Титаносодержащая шихта для алюминотермического получения ферротитана, способ алюминотермического получения ферротитана и способ алюминотермического получения титаносодержащего шлака в качестве компонента титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2516208:

Открытое акционерное общество "Ключевский завод ферросплавов" (ОАО "КЗФ") (RU)

Изобретение относится к металлургии производства ферротитана, содержащего титана 28-40 мас.%, востребованной в промышленности для производства сварочных электродов, для легирования конструкционных, нержавеющих, жаропрочных сталей. Для получения ферротитана двухстадийным алюминотермическим способом разработана шихта состава, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% 26,6-27,8, алюминий вторичный 21,0-27,0, известь с содержанием углерода не более 0,3 мас.% 4,5-4,9, окалина железная 13,2-14,4, ферросилиций 75%-ный 0,3-0,9, стальной лом 0,5-3,4, дробленый титаносодержащий шлак 26,6-29,0, при этом титаносодержащий шлак в качестве компонента титаносодержащей шихты получают в электропечи путем проплавления шихты, содержащей, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% 75,5-79,2, алюминий вторичный 4,9-5,8, известь с содержанием углерода не более 0,6 мас.% 12,0-13,2, окалина железная 2,6-3,8, ферросилиций 75%-ный 2,6-2,8, после выдержки расплава сливают металл и титаносодержащий шлак, который отделяют, охлаждают и дробят. Изобретение позволяет использовать новые титаносодержащие шихтовые композиции без рутилового концентрата. 3 н.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферротитана марки ФТи35С5, содержащей 28-40 мас.% титана (ГОСТ 4761-91С.2), которая востребована в промышленности и широко используется в качестве легирующего компонента для производства низколегированных конструкционных, нержавеющих, жаропрочных сталей, сварочных электродов.

При производстве ферротитана возникают проблемы оптимального выбора титаносодержащего сырья и других компонентов шихты для его выплавки. В качестве титаносодержащего сырья в основном используют ильменитовый, рутиловый концентраты, рудные композиты, отходы, которые кроме оксида титана содержат вредные примеси (Р, S, цветные металлы), что усложняет и удорожает технологический процесс получения качественного ферротитана.

Известен способ алюминотермического получения ферротитана (SU 1786170 А1), включающий предварительную подачу в агрегат отходов металлического титана, загрузку и расплавление основных частей шихты, довосстановление оксидов титана, выдержку и выпуск продуктов плавки. В качестве шихтовых материалов использовали титановый ильменитовый концентрат (55,4% TiO₂), железорудный окатыш, алюминий вторичный, ферросилиций 75%-ный, известь и алюминокремниевый сплав. Способ предполагает повышение извлечения титана, улучшение качества при снижении удельного расхода алюминия и ферросилиция. Однако известный способ не нашел применение в промышленных условиях по причине высоких энергетических и материальных затрат, сложности контроля параметров технологического процесса.

Из уровня техники известен способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита (RU 2329322 С2), который включает предварительное введение в электродуговую печь железного лома, расплавление его и удаление образовавшегося шлака, загрузку после слива на первой стадии шихты из ильменита (TiO₂ 60 мас.%, Fe₂O₃ 31,7 мас.%), электродного боя, извести или известняка, восстановление и плавление железа, слив содержащего оксид титана шлака (TiO₂ 79,5 мас.%, Fe₂O₃ 7,8 мас.%, остальное - примеси оксидов Al, Si, V, Mn, S и Р), приготовление для второй стадии плавления основной шихты, состоящей из содержащего оксид титана дробленого шлака, полученного на первой стадии, и алюминия, плавление основной шихты с образованием ферросплава. Приготовленную основную шихту используют в качестве наполнителя и формируют из нее расходуемый электрод в металлической оболочке, который плавят под слоем флюса до образования ферротитана, содержащего 68-78,7 мас.% титана, 19,3-30,0 мас.% железа и до 1,98 мас.% примесей.

К недостаткам изложенного изобретения следует отнести: применение электродного боя и известняка приводят к повышенному содержанию углерода в промежуточном продукте и последующий переход углерода в конечный ферротитан; отрицательное влияние углерода на алюминотермические процессы получения ферротитана; использование и координация действий по использованию нескольких единиц печного оборудования (печь для выплавки содержащего оксид титана шлака, электродуговая печь для выплавки слитков ферротитана из расходуемого электрода).

Известен также патент (RU 2335564 С2) на «Высокотитановый ферросплав, получаемый двухстадийным восстановлением из ильменита», в соответствии с которым в электродуговой печи получают титановый шлак с высоким содержанием оксида титана (79,5 мас.% TiO₂) с использованием ильменитовой руды, извести и углеродного восстановителя - электродного боя или кокса, на второй стадии готовят шихту из измельченного шлака, полученного на первой стадии, и алюминия, которую загружают и уплотняют в стальной оболочке с образованием расходуемого электрода. Расходуемый электрод подсоединяют к положительному полюсу источника питания и опускают в предварительно загруженный в ванну электродуговой установки защитный флюс до образования электрической дуги между расходуемым электродом и нижним отрицательным электродом, который подключен к дну ванны. При плавлении происходит восстановление оксидов титана и оксидов железа алюминием под слоем расплавленного шлака с образованием расплава ферротитана, который при затвердевании кристаллизуется в слиток.

