Способ производства ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия



Способ производства ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия
Способ производства ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия
Способ производства ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия

 


Владельцы патента RU 2588926:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт чёрной Металлургии им. И.П. Бардина" (RU)

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве богатых ванадийсодержащих шлаков и товарного феррованадия. В способе осуществляют заливку ванадиевого низкокремнистого чугуна в дуговую сталеплавильную печь, нагревают чугун до температуры деванадации 1421-1470°C, по результатам анализа шлака производят постепенную порционную присадку окалины в количестве 4-8% от массы чугуна и соды (Na2 CO3) в количестве 7-10% от массы шлака, дополнительно вводят углерод с поддержанием в шлаке содержания FeO 10-15% и соотношения (Na2O)/(V2O5) в пределах 0,3-0,5 и при достижении в шлаке отношения V/Fe=1,3-2,3 процесс деванадации чугуна заканчивают, выпускают шлак, содержащий 27-32% V2O5, при этом в процессе деванадации до самого выпуска осуществляют непрерывное глубинное перемешивание металла аргоном или азотом через дно или через погружные фурмы с удельной интенсивностью 0,01-0,03 м3/(т·мин). Изобретение позволяет, минуя стадию дорогого и экологически опасного химического передела в производстве пентаоксида ванадия, получать богатый по содержанию пентаоксида ванадия шлак, пригодный для производства из него напрямую товарного феррованадия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу производства богатого ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения напрямую товарного феррованадия.

Сейчас все производители получают ванадийсодержащий шлак - основное сырье отечественной ферросплавной промышленности для получения пентаоксида ванадия (путем химической переработки V-шлака). Получаемый технический пентаоксид ванадия содержит 87-90% V2O5, из которого в дальнейшем силикотермическим или алюминотермическим восстановлением получают товарный феррованадий.

Технологические операции химического передела крайне чувствительны к составу V-шлака. Эти требования приводят к тому, что шлак получается в виде вязкой, кашеобразной массы, создающей значительные технологические трудности. При этом химический передел ванадийсодержащего шлака весьма затратный и экологически вредный процесс.

Известен способ производства ванадийсодержащего шлака в ковше на вибростенде, [1]. Ковш емкостью 77-80 т заполняют ванадийсодержащим чугуном, имеющим в среднем 1,22% V.

Ванадий в чугуне окисляют газообразным кислородом. Во время продувки с целью снижения и/или регулирования температуры процесса добавляют прокатную окалину и антрацит, не допуская повышения температуры выше 1400°C. Антрацит добавляют в количестве 3000 кг для компенсации потерь приблизительно 2% углерода при его окислении. Для улучшения усреднения температуры и химического состава по объему чугуна ковш подвергается виброколебаниям на специальном стенде. В конце процесса полупродукт отправляют на переработку в конвертере, а получаемый густой по консистенции шлак из ковша «вываливают» в шлаковню (переворачивая ковш вверх дном) и отправляют на дробление и отмагничивание от металлических включений. Произведенный шлак экспортируется. Типичный состав получаемого ванадиевого шлака следующий, %:

Недостатками известного способа являются:

- высокозатратный трехступенчатый процесс, включающий получение V-содержащего передельного чугуна сложным двухступенчатым внедоменным процессом, с последующей деванадацией этого чугуна в ковше на вибростенде для получения ванадиевого шлака;

- высокая вязкость получаемого шлака;

- относительно невысокое содержание пентаоксида ванадия в шлаке;

- безвозвратные потери ванадия со шлаками плавильных печей, содержащими 0,9% V2O5.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ производства ванадийсодержащего шлака при конвертерном переделе ванадиевого низкокремнистого чугуна на НТМК, получаемого при переработке ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд [2], заключающийся в том, что ванадиевый низкокремнистый чугун заливают в конвертер емкостью 165 т, затем в конвертер для охлаждения и регулировки окисленности конечного шлака присаживают окислитель-охладитель - прокатную окалину в количестве 70-80 кг/т чугуна. После этого опускают до 1-2 м над уровнем металла водоохлаждаемую фурму и чугун продувают техническим кислородом с расходом 300-400 м3/мин (10-14 м3/т чугуна) в течение 7-9 мин. Продувка чугуна кислородом сопровождается окислением элементов V, Si, Ti, Mn, Fe практически с одинаковой скоростью и очень быстрым ростом температуры.

