Способ получения низкокремнистого феррониобия

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству феррониобия. Способ заключается в том, что в качестве ниобийсодержащей части шихты используют отходы, содержащие гидроокись ниобия, в качестве плавильного агрегата используют электродуговую печь, в которую сначала загружают и расплавляют запальную и ниобийсодержащую части шихты. Восстановление и рафинирование расплава проводят при периодической подаче охладителя. Разработан технологический процесс, в котором используют трудноутилизированные техногенные отходы, содержащие гидроокись ниобия. Используемые шихтовые материалы, их количество, порядок подготовки и проплавления с регулированием температурно-теплового режима обеспечивает повышение технико-экономических показателей производства низкокремнистого феррониобия за счет экономии электроэнергии, шихтовых материалов и повышения коэффициента извлечения ниобия в готовый продукт. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии ферросплавов, конкретно к выплавке сплавов феррониобия.

Известны способы производства феррониобия при использовании углетермического, силикотермического, алюмотермического методов восстановления оксидов ниобия при получении феррониобия (1). В промышленном производстве низкокремнистого феррониобия получил распространение алюмотермический метод. Низкокремнистый феррониобий получают путем восстановления пирохлоровых ниобиевых концентратов или технической пятиокиси в специальных плавильных агрегатах. При использовании ниобиевого концентрата дозировка шихты на 100 кг концентрата содержит 40-43 кг порошка первичного алюминия, 8,5 кг железной руды и 26 кг натриевой селитры. Продолжительность плавки на 2500 кг концентрата составляет 6-8 мин. Недостатком указанного способа является относительно невысокое извлечение ниобия, а для улучшения показателей технологического процесса (снижение содержания серы, повышение извлечения ниобия) требуются мероприятия по осуществлению специальных технологических приемов, конструкторских решений.

При алюмотермическом методе в качестве ниобийсодержащего материала для получения низкокремнистого феррониобия используют также оксид ниобия. В этом случае на 100 кг ниобийсодержащего материала в шихту добавляют 52-56 кг порошка первичного алюминия, 38-40 кг железных окатышей, 20 кг железной окалины, 30 кг извести и 0,1 кг селитры при условии содержания в шихте 110% восстановителя к теоретически необходимому от массы ниобийсодержащего материала. При незначительном повышении содержания ниобия в конечном продукте показатели производственного процесса не компенсируют материальных и энергетических затрат на его осуществление.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства феррониобия низкокремнистого (2). В известном способе в качестве основной восстановительной части шихты используют пятиокись ниобия. Технологический процесс включает подготовку запальной, восстановительной и рафинировочной частей шихты, порционное проплавление запальной части шихты, проплавление основной части шихты с последующей подачей на зеркало расплава восстановителей и рафинировочно-осадительных компонентов шихты. Выпуск металла и шлака осуществляют в приемную изложницу. После выдержки расплава в течение 12 часов изложницу разбирают и металлическую часть сплава разбивают до требуемых габаритов по размеру частиц.

Недостатком известного способа является то, что при значительных материально-энергетических затратах степень извлечения ниобия в сплав относительно невысокая. Наблюдаются ликвационные зоны по распределению ниобия по сечениям отливки. Возможен неравномерный ход плавки с выбросами шихтовых материалов и расплава или медленный "холодный" ход плавки. Все это снижает качество и выход годного по конечной продукции.

В настоящей заявке на изобретение поставлена задача разработать стабильный надежный способ получения низкокремнистого феррониобия, в том числе с использованием нетрадиционного сырья, например трудноутилизируемых техногенных отходов, содержащих гидроокись ниобия. Предусмотрена высокая степень извлечения ниобия в сплав с меньшими материальными и энергетическими затратами и себестоимостью производства, а также улучшение экологии технологического процесса.

Сущность предлагаемого изобретения и поставленная задача выражаются и решаются тем, что в известном способе получения феррониобия низкокремнистого, включающем подготовку запальной, ниобийсодержащей, восстановительной и рафинировочной частей шихты, их последовательную загрузку в плавильный агрегат и поэтапное проплавление, проведение процессов восстановления и рафинирования расплава, слив расплава в приемную изложницу, выдержку до затвердевания и разделку слитка на габаритные фракции, в качестве ниобийсодержащей части шихты используют отходы, содержащие гидроокись ниобия, а в качестве плавильного агрегата используют электродуговую печь, при этом сначала в электродуговую печь загружают и расплавляют запальную и ниобийсодержащую части шихты, а процессы восстановления и рафинирования расплава проводят при периодической подаче охладителя.

Раздельное расплавление всего количества ниобийсодержащей части шихты позволяет в дальнейшем осуществлять технологический процесс в стабильном надежном и регулируемом режиме. Последовательная загрузка и поэтапное проплавление оставшейся части шихтовых материалов проводят на жидкий расплав отходов, содержащих гидроокись ниобия. В результате расплавления отходов, содержащих гидроокись ниобия, и порядка введения компонентов шихты, заявленного количества и состава в расплав образуются высшие окислы ниобия, при наличии которых алюмотермический процесс протекает интенсивно с большим выделением тепла. Этот эффект позволяет сократить время технологического цикла в целом, снизить энергозатраты и повысить выход ниобия в конечный продукт.

Для регулирования температурного режима металлического и шлакового расплавов в периоды восстановительного и рафинировочного циклов на жидкий расплав подают охладительные балластные добавки. Этот прием исключает отклонения от заданных параметров процесса и предотвращает самопроизвольные выбросы шихтовых материалов или замедленный ход плавки.