К недостаткам известного изобретения следует отнести: необходимость использования двух плавильных агрегатов, необходимость изготовления расходного электрода в стальной оболочке, что удорожает стоимость конечной продукции, а использование углеродного восстановителя (электродного боя) приводит к повышенному содержанию углерода в шлаке первой стадии, что негативно отражается на алюминотермическом получении ферротитана во второй стадии, содержание фосфора в шлаке первой стадии остается высоким, что не позволит получить ферротитан с содержанием фосфора менее 0,04 мас.%.

Из уровня техники известен патент (RU 2318032 С1) «Ферротитан для легирования стали и способ его алюминотермического получения», который включает способ алюминотермического получения ферротитана из титанового сырья. В составе шихты на плавку значительно снижают содержание оксида железа путем замены части ильменитового концентрата рутиловым концентратом, задавая их в соотношении соответственно по массе (0,8-1,2):1.

Соотношение масс оксида титана TiO₂ к оксидужелеза в пересчете на FeOTiO₂:FeO в рутиловом концентрате составляет (37-76):1, в ильменитовом концентрате это соотношение равно (1,4-1,5):1, в принятой пропорции ильменитового и рутилового концентратов это соотношение находится в пределах (2,1-2,6):1, а в шихте на плавку в целом соответственно (1,8-2,2):1, чем обеспечивается повышенное до 48-56 мас.% содержание титана в получаемом сплаве.

Способ включает предварительное проплавление в горне запальной части шихты, содержащей часть титанового сырья - ильменитовый концентрат, алюминий, окалину железную и известь, затем проплавление в электропечи 60-75% титанового сырья с известью, в том числе всю массу рутилового концентрата, восстановление первичным алюминием оксидов расплава и оксидов одновременно загружаемой оставшейся части ильменитового концентрата и после окончания восстановления оксидов металлов алюминием выпуск продуктов плавки. Получаемый по указанному способу ферротитан имеет повышенное содержание фосфора и алюминия по причине высокой концентрации фосфора в ильмените и вынужденным целенаправленным насыщением расплава алюминием с целью повышения извлечения титана из сырья в сплав. Кроме этого из-за дефицита и высокой стоимости рутилового концентрата промышленное производство ферротитана малорентабельно.

Практика использования составов шихтовых материалов, применяемых для получения ферротитана по известным техническим решениям, указывает на ряд недостатков: использование при шихтовке дефицитного сырья, требующего значительных материальных и энергетических затрат; наличие в компонентах шихты вредных примесей, что усложняет контроль безопасного ведения технологического процесса получения гарантированного качества ферротитана.

Из источников патентной информации (RU 2335564 С2) известно использование титаносодержащего шлака (состава, мас.%: 79,5 TiO₂, 7,8 Fe₂O₃ с примесями оксидов Al, Si, V, Mn) в малокомпонентной шихте, содержащей алюминий, стекло, известь. Основная шихта используется только для получения ферротитана методом плавления расходуемого электрода в стальной оболочке, наполненной указанной шихтой.

Близкой по технической сущности, составу и достигаемому результату для алюминотермического получения ферротитана (RU 2318032 С1) является состав основной шихты, используемой для проплавления содержащей концентрат ильменитовый, концентрат рутиловый, алюминий, известь, окалину железную.

Задачей заявленного технического решения является формирование состава шихты, обеспечивающей стабильный процесс восстановления титана из оксидов на стадии технологического процесса алюминотермического получения ферротитана с низким содержанием С, Р, S и улучшение технико-экономических показателей процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в известном составе шихты, содержащей ильменитовый концентрат, алюминий, известь, окалину железную используют ферросилиций 75%-ный, стальной лом и дробленный титаносодержащий шлак при следующем содержании компонентов, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% - 26,6-27,8; алюминий вторичный 21,0-27,0; известь с содержанием углерода не более 0,3 мас.% 4,5-4,9; окалину железную 13,2-14,4; ферросилиций 75%-ный 0,3-0,9; стальной лом 0,5-3,4; дробленный титаносодержащий шлак 26,6-29,0, состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид кремния 4,8-6,5, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005.

Сущность изобретения - в оптимизации компонентного и количественного состава титаносодержащей шихты, обогащенной оксидами титана, в том числе за счет использования титаносодержащего шлака, по составу и свойствам близкого к дорогостоящему концентрату из рутиловой руды.

Заявленный количественный состав компонентов титаносодержащей шихты позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов приводит к нарушению режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей технологического процесса алюминотермического получения ферротитана.

При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% ниже 26,6 мас.% снижается содержание титана в ферротитане ниже марочного состава. При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ выше 27,8 мас.% снижается степень извлечения титана из титанового сырья в ферротитан и увеличивается содержание фосфора в ферротитане.

При содержании титаносодержащего шлака, ниже 26,6 мас.% снижается содержание титана в ферротитане и увеличивается содержание фосфора в ферротитане. При содержании титаносодержащего шлака, выше 29,0 мас.% снижается степень извлечения титана из титанового сырья в ферротитан.

При содержании алюминия вторичного ниже 21 мас % снижается степень восстановления основных оксидов металла и ухудшается тепловой режим плавки. При содержании алюминия вторичного выше 27 мас.% увеличивается содержание алюминия, перешедшего в ферротитан.

При содержании извести с содержанием углерода не более 0,3 мас.% ниже 4,5 мас.% ухудшаются условия связывания глинозема, образующего при восстановлении оксидов, и осаждения ферротитана в слиток. При содержании извести с содержанием углерода не более 0,3 мас.% выше 4,9 мас.% неоправданно увеличивается расход извести.

