Шихта для выплавки ванадиевого чугуна

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству ванадиевого чугуна в доменных печах, и может быть использовано при получении феррованадия. Используемая шихта включает, мас.%: ванадийсодержащий шлак основностью 4,0-5,26 2-10, демпферный ванадиевый агломерат основностью 0,7-2,2 1-10, окатыши 30-70, агломерат - остальное. Кроме того, в шихте могут быть использованы отходы ферросплавного производства в количестве 0,3 - 1,0%. Зависимость расхода ванадийсодержащего шлака, загружаемого в печь, от расхода демпферного ванадиевого агломерата выражена в виде уравнения: Шл = 300-(1,3-1,6)Д, где Шл - количество загружаемого шлака, кг/т чугуна; Д - количество загружаемого демпферного ванадиевого агломерата, кг/т чугуна. Изобретение позволяет увеличить содержание ванадия в чугуне, сквозное извлечение ванадия по всей схеме производства феррованадия, а также улучшить технико-экономические показатели доменной печи. 5 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству природно-легированного чугуна в доменных печах, и может быть использовано при получении ферросплавов, конкретно феррованадия.

В настоящее время для получения феррованадия используется комбинированная схема извлечения ванадия из минерального сырья, при этом наиболее важным звеном этой схемы является доменный передел, задача которого - получение ванадиевого чугуна при максимальном извлечении ванадия из шихты.

При производстве ванадиевых чугунов в доменных печах общепризнанной практикой стало использование в шихте высокоосновного агломерата и низкоосновных окатышей, получаемых из титаномагнетитов. Низкоосновные окатыши характеризуются повышенной прочностью при восстановлении, что выгодно отличает их от агломерата, имеющего высокое содержание мелочи, и это позволяет обеспечить повышенную газопроницаемость шихты.

Известна шихта для получения ванадиевого чугуна, в которой для плавного протекания шлакообразования по высоте печи в шихту дополнительно введен офлюсованный агломерат основностью 0,7 - 1,1, названный демпферным, в количестве 10 - 40% железорудной части шихты [1].

Данная добавка является демпферной в том смысле, что она занимает благодаря своему химическому составу промежуточное положение по температуре размягчения между окатышами и агломератом и сглаживает разницу в температуре размягчения последних, составляющую порядка 250^oC. Это свойство позволяет организовать нормальное шлакообразование в печи и соответственно повысить выход чугуна.

К недостаткам известной шихты следует отнести ограниченное содержание ванадия в чугуне (до 0,41%), а также высокую долю агломерата в шихте, приводящую к повышенным потерям из-за выноса пыли.

Наиболее близким из числа аналогов к изобретению является шихта, описанная в [2], которая содержит агломерат основностью 2,0 - 3,5 в количестве 20-55%, борсодержащий агломерат основностью 1,1 - 1,3, выступающий в качестве демпферного агломерата - в количестве 3-10%, ванадийсодержащий шлак основностью 3,3 2 - 10% и окатыши основностью 0,2 - 0,9 - остальное.

Известная шихта устраняет недостатки предыдущей [1] в части выноса пыли, однако доля ванадия в чугуне не превышает 0,5%.

В источнике [2] отсутствует информация о происхождении шлака (мартеновский, конверторный и т.д.), но согласно примеру реализации он имеет следующий состав, мас.%: Fe_общ 20,36; FeO 13,73; Fe₂O₃ 16,47; SiO₂ 11,28; Al₂O₃ 3,31; CaO 37,26; MgO 7,45; TiO₂ 1,54; V₂O₅ 1,36; S 0,14; P 0,57.

Малое содержание ванадия в шлаке, необходимость использования высокоосновного агломерата (до 3,5), а также строгая регламентация параметров железорудной составляющей (в частности определенная основность, необходимость использования борсодержащего компонента) придают известному изобретению ряд недостатков, среди которых основным является низкое содержание ванадия в чугуне - до 0,5%. Большего извлечения ванадия в чугун добиться не удается. Необходимость добавления борсодержащей составляющей ограничивает область использования известной шихты, а высокая основность ванадийсодержащего шлака не обеспечивает необходимые физико-химические свойства доменных шлаков.