Процесс деванадации чугуна ведут в интервале от 1230-1260 до 1340-1420°C с оптимумом 1360-1380°C, с продувкой кислородом, как правило, в течение 7-8 мин; после снижения [С] до 3,5-3,8% и [V] менее 0,04-0,06% кислородное дутье отключают и через эту же фурму производят продувку одним аргоном сверху (без погружения в металл) с расходом до 100 м3/мин (100/165=0,6 м3/(т·мин) в течение 1-2 мин. Средний химический состав получаемого товарного ванадиевого шлака по прототипу (производства НТМК) следующий, %:

Шлак полностью удовлетворяет условиям для химической переработки на пентаоксид ванадия высших сортов (ШВд1 и ШВд2 по ТУ 14-11-178-86).

Недостатки способа:

- химический состав шлака обусловливает высокую вязкость и относительно низкое содержание пентаоксида ванадия и позволяет использовать его только для химической переработки в пентаоксид ванадия, что сопровождается высокой стоимостью и экологическими проблемами при таком переделе;

- относительно низкое содержание пентаоксида ванадия в получаемом шлаке (по прототипу) в сочетании с высоким содержанием оксидов железа и высокой вязкостью не позволяют получать из него напрямую товарный феррованадий.

Так из шлака состава НТМК (состав см. выше) был получен металл содержащий, %, [3]:

В то время как по ГОСТ 27130-94 химический состав товарного, наиболее бедного, феррованадия ФВд40У0,5-1 должен отвечать нижеследующему, %:

Ванадиевый шлак является ключевым продуктом ванадиевого передела, в котором ванадий находится в концентрированном виде.

Стоимость ванадия в шлаке значительно ниже (на 25-30%), чем в пентаоксиде и феррованадии.

Изобретение направлено на получение V-шлака, позволяющего производить из него напрямую товарный феррованадий (типа ФВд40У0,5-ФВд40У1).

Указанная задача решается тем, что в способе производства ванадийсодержащего шлака при деванадации низкокремнистого чугуна, включающего заливку чугуна в сталеплавильный агрегат, нагрев плавки в заданном интервале, присадку окалины, окисление примесей чугуна и формирование V-содержащего шлака, перемешивание аргоном, раздельный выпуск металла (полупродукта) и V-шлака, согласно изобретению деванадацию низкокремнистого чугуна производят в дуговой печи с нагревом и регулированием температуры процесса электрическими дугами, непрерывном глубинным перемешивании плавки продувкой аргоном (через дно или через погружные фурмы) с удельной интенсивностью 0,01-0,03 м3/(т·мин), постепенную порционную присадку окалины в количестве 4-8% от массы чугуна (металла) и соды в количестве 7-10% от массы шлака, обеспечивающих в течение периода окисления элементов чугун в шлаке содержание FeO 10-17% и соотношение (Na2O)/(V2O5) в пределах 0,3-0,5; процесс деванадации заканчивают при отношении в шлаке V/Fe=1,3-2,3 и температуре от 1421 до 1470°C; при температуре 1421 до 1470°C в объем шлака вводят углерод в мелкокусковом или порошковом виде (кокс, графит и др.) до получения в шлаке отношения V/Fe в пределах 1,3-2,3, после чего процесс деванадации чугуна заканчивают (выключают ток).

Ввод тепловой энергии электрическими дугами позволяет полностью реализовать эндотермические процессы окисления элементов чугуна только оксидами железа (FeO и Fe2O3) формирующейся шлаковой фазы. В этом случае, в отличие от окисления элементов чугуна газообразным кислородом, рис. 1, преимущественное развитие получает процесс окисления ванадия оксидами железа шлаковой фазы (отрицательное значение энергии Гиббса в этом случае больше для реакции окисления ванадия, рис. 2, и обеспечивается увеличенное содержание оксидов ванадия в шлаке за счет меньшего разбавления поступающими оксидами Si, Ti, Mn).