При содержании окалины железной ниже 13,2 мас.% снизится количество выделенного тепла и ухудшится режим плавки. При содержании окалины железной выше 14,4 мас.% снизится содержание ведущего элемента титана в ферротитане, а также возрастет скорость процессов восстановления и пылеунос шихтовых материалов.

При содержании ферросилиция ниже 0,3 мас.% уменьшится образование силицидов титана и снизится извлечение титана в ферротитан. При содержании ферросилиция выше 0,9 мас.% увеличится содержание кремния в сплаве, что приведет к ухудшению сортности ферротитана.

При содержании лома стального ниже 0,5 мас.% снизится извлечение титана в ферротитан. При содержании лома стального выше 3,4 мас.% снизится содержание ведущего элемента титана в ферротитане.

Заявленный состав шихты направлен на достижение единого изобретательского замысла - создание простого надежного и малозатратного (с высокой степенью извлечения титана из сырья) способа алюминотермического получения качественного ферротитана марок, содержащих 28-40% титана, в частности марки ФТи35С5 (ГОСТ 4761-91C.2), широко востребованных во многих отраслях промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа алюминотермического получения ферротитана (RU 2318032 С1), включающего подготовку, загрузку и проплавление в горне запальной части шихты, содержащей часть титанового сырья - ильменитовый концентрат, алюминий, окалину железную и известь, затем проплавление в электропечи 60-75% титанового сырья с известью, восстановление первичным алюминием оксидов расплава и оксидов одновременно загружаемой оставшейся части ильменитового концентрата в заявленном способе алюминотермического получения ферротитана проплавляют титаносодержащую шихту состава, мас.% концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% - 26,6-27,8; алюминий вторичный 21,0-27,0; известь с содержанием углерода не более 0,3 мас.% - 4,5-4,9; окалина железная 13,2-14,4; ферросилиций 75%-ный - 0,3-0,9; стальной лом 0,5-3,4; дробленный титаносодержащий шлак 26,6-29,0, состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид кремния 4,8-6,5, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005.

После окончания процесса плавления шихтовых материалов расплав ферротитана и конечного шлака разливают в изложницы с получением товарной продукции - ферротитана и шлака.

В группе заявленных изобретений предложен способ алюминотермического получения титаносодержащего шлака, который используется в качестве компонента титаносодержащей шихты для получения ферротитана.

Из источников информации известно получение титаносодержащего шлака в электропечи при плавлении шихты компонентного состава: чугунный или стальной лом, ильменитовая руда, электродный бой или кокс, известь или известняк (RU 2335564 С2). Однако при плавлении такой шихты необходимо обеспечить ошлакование большой массы пустой породы.

Известно применение рудной (оксидно-флюсовой) шихты для получения расплавленного титаносодержащего шлака, используемого в качестве компонента шихты при проплавлении восстановительной части шихты для алюминотермического получения ферротитана (RU 2318032 С1). Многолетним опытом промышленного производства на ферросплавном заводе регламентирован состав шихты, мас.%: концентрат ильменитовый 27,6-29,6; рутиловый концентрат 27,6-29,5; алюминий первичный 28,0-29,1; известь молотая 10,7-11,4; окалина железная 2,2-2,4. Использование ильменитового и рутилового концентратов, а также первичного алюминия усложняет процесс получения ферротитана и в целом ухудшает технико-экономические показатели.

Задачей предлагаемого изобретения является создание оптимального компонентного и количественного состава шихты для способа получения высококачественного титаносодержащего шлака с низким содержанием вредных примесей и с высоким содержанием оксида титана, как компонента основной титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана.

Поставленная задача достигается тем, что при плавлении в электропечи в известный состав шихты, содержащей ильменитовый концентрат, алюминий, известь, окалину железную, добавляют ферросилиций 75%-ный, а компоненты взяты при следующем количественном соотношении, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% 75,5-79,2, алюминий вторичный 4,9-5,8, известь с содержанием углерода не более 0,6 мас.% 12,0-13,2, окалина железная 2,6-3,8, ферросилиций 75%-ный 2,6-2,8.

Сущность изобретения заключается в том, что в составе шихты для проведения процесса получения титаносодержащего шлака значительно изменено содержание основных компонентов.

Заявленный количественный состав компонентов шихты для проведения процесса получения титаносодержащего шлака позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов от их концентрации приводит к нарушению режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей технологического процесса получения титаносодержащего шлака.

При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% ниже 75,5 мас.% снижается содержание основных окислов TiO₂ и FeO в получаемом титаносодержащем шлаке и ухудшается тепловой баланс процесса алюминотермического получения ферротитана. При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% выше 79,2 мас.% ухудшаются условия дефосфоризации получаемого титаносодержащего шлака и конечного ферротитана.

При содержании порошка алюминия вторичного ниже 4,9 мас.% ухудшаются условия восстановления железа и дефосфоризации получаемого титаносодержащего шлака. При содержании порошка алюминия вторичного выше 5.8 мас.% снижается содержание оксидов железа в титаносодержащем шлаке, что приведет к снижению выделенного тепла при проведения процесса алюминотермического получения ферротитана и ухудшению теплового баланса плавки.

При содержании извести (с содержанием углерода не более 0,6%) ниже 12,0 мас.% ухудшится связывание глинозема, что приведет к увеличению температуры плавления титаносодержащего шлака и ухудшит осаждение корольков фосфористого железа. При содержании извести (с содержанием углерода не более 0,6%) выше 13,2 мас.% увеличивается жидкоподвижность титаносодержащего шлака и усложняются условия его подготовки для последующей переработки.

