Алюминотермический способ выплавки феррованадия

 

Изобретение относится к области металлургии, к производству ферросплавов, в частности к выплавке феррованация. Шихтовую смесь загружают порционно со скоростью 40 - 100 кг/м₂ · мин, при восстановлении поддерживают соотношение пентоксида ванадия и извести 1: (0,42 - 0,5) и расходе извести 0,84 - 1,0 т/т сплава, а плавку проводят в наклоняющемся или стационарном агрегате с выпуском расплава. Предлагаемый способ позволяет повысить извлечение ванадия на 5,8%, существенно снизить остаточное содержание алюминия в сплаве, уменьшить потери ванадия в улет и в виде корольков металла, снизить расход огнеупоров. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству ферросплавов.

Известны два способа получения феррованадия: силикотермический и алюмотермический.

Силикотермический способ включает заправку печи, заливку рафинировочного шлака предыдущей плавки, загрузку металлоотсева, восстановительный и рафинировочный периоды и выпуск продуктов плавки.

По этому способу полученный сплав содержит 40-45 мас.% ванадия, 1,5 мас. % кремния, до 1 мас.% алюминия. Извлечение ванадия достигается 99,5 мас.%. Расход электроэнергии составляет 1350 кВт/ч/т. Расход магнезитовых огнеупоров доходит до 400 кг/т.

Недостатком способа является то, что процесс протекает при высоких температурах (1900-2000^oC), затрудняющих проведение восстановительных и рафинированных процессов, приводит к низкой стойкости футеровки и высокому расходу электроэнергии.

Алюмотермический способ достаточно широко распространен и осуществляется электропечной или внепечной плавкой [1].

При электропечном способе плавки пентоксид ванадия с избытком алюминия загружают в электропечь с магнезитовой футеровкой и проплавляют при поднятых электродов с нижним запалом. По окончании процесса включают печь и проплавляют шлак, что способствует осаждению корольков сплава. После слива отвального шлака, содержащего около 1,8 мас. % пентоксида ванадия, на зеркало расплава задают новую порцию пентоксида ванадия, которая рафинирует сплав от избытка алюминия. Образующийся шлак с высоким содержанием пентоксида ванадия используется в шихте последующей плавки.

По этому способу извлечения ванадия составляет 95-97 мас.%, а расход электроэнергии достигает 3500 кВт.ч/т сплава. Сплав содержит около 80 мас.% ванадия и до 0,25 мас.% углерода.

Недостатками способа являются безвозвратные потери ванадия с отвальными шлаками, большие затраты электроэнергии, повышенный расход дорогостоящего алюминия и снижение производительности процесса ввиду проведения дополнительной операции рафинирования, что значительно ухудшает технико-экономические показатели.

Целью изобретения является повышение извлечения ванадия, снижение расхода огнеупоров и трудозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения феррованадия, включающему загрузку, проплавление и восстановление шихтовой смеси, состоящей из пентоксида ванадия, алюминиевого порошка и флюса, и охлаждение сплава, отличающийся тем, что загрузку смеси ведут порционно со скоростью 40 - 100 кг/м² · мин, при восстановлении поддерживают соотношение пентоксида ванадия и извести 1 : (0,42 ^oC 0,50) и расходе извести 0,84 - 1,0 т/т сплава, а плавку проводят в наклоняющемся или стационарном агрегате с выпуском расплава.

Количество извести и ее соотношение с пентоксидом ванадия, скорость процесса определены на основании экспериментальных данных и обусловлено получением наиболее оптимального температурного и шлакового режимов.

Указанные соотношения и количества в совокупности со скоростью проплавления шихты позволяют сформировать более легкоплавкий, активный и жидкоподвижный шлак, способствующий более полному осаждению корольков металла и, обеспечивают проведение процесса восстановления при 1700-1750^oC.

Такие температурные условия улучшают протекание экзотермической реакции.