Процесс контролируется массопереносом в шлаковой фазе. Поэтому необходимо перемешивание и металла и шлака в процессе деванадации от начала и до конца. При этом глубинная продувка обеспечивает большую энергию перемешивания, в сравнении с поверхностной, при равных расходах газа или позволяет уменьшить расход газа при равной энергии перемешивания. При расходе газа меньшем 0,01 м3/(т·мин) энергии перемешивания недостаточно. При расходе большем 0,03 м3/(т·мин) ухудшается стойкость футеровки печи.

Управление вводимой энергией электрическими дугами обеспечивает протекание процесса деванадации с жидкотекучими шлаками. При работе электрических дуг температура шлака в среднем на 100°C выше, чем у металла. Это способствует снижению вязкости V-шлака.

Ввод в V-шлак Na2O в пределах Na2O/V2O5=0,3-0,5 обеспечивает оптимальную технологическую вязкость на уровне около 0,3 Пз. При Na2O/V2O5<0,3 дальнейшее снижение вязкости незначительно; увеличение отношения Na2O/V2O5>0,5 получают шлаки излишне жидкие, снижающие стойкость футеровки печи.

Прямые измерения вязкости ванадийсодержащих шлаков показывают, что присадки соды (Na2CO3) существенно снижают их вязкость при температуре выше 1420°C. Выше температуры 1470°C снижение вязкости менее заметно и получение излишне жидких шлаков также нежелательно.

Повышение температуры при производстве товарного V-шлака до 1421-1470°C целесообразнее в конце процесса. Это способствует увеличению содержания в шлаке (V2O5) за счет улучшения массообмена между чугуном и шлаком, обеспечивающего высокое среднее значение Lv=~270-300. Повышается коэффициент извлечения ванадия до 98%. В это время целесообразны присадки углерода в шлак, в результате которых происходит селективное восстановление оксидов железа в шлаке и появляется возможность оперативного влияния на получение требуемых содержаний оксидов ванадия и железа в шлаке. При этом увеличивается соотношение в нем V/Fe. Присадки углерода производить желательно до получения в шлаке соотношений V/Fe в пределах от 1,3 до 2,3 (см. ниже рис. 3). Выход за указанные пределы соотношения приводит к снижению в шлаке содержаний V2O5.

Для протекания процесса деванадации фактическое содержание ванадия в металле должно быть выше равновесного [Vp]. Нами определены значения [V]p в чугуне в зависимости от температуры и состава V-шлаков, табл. 1.

Видно, что при увеличении температуры процесса 1470°C, содержания в шлаке (V2O5) и снижении активности (FeO), равновесное со шлаком содержание ванадия в чугуне [V]p возрастает до 530·10-4% (0,053%). Для протекания процесса деванадации необходимо [V]ф≥[V]p. Принимаем наиболее часто получаемое фактическое значение [V]ф=600·10-4%>530·10-4%. Фактический коэффициент распределения ванадия между металлом и шлаком при оптимальной деванадации чугуна известен в пределах Lv=(V)/[V]=248-313, [2]; 270, [4]. С учетом этого содержание ванадия в шлаке (V) должно быть в пределах (V)=Lv·[%V]ф=(248·0,06-313·0,06)=14,9-18,8%, что соответствует содержанию в шлаке 27-32% V2O5.

Опытным путем установлено, рис. 3, что содержание в шлаке 27-32% V2O5 достигается при отношении (V)/(Fe) в интервале 1,3-2,3 (рис. 3).

Опытным путем также установлено, что при использовании шлака с (V2O5) меньше 27% получение феррованадия напрямую с требуемым по стандарту содержанием ванадия (35-48%) даже алюминотермическим процессом в электропечи не удается. Более 32% (V2O5) в шлаке не достигается при деванадации V-содержащих чугунов.

Ввод окалины менее 4% не обеспечивает в процессе деванадации чугуна содержания (FeO)≥10% и окисления такого количества ванадия, которое обеспечивает необходимое соотношение в шлаке Na2O/V2O5 (с учетом значительного расхода окалины и на происходящее окисление углерода). Увеличение количества окалины более 8% от массы металла (чугуна) приводит к чрезмерному содержанию оксидов железа в шлаке (FeO)>15% и к снижению соотношения Na2O/V2O5.