При содержании окалины ниже 2,6 мас.% образуется недостаточное для зажигания электрических дуг количество наведенного жидкого шлака. При содержании окалины выше 3,8 мас.% усиливается размывание периклазовой футеровки подины горна.

При содержании ферросилиция ниже 2,6 мас.% ухудшаются условия дефосфоризации титаносодержащего шлака. При содержании ферросилиция выше 2,8 мас.% увеличивается расход ферросилиция без улучшения условий дефосфоризации титаносодержащего шлака.

При плавлении шихты заявленного состава получают товарный продукт - титаносодержащий шлак химического состава, мас.%:

оксид титана 54-59

оксид алюминия 10-15

оксид кальция 12-17

оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2

оксид кремния 4,8-6,5

оксид магния 0,8-2,1

углерод 0,01-0,02

фосфор не более 0,01

сера не более 0,005

Заявленный количественный состав компонентов в титаносодержащем шлаке, позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов от их концентрации приводит к нарушению теплового режима основной плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей технологического процесса алюминотермического получения ферротитана как конечной продукции.

Снижение содержания оксида титана ниже 54 мас.% не обеспечивает получение в конечном ферротитане содержания титана более 28 мас.%. Повышение содержания оксида титана выше 59 мас.% потребует снижения в титаносодержащем шлаке содержания оксида кальция, что снизит степень связывания образующего глинозема и отрицательно повлияет на физические свойства титаносодержащего шлака.

Снижение содержания оксида алюминия ниже 10 мас.% уменьшает степень восстановления железа и фосфора, и вывод их в процессе алюминотермического получения ферротитана. Повышение содержания оксида алюминия выше 15 мас.% приводит к неоправданному перерасходу алюминия.

Снижение содержания оксида кальция ниже 12 мас.% не обеспечивает связывание глинозема, что приводит к увеличению температуры плавления титаносодержащего шлака и ухудшит осаждение корольков фосфористого железа. Повышение содержания оксида кальция выше 17 мас.% приводит к увеличению жидкоподвижности титаносодержащего шлака и усложнению условий его подготовки для последующей переработки.

Снижение содержания оксидов железа (в пересчете на FeO) ниже 8,4 мас.% приведет к снижению выделенного тепла при алюминотермическом восстановлении металлов из оксидов в процессе алюминотермического получения ферротитана и ухудшению теплового баланса основной плавки. Повышение содержания оксидов железа выше 10,2 мас.% не обеспечит достаточно полного удаления фосфора в процессе алюминотермического получения титаносодержащего шлака.

Присутствие вредной примеси фосфора в титаносодержащем шлаке нежелательно, но обусловлено степенью его восстановления из оксидов фосфора и растворения в образующемся железе.

Присутствующие в титаносодержащем шлаке оксид магния и сера являются попутными, специально их не вводят. При выплавке титаносодержащего шлака эти элементы переходят из исходного ильменитового концентрата и из футеровки горна и не оказывают существенного влияния на свойства титаносодержащего шлака и последующую стадию процесса алюминотермического получения ферротитана.

По составу компонентов, содержанию оксида титана, вредных примесей (С, Р, S) полученный титаносодержащий шлак, по сути, является «искусственным рутилом» и может быть использован взамен дорогостоящего рутилового концентрата.

После разливки и охлаждения титаносодержащий шлак дробят, измельчают и используют в составе основной титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана.

Примеры конкретного выполнения технических решений заявленной группы изобретений.

Подготовленные части шихтовых материалов загружают в смесительный барабан и тщательно перемешивают. Внепечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте проводят с нижним зажиганием шихты в наклоняющемся горне, а слив продуктов плавки в стальную нефутерованную изложницу осуществляют наклоном горна, при этом сначала сливают в изложницу 30-40% шлака для образования гарнисажа, а затем после выдержки, для окончания восстановительных процессов, сливают шлак и металл под слой шлака в изложницу.

В таблице 1 приведены соотношение компонентов шихты на плавку, а в таблице 2 соотношение компонентов в частях шихты на плавку в расчете на 1 колошу (100 кг концентрата).

Пример 1 (прототип) Кампанию выплавки ферротитана в количестве 21 плавки с восстановлением оксидов по методу алюминотермической плавки с предварительным расплавлением части оксидов и флюса в электропечи проводили с использованием ильменитового и рутилового концентратов в заданном соотношении и алюминия марки А5. Состав ильменитового концентрата, мас.%: TiO₂ - 53,2, SiO₂ - 1,1, FeO (в пересчете на 100% FeO) - 38,8; состав рутилового концентрата мас.%: TiO₂ - 94,8, SiO₂ - 1,4, Fe₂O₃ - 1,4 (FeO - 1,26 в пересчете).

Шихту на плавку составляли на 2800 кг титанового сырья, в том числе 1500 кг (включая 100 кг в запальной части шихты) ильменитового концентрата и 1300 кг рутилового концентрата, соотношение их в шихте соответственно составляло 1,15:1.

В запальной части, состоящей из 100 кг ильменитового концентрата, 80 кг алюминия первичного марки А5 в виде полидисперсного порошка фракции 0-3 мм, 120 кг железной окалины и 80 кг извести молотой, проплавляли по методу внепечной плавки. На полученном расплаве под дугами проплавляли 1800 кг смеси концентратов - 64,3% от общей массы в шихте плавки, в том числе 500 кг ильменитового и 1300 кг рутилового, в смеси с 500 кг извести с углеродом 0,7 мас.%.