В основу изобретения положена задача разработки такого состава доменной шихты, который сохраняя достоинства вышеуказанных решений, обеспечивал бы повышение содержания ванадия в чугуне без использования энергоемких технологий подготовки шихты, существенного изменения технологии самой доменной плавки.

Указанная задача решается за счет того, что шихта для выплавки ванадиевого чугуна, состоящая из окатышей, офлюсованного агломерата, ванадийсодержащего шлака и демпферного агломерата, содержит в качестве ванадийсодержащего компонента шихты сталеплавильные шлаки основностью 4 - 5,26, а в качестве демпферного агломерата - ванадиевый агломерат основностью 0,7 - 2,2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ванадийсодержащие шлаки сталеплавильного производства основностью 4,0 - 5,26 - 2 - 10 Демпферный ванадиевый агломерат основностью 0,7 - 2,2 - 1 - 10 Окатыши - 30 - 70 Офлюсованный агломерат - Остальное Используемый в изобретении ванадийсодержащий шлак является побочным продуктом сталеплавильного производства и имеет следующий состав, мас.%: F_дисп 0,2 - 0,6; FeO 20,1 - 26,9; SiO₂ 6,3 - 9,3; CaO 33,2 - 37,2; MgO 4,5 - 5,6; TiO₂ 3,5 - 5,5; Al₂O₃ 0,14 - 0,42; V₂O₅ 5,42 - 7,45; Cr₂O₃ 0,8 - 1,6; MnO 3 - 5; P₂O₅ 0,6 - 1,4.

Содержание ванадиевого шлака в шихте доменной печи составляет 2 - 10% и является оптимальным. При расходе его менее 2% концентрация ванадия в чугуне увеличивается незначительно, а при расходе ванадиевого шлака свыше 10% ухудшаются показатели последующих металлургических переделов вследствие значительного возрастания в чугуне концентрации хрома и марганца.

Количество ванадиевого шлака в шихте определяется по формуле Шл = 300 - (1,3 - 1,6)·D, где Шл - количество ванадиевого шлака в шихте, кг/т чугуна;
D - количество демпферного ванадиевого агломерата в шихте, кг/т чугуна.

Величина 300 представляет собой эмпирический коэффициент, выведенный на основании анализа и математической обработки массива данных, полученных по экспериментальным плавкам.

Коэффициенты 1,3 и 1,6 выбираются в зависимости от содержания в агломерате окислов марганца и хрома. Значение 1,6 используется при повышенном содержании этих окислов (MnO > 3%, Cr₂O₃ > 2,5%), значение 1,3 - при меньшей их концентрации в агломерате (соответственно меньше 2 и 1,5%).

Состав демпферного ванадиевого агломерата следующий, мас.%:
Fe 49 - 52; Fe₂O₃ 45,3 - 47,3; FeO 22,9 - 24,9.

Демпферный ванадисодержащий агломерат содержит, мас.%:
Fe 49 - 52; Fe₂O₃ 45,3 - 47,3; FeO 22,9 - 24,9.

SiO₂ 5,1 - 7,1; Al₂O₃ 1,8 - 2,6; CaO 5,8 - 7,0; MgO 2,2 - 3,0;
V₂O₅ 1,0 - 1,47; MnO 2,41 - 2,56; Cr₂O₃ 2,01 - 2,13; TiO₂ 2,9 - 4,1;
P₂O₅ 0,04 - 0,06; C 0,42 - 0,52; Ca/SiO₂ 0,7 - 2,2.

При введении в шихту ванадийсодержащего шлака, являющегося дополнительным источником ванадия, ввиду его высокой основности нарушается баланс окислов в наводимом шлаке, а следовательно, нарушается и основность шлака. Введение дополнительного с ванадийсодержащим шлаком, имеющим основность 4,0 - 5,26, демпферного ванадиевого агломерата основностью 0,7 - 2,2 позволяет сгладить указанные явления и обеспечить плавку с наведением шлака, имеющего необходимую по технологии основность. В этом заключается доминирующее свойство ванадиевого агломерата.