В качестве охладительных добавок могут быть использованы оборотные шлаки феррониобиевого производства или известь. Количество охладителя и последовательность подачи его на расплав регулируют в зависимости от параметров алюмотермического процесса в восстановительно-рафинировочный период.

Преимущество использования гидроокиси ниобия в качестве ниобийсодержащего компонента проявляется в ее дешевизне, легкоплавкости и возможности получения при расплавлении высших окислов ниобия.

Последующая подача другой части шихтовых материалов осуществляется с гарантированным весом, составом и качеством смешивания шихтовых компонентов, так как их доля по сравнению с гидроокисью ниобия составляет значительно меньшую величину, что позволяет упростить технологический процесс на стадии подготовки шихтовых материалов и при их подаче на расплав гидроокиси ниобия.

По предлагаемому способу процессы восстановления и рафинирования можно проводить непосредственно в электродуговой печи после полного расплавления отходов, содержащих гидроокись ниобия.

При использовании в заявленном способе в качестве ниобийсодержащей части шихты отходов, содержащих гидроокись ниобия вместо пятиокиси ниобия, экспериментально установлен и рекомендуется при производстве феррониобия низкокремнистого состав шихтовых компонентов, при следующем относительном соотношении: отходы, содержащие гидроокись ниобия - 1, алюминиевый порошок - 0,35-0,45, железная руда и(или) окалина - 0,28-0,36, известь - 0,35-0,45.

Использование и реализация технологических параметров предлагаемого способа получения низкокремнистого феррониобия по сравнению с известным способом обеспечивает следующие преимущества: - простота и стабильность технологического процесса; - удешевление производства за счет использования отходов, содержащих гидроокись ниобия вместо дорогостоящей пятиокиси ниобия; - повышение выхода ниобия в конечный продукт за счет более высокой жидкоподвижности расплава; - улучшение экологии производства за счет снижения вредных выбросов.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что предлагаемый способ получения низкокремнистого феррониобия содержит совокупность новых существенных признаков, последовательность выполнения при определенных условиях осуществления действий. По сравнению с известным способом признаки, характеризующие заявленный способ, являются новыми существенными, что соответствует критерию "новизна".

Из известных источников информации не выявлено использования применяемых материалов, их количественных соотношений, порядка или совокупности самостоятельно отдельных новых существенных признаков в предлагаемом способе по их функциональному назначению и достигаемому результату, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример выполнения. На Ключевском заводе ферросплавов в электродуговой печи проведено семь плавок по предлагаемому способу. Израсходовано по компании 20000 кг отходов, содержащих гидроокись ниобия со средним содержанием окиси ниобия 62%. Количественный состав шихтовых материалов на каждую плавку рассчитывали по средним значениям, рекомендованным в заявленном способе, от массовой доли гидроокиси ниобия, равной 3000 кг.

На подину печи засыпали обычно применяемую в ферросплавном производстве запальную смесь, на которую загружали всю долю отходов, содержащих гидроокись ниобия. После розжига дуги печи и последующего полного расплавления отходов, содержащих гидроокись ниобия, на расплав подавали восстановительную часть шихты (известь, порошок алюминия, железную окалину). В восстановительный период для регулирования температурного и теплового режимов плавки в расплав вводили охладитель - молотый ниобийсодержащий шлак.

После завершения восстановительного периода осуществляли рафинировку расплава подачей в печь рафинировочной части шихты (порошок алюминия, железная окалина и железорудные окатыши) с регулированием температурно-теплового режима добавками ниобийсодержащего шлака.

Балансовый анализ проведенных плавок подтвердил преимущества предлагаемого способа получения низкокремнистого феррониобия по сравнению с известным (по удельным показателям, %): снижение расхода электроэнергии на 23, расхода порошка алюминия на 38, расхода извести на 20, сокращение времени технологического цикла на 15 и повышение коэффициента извлечения ниобия на 18.

Химический состав выплавленного низкокремнистого феррониобия с использованием трудноутилизируемых отходов, содержащих гидроокись ниобия, соответствует требованиям ГОСТ 16773 - 85. Технологический цикл подготовки, выплавки и разделки конечного продукта осуществлен на стандартном металлургическом оборудовании без отклонений регламентируемых параметров, последовательности операций и требований по соблюдению санитарных и экологических стандартов.

Источники информации 1. М. А. Рысс. Производство ферросплавов. Москва, "Металлургия">, 1985, стр. 307-316.

2. Технологическая инструкция (ТИ 141-Ф-042-91) ОАО "Ключевский завод ферросплавов".

Формула изобретения

1. Способ получения низкокремнистого феррониобия, включающий подготовку запальной, ниобийсодержащей, восстановительной и рафинировочной частей шихты, их последовательную загрузку в плавильный агрегат и поэтапное проплавление, проведение процессов восстановления и рафинирования расплава, слив расплава в приемную изложницу, выдержку до затвердевания и разделку слитка на габаритные фракции, отличающийся тем, что в качестве ниобийсодержащей части шихты используют отходы, содержащие гидроокись ниобия, в качестве плавильного агрегата используют электродуговую печь, при этом сначала в электродуговую печь загружают и расплавляют запальную и ниобийсодержащую части шихты, а процессы восстановления и рафинирования расплава проводят при периодической подаче охладителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют состав шихты при следующем количественном соотношении компонентов: отходы, содержащие гидроокись ниобия - 1, порошок алюминия - 0,35-0,45; железная руда и/или окалина - 0,28-0,36, известь - 0,35-0,45.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют оборотный шлак феррониобиевого производства.

4. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют известь.