В восстановительном периоде плавки проплавляли 900 кг ильменитового концентрата в смеси с 1280 кг алюминия марки А5, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков сплава, наклоном плавильного горна сливали шлак и металл в стальную изложницу.

Пример 2 (п.1 и п.2 формулы) Кампания выплавки ферротитана марки ФТи35С5 в количестве 13 плавок с восстановлением из оксидов по методу алюминотермической плавки с предварительным расплавлением части оксидов и флюса в электропечи проводили с использованием ильменитового концентрата состава TiO₂ 52-54 мас.%, SiO₂ 1-2 мас.%, P₂O₅ 0,075-0,085 мас.% и титаносодержащего шлака состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005.

Шихту на плавку составляли на 3300 кг титанового сырья, в том числе 1650 (включая 100 кг в запальной части шихты) ильменитового концентрата и 1650 кг титаносодержащего шлака, соотношение в шихте соответственно составляло 1:1.

В запальной части, состоящей из 100 кг ильменитового концентрата, 90 кг алюминия вторичного в виде полидисперсного порошка фракции 0-3 мм, 120 кг железной окалины и 80 кг извести молотой, проплавляли по методу внепечной плавки.

На полученном расплаве под дугами проплавляли 2750 кг смеси титаносодержащего сырья - 83,3% от общей массы в шихте плавки, в том числе 1100 кг ильменитового концентрата и 1650 кг титаносодержащего шлака, в смеси с 200 кг извести с углеродом 0,3 мас.%.

В восстановительном периоде плавки проплавляли 450 кг ильменитового концентрата в смеси с 1430 кг алюминия марки АВ91, 700 кг окалины железной и по 25 кг ферросилиция и стального лома, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков сплава, наклоном плавильного горна сливали шлак и металл в стальную изложницу.

Основной химический состав полученного ферротитана и титаносодержащего шлака по прототипу и заявленному способу приведены в таблице 3.

Пример 3 (п.3 формулы). Кампанию выплавки титаносодержащего шлака в количестве 29 плавок с восстановлением из оксидов по методу алюминотермической плавки с расплавлением ильменитового концентрата состава TiO₂ 63-65 мас.%, SiO₂ 0,85-0,95 мас.%, P₂O₅ 0,16-0,18 мас.%, оксиды железа в пересчете на FeO 24-25 мас.%, алюминия вторичного марок АВ87-АВ97, ферросилиция ФС-75, окалины железной и извести с содержанием углерода 0,6 мас.% проводили в электропечи под дугами, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков попутного металла, наклоном плавильного горна сливали шлак и металл в стальную изложницу.

Запальную часть, состоящую из 200 кг окалины железной, 60 кг алюминия вторичного марки АВ87-АВ91 в виде полидисперсного порошка фракции 0-3 мм, и 60 кг извести молотой, проплавляли по методу внепечной плавки.

На полученном расплаве под дугами проплавляли 4000 кг ильменитового концентрата с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% в смеси с 640 кг извести с углеродом 0,6 мас.%, 200 кг алюминия вторичного марки АВ87-АВ91 и 140 кг ферросилиция ФС-75, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков сплава, наклоном плавильного горна сливали титаносодержащий шлак и металл в стальную изложницу.

Таким образом, разработан и реализуется технологически несложный способ алюминотермического получения титаносодержащего шлакаметодом частичного восстановления железа и восстановления фосфора из оксидов при расплавлении в электропечи шихты, состоящей из ильменитового концентрата, извести, алюминия вторичного, окалины железной и ферросилиция, и его последующим использованием при получении ферротитана марки ФТи35С5 с пониженным содержанием фосфора алюминотермическим способом восстановлением из оксидов по методу плавки с расплавлением части оксидов и флюса в вышеуказанной электропечи, при использовании в шихте ильменитового концентрата, титаносодержащего шлака, алюминия вторичного, окалины железной, стального лома и ферросилиция.

Способ позволяет отказаться от использования дорогостоящего рутилового концентрата, и получать высококачественный дешевый продукт: титаносодержащий шлак, с низким содержанием фосфора для алюминотермического получения ферротитана требуемого химического состава.

В предлагаемой группе изобретений разработаны составы шихт и технологические приемы, позволяющие регулировать соотношения TiO₂:FeO в оксидном титановом сырье и общей массы оксидов железа, а также общей массы оксидов фосфора в шихте, соотношения частей сырья и железосодержащего сырья, проплавляемых под дугами для обеспечения теплового баланса в процессах алюминотермического получения титаносодержащего шлака и ферротитана, снижения массовой доли фосфора в получаемом ферротитане за счет удаления его из части титаносодержащего сырья.

Техническим результатом является осуществление с использованием новых составов шихт алюминотермического способа производства ферротитана с низким содержанием фосфора и способа алюминотермического получения титаносодержащего шлака из имеющего в наличии сырья на существующем металлургическом оборудовании. Отсутствует необходимость закупать дорогостоящий рутиловый концентрат. Изобретение позволяет получать ферротитан марки ФТи35С5 по ГОСТ 4761-91 с химическим составом, удовлетворяющим всем требованиям потребителей.

Выход ферротитана с массовыми долями: Ti в пределах 28-32 мас.%, С не более 0,12 мас.%, Р не более 0,04 мас.% за кампанию составил 100%, а ценовые затраты на шихтовые титаносодержащие компоненты снижены в 4 раза.