В то же время этот агломерат может являться демпфирующим компонентом для основы шихты, представленной окатышами и агломератом, которые как уже отмечалось выше имеют разную основность (окатыши 0,3, а агломерат 1,0 - 2,2). В зависимости от соотношения последних в шихте добавка того или иного количества демпферного агломерата, причем с той основностью, которая будет способствовать сглаживанию разницы в основностях агломерата и окатышей, окажет корректирующее воздействие на основность железорудной части шихты, а следовательно, и на конечный шлак.

Шихта может включать отходы ферросплавного производства в количестве 0,3 - 1,0%, имеющие следующий состав, мас.%: Fe 79,7 - 81,2; FeO 6,5 - 7,5; Fe_мет 74,6 - 78,3; SiO₂ 2,72 - 4,71; Al₂O₃ 0,34 - 0,54; CaO 0,24 - 0,44; Mg 0,14 - 0,34; V₂O₅ 2,9 - 4,1; MnO 1,1 - 2,53; Cr₂O₃ 1,1 - 1,31; TiO₂ 1,5 - 2,06; P₂O₅ 0,04 - 0,08; C 2,6 - 3,1.

Использование данного компонента в шихте позволяет утилизировать отходы производства, содержащие ценный компонент (ванадий), что снизит затраты на производство, а следовательно, и себестоимость чугуна.

Количество ванадийсодержащего шлака, а также демпферного агломерата в шихте определено экспериментально, причем взаимное соотношение в шихте соответствует зависимости, представленной в п. 3 формулы изобретения. При расчете шихты учитываются следующие факторы: основность компонентов шихты, количество окатышей и агломерата, требуемая основность шлака и т.п.

Исследования показали, что при введении менее 1% демпферного агломерата его влияние на формирование шлака незначительно, тогда как при использовании более 10% ухудшаются технологические показатели плавки.

Расход других компонентов шихты (агломерат и окатыши) определяется из практики работы доменных печей и существенно не отличается от их расходов, достигнутых на современном уровне.

В качестве примера осуществления изобретения приводятся показатели доменной плавки ванадиевого чугуна в условиях Чусовского завода.

Шихта состояла из 613 кг/т агломерата КГОКа, 992 кг/т окатышей КГОКа, 178 кг/т демпферного ванадиевого агломерата и 43,6 кг/т ванадиевого шлака. Основность демпферного агломерата составила 2,0, ванадийсодержащего шлака - 5,0.

В результате плавки получен чугун, содержащий, %: C 4,68; Si 0,281; Mn 0,44; V 0,638; Cr 0,284; Ti 0,240; S 0,045; P 0,041.

Выход шлака составил 441 кг/т, а его состав, %: SiO₂ 26,49; Al₂O₃ 14,4; CaO 31,6; MgO 11,6; MnO 1,02; FeO 1,54; TiO₂ 10,73; V₂O₅ 0,313.

Основность шлака 1,19. Расход известняка 637 кг/т.

При выплавке чугуна обычной технологией - с использованием окатышей и агломерата КГОКа были получены следующие результаты.

Расход окатышей 1056 кг/т, агломерата 710 кг/т, доменного присада 60 кг/т.

Получен чугун состава, %: C 4,68; Si 0,251; Mn 0,355; V 0,506; Cr 0,225; Ti 0,248; S 0,032; P 0,37.

Выход шлака составил 433 кг/т, а его состав, %: SiO₂ 26,99; Al₂O₃ 14,1; CaO 35,51; MgO 10,95; MnO 0,69; FeO 1,39; TiO₂ 210,63; V₂O₅ 0,194.

Основность шлака 1,18. Расход известняка 75 кг/т.

Расход кокса (приведенный) составил при обычной технологии 536 кг/т, по изобретению - 523 кг/т.