Процесс окисления ванадия по прототипу сопровождается образованием тугоплавких (с tплавл до 1750°C) термодинамически устойчивых ванадийсодержащих шпинелидов [2, с. 113].

Проведенный авторами рентгенофазовый анализ получаемого по предлагаемому способу шлака показал, что ввод в шлак Na2O (на практике в виде кальцинированной соды Na2CO3) с обеспечением соотношения в шлаке Na2O/V2O5 в заданном интервале содержаний и пониженной в шлаке активности (FeO) приводит к образованию шпинели без участия ванадия. Ванадий связывается в соединения типа magnesiopascolite состава Ca2Mg(V10O28) термодинамически легче восстановимого по ванадию (что существенно важно при использовании шлаков для получения напрямую феррованадия металлотермическим способом). Изменению фазового состава шлака в этом направлении способствует и проведенный дополнительный ввод в его состав глинозема (Al2O3) до 7-15%.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1

V-содержащий чугун при температуре 1250-1270°C заливают в дуговую сталеплавильную печь. Для облегчения и стабилизации зажигания дуги в начале присаживают небольшое количество окалины (можно вместе с окисленными окатышами). Включают ток и начинают перемешивание плавки аргоном (или азотом) с интенсивностью 0,01 м3 (т·мин) непрерывно до самого выпуска; регулируют температуру плавки вводимой электрической мощностью, постепенно повышают ее в конце плавки до 1421-1450°C; по ходу процесса периодически (с интервалами по 5-10 мин) выполняют экспресс-анализ проб шлака на FeO, Na2O и V2O5 и по их результатам порционно постепенно с помощью системы хранения, дозирования и автоматической подачи материалов по расчету присаживают окалину в количестве 8% от массы металла и соду в количестве 10% от массы шлака, поддерживают в шлаке соотношение Na2O к образующемуся V2O5 равным 0,3 и содержание (FeO) 10-13%; при температуре в интервале 1421-1450°C в объем шлака вводят углерод в виде мелкокускового или порошкообразного углерода (кокса, графита и т.п.) порционно до увеличения в шлаке (V)/(Fe)=1,3-1,7; при достижении в шлаке отношения (V)/(Fe)=1,3-1,7 плавку заканчивают (выключают ток). Шлак из печи выпускают (или скачивают) в специальную шлаковню. Металл выпускают отдельно в ковш для дальнейшего передела в сталь.

Состав получаемого шлака, %:

Пример 2

Выполняют также, как и в примере 1, но со следующими особенностями: перемешивание аргоном ведут с интенсивностью 0,03 м3/(т·мин), температуру плавки повышают электрическими дугами до 1421-1470°C, по результатам анализа шлака порционно-постепенно присаживают окалину в суммарном количестве 4% от массы металла и Na2CO3 в количестве, обеспечивающем в шлаке соотношение Na2O к образующемуся V2O5, равное 0,5; при необходимости для повышения в шлаке отношения V/Fe в интервале 1421-1470°C в него вводят постепенно порционно углерод (например, через сводовое отверстие в своде электропечи (с помощью автоматизированной системы дозированных присадок материалов) до достижения отношения в шлаке V/Fe=2,3; при достижении отношения V/Fe=2,3 плавку заканчивают (выключают ток). Шлак и металл выпускают раздельно.

Состав получаемого шлака, %:

Полученные по предлагаемому способу V-содержащие шлаки использованы напрямую для производства феррованадия. Для сравнения были использованы шлаки различного состава, табл. 2.

Результаты использования шлаков известного и предлагаемого способов напрямую для производства товарного феррованадия (методом металлотермического восстановления в электропечи) приведены в табл. 3.

Видно, что в V-сплаве с применением шлака, полученного по предлагаемому способу (шлак №3), содержание ванадия в 1,5-2 раза выше и соответствует требованиям на товарный феррованадий ([V]=35-48%).