Источники информации:

1. SU 1786170 A1

RU 2329322 С2

RU 2335564 С2

RU 23180032 C1

Таблица 1
Вид материала	Части шихты, кг
	прототип	Заявленные способы
	запальная	рудная	восстановительная	Шихта для получения титаносодержащего шлака	Титаносодержащая шихта для получения ферротитана
запальная	рудно-восстановительная	запальная	рудная	восстановительная
Концентрат ильменитовый TiO₂ 52-54 мас.%	100	500	900			100	1100	450
Концентрат ильменитовый TiO₂ 63-65 мас.%					4000
Концентрат рутиловый		1300
Титаносодержащий шлак							1650
Алюминий вторичный порошок				60	200	90		1430
Алюминий первичный порошок	80		1280
Известь	80	500		60	640	80	200
Ферросилиций					140			25
Железная окалина	120			200		120		700
Стальной лом								25
Итого	380	2300	2180	320	4980	390	2950	2630
4860	5300	5970

Таблица 2
Вид материала	Части шихты на 1 колошу (100 кг титанового концентрата), кг
	Запальная	Рудная (оксидно-флюсовая)	Восстановительная
	прототип	предлагаемый	прототип	предлагаемый	прототип	предлагаемый
для получения титаносодержащего шлака	для получения ферротитана	для получения титаносодержащего шлака	для получения ферротитана	для получения ферротитана
Концентрат ильменитовый TiO₂ 52-54 мас.%	1		6,0-6,1	15-20		60,6-72,7	25-40	26,6-33,3
Концентрат ильменитовый TiO₂ 63-65 мас.%					100
Концентрат рутиловый				55-45
Титаносодержащий шлак						100
Алюминий вторичный порошок		1,5	5,4-5,5		5			79,3-91,5
Алюминий первичный порошок	0,8						45-50
Известь	0,8	1,5	4,8-4,9	15-20	16	9,1-15,2
Ферросилиций					3,5			0,1-1,5
Железная окалина	1,2	5	7,2-7,3					36,1-48,5
Стальной лом								0,2-1,5

Таблица 3
№ п/п	Показатели	Прототип	Заявленные способы
Получение ферротитана	Получение титаносодержащего шлака	Получение ферротитана
1	Извлечение титана, %	не менее 70	не менее 96	не менее 76
2	Основной химический состав ферротитана за кампанию, мас.%
	Титан	49,2-55,1		28,7-31,9
	Алюминий	10,5-15,9		6,8-9,0
	Фосфор	не регламентир		0,030-0,039
	Олово	0,01-0,02		0,01-0,02
3	Основной химический состав титаносодержащего шлака за кампанию, мас.%
	Диоксид титана		54-59
	Оксид алюминия		10-15
	Оксид кальция		12-17
	Оксид железа (в пересчете на FeO)		8,4-10,2
	Оксид кремния		4,8-6,5
	Оксид магния		0,8-2,1
	Фосфор		не более 0,01
	Углерод		0,01-0,02
	Сера		не более 0,005

1. Титаносодержащая шихта для алюминотермического получения ферротитана, содержащая концентрат ильменитовый, алюминий вторичный, известь, окалину железную, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ферросилиций 75%-ный, стальной лом, дробленый титаносодержащий шлак состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид кремния 4,8-6,5, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005, при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

концентрат ильменитовый
с содержанием 52-54 мас.% TiO₂	26,6-27,8
алюминий вторичный	21,0-27,0
известь с содержанием
не более 0,3 мас.% углерода	4,5-4,9
окалина железная	13,2-14,4
ферросилиций 75%-ный	0,3-0,9
стальной лом	0,5-3,4
дробленый титаносодержащий шлак	26,6-29,0

2. Способ алюминотермического получения ферротитана, включающий проплавление в горне запальной части шихты, содержащей часть титанового сырья - ильменитовый концентрат, алюминий и известь, плавку в электропечи титанового сырья с известью, восстановление алюминием оксидов расплава и загружаемой оставшейся части титанового сырья, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что в период плавки проплавляют титаносодержащую шихту по п.1.

3. Способ алюминотермического получения титаносодержащего шлака в качестве компонента титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана по п.1, характеризующийся тем, что в электропечи проплавляют шихту, содержащую, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием 63-65 мас.% TiO₂ 75,5-79,2, алюминий вторичный 4,9-5,8, известь с содержанием не более 0,6 мас.% углерода 12,0-13,2, окалина железная 2,6-3,8, ферросилиций 75%-ный 2,6-2,8, после выдержки расплава получают титаносодержащий шлак, который отделяют, охлаждают и дробят.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для алюминотермического получения ферромолибдена. Предложена шихта, мас.%: молибденовый концентрат 38,5-39,8, железный порошок 16,3-17,0, алюминий 14,3-14,8, известь 26,1-26,4, клинкер высокоглиноземистый молотый 3,1-3,4.

Способ перевода режима работающей печи при выплавке кремнистых ферросплавов с карборундного метода на бескарборундный // 2504596

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству кремнистых ферросплавов углетермическим восстановлением. В способе осуществляют регулирование шихтового, электрического и электродного режимов ее работы путем изменения количества углерода в шихте, при этом осуществляют одновременно следующие операции: выжигание подового гарниссажа путем погружения в ванну печи электродов с рабочими тиглями до околоподового пространства, при уменьшении подачи избыточного углерода в шихту вплоть до достижения стехиометрического его количества и ликвидации шихтовой электропроводности при наращивании дуговой электропроводности до 100%, и выпускают металл из печи при одновременном контроле всех упомянутых режимов.

Суспензионная литая дисперсионно-твердеющая ферритокарбидная штамповая сталь // 2487958

Изобретение относится к области металлургии, а именно к области получения и использования литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали для тяжелонагруженных штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, а также штампов для твердо-жидкой штамповки сплавов на основе меди.