2/5 V₂O₅ = 4/3 Al = 4/5 V + 2/3 Al₂O₃ ΔG^°_т = -119900+14,54T Смешивают равновесие реакции в сторону восстановления ванадия, снижают развитие процесса испарения, что в конечном счете приводит к повышению извлечения ванадия.

Проплавление и восстановление шихтовой смеси осуществляют в наклоняющемся или стационарном агрегате с несменяемой магнезитовой фетуровкой, обеспечивающие слив расплава, направление в электропечи, тигле с выпускным отверстием или другом аналогичном агрегате.

Применение таких агрегатов позволяет снизить расход огнеупоров и исключает большие трудозатраты в сравнении с перефутеровкой и разборкой тиглей. Оптимальные скорости и порционная загрузка шихты обеспечивают ровный ход плавки, исключающии выбросы расплава.

Пример. Испытание способа проводили в электропечи, футерованной магнезитовыми огнеупорами. На подину загружали небольшое количество реакционной смеси, состоящей из измельченных пентоксида ванадия, извести и алюминиевого порошка, и производили поджог смеси с помощью электрической дуги. После поджога смеси и образования расплава из печного бункера по поворотной трубочке по мере проплавления смеси небольшими порциями загружали остальную часть шихты. После завершения процесса плавка выпускалась. На все плавки задавалось 30 кг железных металлодобавок.

Результаты исследований приведены в таблице.

Как видно из табличных данных извлечение ванадия повышается в среднем на 5,8%, существенно снижается остаточное содержание алюминия в сплаве. Наилучшие результаты достигаются при содержании в шлаковом расплаве пентоксида ванадия в пределах 6,1 - 6,4 и оксида кальция 29,6 - 33,2 мас.%.

Более низкая температура шлакового расплава способствует лучшему осаждению корольков металла, потери в улет уменьшаются в среднем в 2 раза.

В сравнении с существующим способом существенно снижается расход магнезитовых материалов и исключаются затраты труда на разработку и подготовку тиглей.

Оптимальное количество задаваемой извести и ее соотношение с пентоксидом ванадия составляет 0,84 - 1,0 т/т и 1: (0,42 ± 0,50).

При отношении извести более 0,5 от массы пентоксида ванадия и ее количестве более 1,0 т/т ухудшается кинетика процесса, образуются вязкие гетероденные шлаковые расплавы, что приводит к повышенным потерям ванадия в виде корольков и снижению извлечения ванадия (вариант 6).

При отношении извести менее 0,42 от массы пентоксида ванадия и ее расходе менее 0,84 т/т ухудшаются термодинамические условия восстановления и образуются высокотемпературные шлаковые расплавы, что приводит к увеличению потерь ванадия в улет и снижению извлечения ванадия (вариант 7). Ведение плавки со скоростью ниже 40 кг/м² · мин вызывает холодный ход процесса из-за нарушения кинетики процесса, что приводит к снижению извлечения и выхода ванадия в сплав (вариант 6).

Ведение плавки со скоростью выше 100 кг/м²· мин приводит к перегреву шлакового расплава, ухудшению термодинамики процесса и, как следствие, к повышенному улету ванадия (вариант 7).

Эффективность от использования изобретения складывается за счет увеличения извлечения ванадия, экономии огнеупоров и уменьшения трудозатрат.

Формула изобретения

Алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающий загрузку в агрегат с магнезитовой футеровкой шихтовой смеси, состоящей из пентоксида ванадия, алюминиевого порошка и извести, проплавление и восстановление шихтовой смеси, выпуск расплава, отличающийся тем, что загрузку шихтовой смеси осуществляют порционно со скоростью 40 - 100 кг/м² · мин, при восстановлении поддерживают соотношение пентоксида ванадия к извести 1 : (0,42 - 0,50) при расходе извести 0,84 - 1,0 т/т сплава.

РИСУНКИ

Рисунок 1