеО и др,примеси

Удельный расход алюминия, кг/на базовую тонну ферротитана (20а Ti) 261,5 310,7

254,4

280,3

Удельный расход ферросилиция (ФС 75), кг/на базовую тн ферротитана (20 ь Ti) 32 7 15 5 3 7 34 0

Удельный расход алюмокремниевогo сплава, кг/на базовую тн ферротитана (203 Ti) 5,6 38,3 75,4

Л12О

Са0

7308

12094 ост.

94,8

3,7

72,8! г ост.

50 !

33,2

9,4

6.2 ост.

96,1

73,6

15,3

0,17

0,17

12132

6040

3,5

73,8

7292

12068,3

6100,0

33,1

12,0

7,3

178б170

Продолжение таблицы

4 5

313 260,Э 274,1 344,7

318,6 308,2 340,7 344,7

20

30

40

50

Составитель М,Гасик

Техред М.Моргентал

Корректор Л.Пилипенко

Редактор

Заказ 232 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Удельный расход (алюминий + ферросилиций), кг/на базовую тн ферротитана (20 ь Ti) Удельный расход всех восстанови" телей (алюминий + ферросилиций + алюмокремниевый сплав), кг/на базовую т ферротитана (20 Ti) 1 Т 1