Способ удаления титана из высокохромистых расплавов // 2471874

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для рафинирования от титана сталей и сплавов на железной основе, в частности для рафинирования ферросплавов хрома с различным содержанием углерода.

Способ алюминотермического получения ферромолибдена // 2468109

Изобретение относится к области металлургии, а именно к алюминотермическому получению ферромолибдена. .

Алюминотермический способ получения металлов и плавильный горн для его осуществления // 2465361

Изобретение относится к внепечному производству чистых металлов и сплавов в оксидных металлотермических процессах, в частности алюминотермических, протекающих за счет выделения тепла в химических реакциях восстановления металлов из оксидов или концентратов.

Способ получения азотированного феррованадия // 2462525

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве азотированной ванадийсодержащей лигатуры, применяемой при выплавке различных марок сталей, например конструкционных, инструментальных и сталей с особыми свойствами.

Способ извлечения молибдена, никеля, кобальта или их смеси из отработанных или регенерированных катализаторов // 2462522

Шихта для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца // 2456363

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца. .

Способ выплавки низкоуглеродистых марганецсодержащих сплавов // 2455379

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству марганецсодержащих сплавов из богатых марганцевых концентратов. .

Шихта и электропечной алюминотермический способ получения ферробора с ее использованием // 2521930

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой. Предложена шихта при следующем соотношении компонентов, мас.%: ангидрид борный 27,3-28,1, окалина железная 34,4-35,3, порошок алюминия первичного 29,2-30,8, известь обожженная 4,8-6,4, концентрат плавиковошпатовый 0,8-1,0, соль поваренная выварочная 0,8-1,0. При использовании шихты заявленного состава на подину наклоняющегося горна загружают запальную часть шихты и зажигают ее запальной смесью, после наплавления расплава зажигают электрические дуги и при токовой нагрузке 3-5 кА в течение 25-40 мин по мере проплавления проводят порционную загрузку основной части шихты, а после проплавления основной части шихты и отключения электрических дуг в горн загружают и проплавляют осадительную часть шихты. По окончании плавки расплав выдерживают в течение 5-10 мин в горне до полного осаждения капель металла, после чего в шлаковую чашу на высоту 200-250 мм сливают часть шлака, наводят шлаковый гарнисаж на стенки шлаковни, в которую сливают оставшийся расплав для окончательной кристаллизации продуктов плавки, полученный блок ферробора извлекают из шлаковни и очищают от шлака. Изобретение позволяет найти оптимальные соотношения массы ангидрида борного, окалины железной, порошка первичного алюминия, извести обожженной, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной, с обеспечением нормальной термичности алюминотермической шихты, которая при плавке ферробора находится в пределах 700-720 ккал/кг, получить ферробор с низким содержанием кремния, углерода, фосфора, а также обеспечить высокое извлечение бора в сплав без необходимости переработки металлоотходов. 2 н.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.

Способ переработки печных отвальных никелевых шлаков на ферроникель и литейный чугун // 2542127

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам переработки печных отвальных никелевых шлаков для получения товарного ферроникеля и литейного чугуна марок Л1-Л6. Предварительно просушенный печной отвальный никелевый шлак смешивают с углеродсодержащим восстановителем в количестве 3-10% от массы шлака, полученную смесь расплавляют в факельной печи и после расплавления упомянутой смеси производят выпуск из печи ферроникеля, содержащего более 5% никеля, в ковш, после окончания выпуска для десульфурации в ковш вводят железо-магниевую лигатуру в количестве, необходимом для обеспечения допустимого содержания серы в ферроникеле, затем на оставленный в печи шлак добавляют углеродсодержащий восстановитель в количестве 10-20% от массы шлака и производят последующее его расплавление с получением литейного чугуна марок Л1-Л6. Изобретение позволяет комплексно и безотходно перерабатывать отвальные никелевые шлаки с получением трех товарных продуктов - ферроникеля, литейного чугуна и клинкера. 1 табл.

Шихта для производства кремния // 2544694

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому способу получения кремния и кремнистых сортов ферросплавов в руднотермических печах. При получении технического кремния используется шихта, включающая кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, древесную щепу, и карбид кремния на нитридной связке в следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцит - 42,7-50,3; древесный уголь - 2,7-5,1; нефтяной кокс - 1,6-3,0; каменный уголь - 13,3-24,9; древесная щепа - 6,1-10,4; карбид кремния на нитридной связке - 6,2-33,5. В качестве карбида кремния на нитридной связке могут использоваться карбидокремниевые плиты, применяемые для футеровки ванн электролизеров для получения алюминия. Техническим результатом изобретения является снижение потерь получаемого кремния за счет уменьшения образующегося в процессе выплавки монооксида, что приводит к снижению расхода сырья и технологической электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь и способ ее получения // 2545856

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционной коррозионно-стойкой криогенной аустенитной высокопрочной свариваемой стали, предназначенной для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов. Сталь содержит, в мас.%: C 0,05-0,07, Cr 18,0-20,0, Ni 5,0-7,0, Mn 8,0-10,0, Mo 1,4-1,8, Si 0,25-0,35, N 0,25-0,28, Al 0,0015-0,0035, редкоземельные элементы (РЗЭ) 0,005-0,008, Fe и примеси - остальное. В качестве примесей сталь содержит, в мас.%: Cu 0,05, S 0,0025, P 0,010, Sn 0,005, Pb 0,005, Bi 0,005, As 0,005. Обеспечиваются требуемые прочностные характеристики при комнатной температуре, вязкость в области криогенных температур и свариваемость. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Способ алюминотермического получения ферросплавов // 2549820