Технология производства феррованадия металлотермическим способом в электропечи предусматривает после стадии восстановления ванадия из V-шлака последующее окисление [Si], [Mn] и [Al] в той же электропечи V-шлаком, поученным по предлагаемому способу (присадкой его на поверхность металла после скачивания восстановленного шлака). Поэтому во всех плавках был получен феррованадий с содержанием в пределах требований стандарта не только [V], но и [% Si], [% Mn] и [Al].

Источники информации:

1. Rohrmann J.S. Afr. Inst. Metall. V.85, №5, 1985, S. 141-150.

2. Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Носов С.К. и др. Конвертерный передел ванадиевого чугуна. - Екатеринбург: Среднеуральское книжное издательство, 2000, с. 165-176.

3. Серегин А.Н. ж. Проблемы черной металлургии и материаловедения, 2010, №2, с. 1-9.

4. Серегин А.Н., Мазуров Е.Ф., Зайцев А.И. ж. Проблемы черной металлургии и материаловедения, 2009, №3, с. 33-38.

1. Способ производства ванадиевого шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия, включающий заливку ванадиевого низкокремнистого чугуна в сталеплавильный агрегат, присадку окислителей окалины, агломерата и др., формирование окислительного шлака и деванадацию чугуна в заданном температурном интервале, перемешивание вдуванием аргона, раздельный выпуск металла (полупродукта) и V-содержащего шлака, отличающийся тем, что деванадацию низкокремнистого чугуна производят в дуговой печи с нагревом и регулированием температуры процесса электрическими дугами, производят непрерывное глубинное перемешивание плавки продувкой газами (аргоном, азотом через дно или через погружные фурмы) с удельной интенсивностью 0,01-0,03 м3/(мин·т), производят постепенную порционную присадку окалины в количестве 4-8% от массы чугуна (металла) и соды в количестве 7-10% от массы шлака, в течение периода окисления элементов чугуна поддерживают в шлаке 10-15% FeO и соотношение (Na2O)/(V2O5) в пределах 0,3-0,5; при достижении в шлаке отношения V/Fe=1,3-2,3 и температуре в интервале 1421-1470°C процесс деванадации чугуна заканчивают (выключают ток).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при температуре в интервале от 1421 до 1470°C в объем шлака вводят углерод в мелкокусковом или порошковом виде (кокс, графит) до получения в шлаке отношения V/Fe в пределах 1,3-2,3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционных аустенитных сталей для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.
Изобретение относится к электродной пасте неметаллического типа для получения самоспекающихся электродов Седерберга, которые не являются источником реакции углеродного восстановления, для электротермического производства в печи с погруженной дугой ферросплавов.

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке отвальных никельсодержащих шлаков. Способ получения ферроникеля из отвальных печных шлаков с низким до 0,02-0,03 мас.

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 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 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.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве ферромолибдена с содержанием меди 0,5% из низкосортного молибденита с высоким содержанием меди.

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.
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.

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.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве низкоуглеродистых сортов феррохрома. В способе используют шихту в виде гомогенезированной смеси измельченных материалов при соотношении (%): хромового концентрата, извести и ферросилиция 75% (45-44):(40-44):(15-12) соответственно, производят выпуск феррохрома из электропечи при содержании углерода 0,08-0,20% и его вакуум-кислородное обезуглероживание в ковше до содержания углерода 0,03-0,01%. При этом при содержании углерода в интервале 0,08-0,20% феррохром сначала продувают сверху газообразным кислородом с расходом 0,3-0,7 м3/(т·мин) при остаточном давлении в интервале 6,70-1,33 кН/м2 до получения [С]=0,05-0,06% и температуры 1720-1760°С, затем продувку кислородом прекращают, остаточное давление понижают до 0,130-0,067 кН/м2 и феррохром обезуглероживают без кислородной продувки до получения 0,03-0,01% [С]. Изобретение позволяет гарантированно снижать содержание углерода в получаемом феррохроме до 0,03-0,01% без существенного окисления хрома, а также снизить расход электроэнергии и получать более стабильное от плавки к плавке содержание хрома в феррохроме. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.
Наверх