Из приведенных данных видно, что при расходе ванадиевого шлака в доменной шихте 43,6 кг/т чугуна (2,3%) и демпферного ванадиевого агломерата 178 кг/т (9,74%) содержание ванадия в чугуне увеличилось с 0,506 до 0,638%. При этом расход известняка снизился на 8 кг/т, а приведенный расход кокса сократился на 13 кг/т. Извлечение ванадия из ванадиевого шлака составило 76,3%.

Использование изобретения позволяет повысить содержание ванадия в чугуне, что в свою очередь позволит увеличить извлечение его в конечном продукте - феррованадии.

Хотя изобретение направлено, в первую очередь, на выплавку чугуна для конкретного его применения - производства ферросплавов, оно может быть использовано при выплавке ванадиевых литейных чугунов с повышенными механическими свойствами.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 502941, кл. V 21 B 5/00, 1973.

2. Патент РФ N 2024617, кл. C 21 B 5/02, 1995.

Формула изобретения

1. Шихта для выплавки ванадиевого чугуна, содержащая окатыши, офлюсованный агломерат, ванадийсодержащий шлак и демпферный агломерат, отличающаяся тем, что в качестве ванадийсодержащего шлака используют шлаки сталеплавильного производства основностью 4,0-5,26, а в качестве демпферного агломерата - ванадиевый агломерат основностью 0,7-2,2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ванадийсодержащие шлаки сталеплавильного производства основностью 4,0-5,26 - 2 - 10
Демпферный ванадиевый агломерат основностью 0,7-2,2 - 1 - 10
Окатыши - 30 - 70
Офлюсованный агломерат - Остальное
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что ванадийсодержащие шлаки сталеплавильного производства имеют следующий состав, мас.%:
Fe - 24 - 30
Fe дисперсное - 0,2 - 0,6
FeO - 20,1 - 26,9
SiO₂ - 6,3 - 9,3
MgO - 4,5 - 5,6
CaO - 33,2 - 37,2
TiO₂ - 3,5 - 5,5
Al₂O₃ - 0,14 - 0,42
V₂O₅ - 5,42 - 7,42
Cr₂O₃ - 0,8 - 1,6
Mn - 3,0 - 5,0
3. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что количество ванадийсодержащего шлака сталеплавильного производства определяется зависимостью
Шл = 300 - (1,3-1,6) · Д,
где Шл - количество шлака в шихте, кг/т чугуна;
Д - количество в шихте демпферного ванадиевого агломерата, кг/т чугуна.

4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что демпферный ванадиевый агломерат имеет следующий состав, мас.%:
Fe - 49 - 52
Fe₂O₃ - 45,3 - 47,3
FeO - 22,9 - 24,9
SiO₂ - 5,1 - 7,1
Al₂O₃ - 1,8 - 2,6
CaO - 5,8 - 11-,22
MgO - 2,2 - 3,1
V₂O₅ - 1,0 - 1,47
MnO - 2,41 - 2,56
Cr₂O₃ - 2,01 - 2,13
TiO₂ - 2,9 - 4,1
P₂O₅ - 0,04 - 0,06
C - 0,42 - 0,52
5. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит отходы ферросплавного производства при следующем содержании компонентов, мас.%:
Ванадийсодержащие шлаки сталеплавильного производства основностью 4,0-5,26 - 2 - 10
Демпферный ванадиевый агломерат основностью 0,7-2,2 - 1 - 10
Окатыши - 30 - 70
Отходы ферросплавного производства - 0,3 - 1,0
Офлюсованный агломерат - Остальное
6. Шихта по п. 5, отличающаяся тем, что отходы ферросплавного производства имеют следующий состав, мас.%:
Fe - 79,7 - 81,2
FeO - 6,5 - 7,5
Fe_мет - 74,6 - 78,3
SiO₂ - 2,72 - 4,71
Al₂O₃ - 0,34 - 0,54
CaO - 0,24 - 0,44
MgO - 0,l14 - 0,34
V₂O₅ - 2,9 - 4,1
MnO - 1,1 - 2,53
Cr₂O₃ - 1,1 - 1,31
TiO₂ - 1,5 - 2,06
P₂O₅ - 0,04 - 0,08
C - 2,6 - 3,1л