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов - феррохрома и ферротитана. Способ включает смешивание порошков исходных компонентов шихты, содержащей рудный концентрат и алюминий в качестве восстановителя, инициирование процесса горения, механическое отделение полученного литого ферросплава от шлаков. В шихту дополнительно вводят окислитель в количестве не более 15 мас.%, в качестве которого используют перхлорат щелочного металла, а в состав восстановителя вводят не более 15 мас.% магния или сплава алюминия с магнием, в количестве, достаточном для полного восстановления оксидов из рудных концентратов, причем суммарное содержание восстановителя в шихте составляет не более 30 мас.%, размещают шихту в емкости из графита или нитрида бора, инициирование процесса горения на воздухе с помощью вольфрамовой спирали. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при высокой эффективности процесса, себестоимость и время процесса при сохранении высокой степени извлечения и чистоты целевого продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ производства низкоуглеродистого феррохрома в электропечи // 2553118

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в ферросплавном производстве при производстве низкоуглеродистого феррохрома. В способе в качестве хромсодержащего материала используют хромовый концентрат. Производят завалку в печь металлоотходов, включают печь и после выхода на заданную мощность отключают ее и на образовавшийся металлический расплав загружают всю шихту сразу в виде гомогенезированной смеси с размером частиц 0,1-3,0 мм при соотношении компонентов в смеси, (%): хромовый концентрат : известь : ферросилиций - (40-47):(47-43):(13-10), соответственно, расплавление упомянутой смеси за счет теплового эффекта экзотермических реакций силикотермического восстановления хрома и железа кремнием ферросилиция без включения электрических дуг, затем включают электрические дуги и проводят доводку шлака с помощью присадок ферросилиция и извести. Изобретение позволяет гарантированно получать высокое содержание хрома в расплаве и регулировать его содержание, сократить расход электроэнергии в 2,5-3 раза, снизить длительность плавки на 20-30 мин, а также снизить содержание углерода и кремния в сплаве. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Способ производства ферромолибдена из молибденита // 2553141

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве ферромолибдена с содержанием меди 0,5% из низкосортного молибденита с высоким содержанием меди. В способе осуществляют добавление железа и металлического алюминия в молибденит с содержанием меди 0,5-10% и их смешивание, реагирование смеси в нагревателе при температуре 1100-2000°С в атмосфере газообразного аргона и естественное охлаждение расплава при температуре окружающей среды после окончания реакции с получением ферромолибдена с содержанием меди менее 0,5 мас.%. Изобретение позволяет уменьшить расход восстановителя - алюминия за счет прямого восстановления без процесса окисления, используя молибденит с высоким содержанием меди. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 6 пр.

Способ попутного получения сплава ферросиликотитана при выполнении доменной плавки титаномагнетитовых концентратов // 2563068

Изобретение относится к переработке шлаков при выполнении доменной плавки титаномагнетитовых концентратов. В шлаковую чашу доменной печи подают полученный в процессе доменной плавки титаномагнетитовых концентратов жидкий горячий доменный шлак, содержащий двуокись титана TiO2 и глинозем Al2O3, подают восстановитель и флюс, из полученного расплава проводят восстановление железа, титана и кремния и сливают шлак. В качестве восстановителя используют ферроалюминий или металлический алюминий, утяжеленный железом, или смесь ферроалюминия с металлическим алюминием, утяжеленным железом, с плотностью в интервале от значения плотности жидкого доменного шлака до 5,5 кг/дм3 и содержанием металлического алюминия в количестве, превышающем в (0,6÷2,5) раза стехиометрическое количество металлического алюминия. Обеспечивается повышение степени извлечения титана из исходного доменного шлака, снижение затрат энергии на извлечение титана, снижение расхода алюминия в составе восстановителя при получении сплава железа, титана и кремния, попутное получение конечного шлака с содержанием глинозема не менее 35 мас.% в виде клинкера для производства глиноземистых цементов. 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

Способ получения феррованадия // 2567085

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов. В способе перед загрузкой шихтовой смеси на подину печи задают смесь периклазового порошка и борной кислоты, взятых в соотношении 1:(0,01-0,05) и в количестве 0,06-0,30 от массы выплавляемого сплава, при этом восстановительный период плавки проводят при содержании алюминия в жидком полупродукте 5-15%, а соотношение пентоксида ванадия и извести в шихтовой смеси вначале на восстановительном периоде плавки составляет 1:(0,15-0,30), затем на рафинировочном периоде 1:(0,31-0,40), при этом рафинировочная смесь дополнительно содержит алюминий в количестве 0,02-0,10 от массы пентоксида ванадия. Изобретение позволяет повысить извлечение ванадия на 0,5-1,6%, снизить расход алюминия на 0,6-1,7% и огнеупоров на 15-20%, увеличить производительность на 13-20% и улучшить качество сплава. 2 табл.

Шихта для выплавки ферросиликомарганца в руднотермической электропечи // 2567412

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству ферросиликомарганца в руднотермических электропечах. Шихта в своем составе содержит, мас.%: марганцевое сырье 55-60, флюс 20-25, тощий уголь 15-20, шлак от производства технического кремния или шлак высококремнистого ферросилиция остальное. Изобретение позволяет разработать состав шихты, обладающей большей восстановительной способностью извлечения марганца в сплав. 1 табл.