Способ получения феррованадия

Способ получения феррованадия

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ванадийсодержащих ферросплавов. Способ включает восстановительную плавку ванадийсодержащих материалов при избытке кремнистого восстановителя, довосстановление ванадия активированными алюминием металлоотходами, которые получают путем заливки металлоотходов жидким алюминием в мульдах, при этом массовое соотношение металлоотходов и алюминия поддерживают в интервале 1 : (0,5 -5). В качестве металлоотходов предусматривается использование преимущественно отсевов феррованадия после дробления, которые перед заливкой алюминием представляют в компактном виде, например запрессовывают в металлические капсулы. Предлагаемый способ в отличие от известного обеспечивает увеличение извлечения ванадия на 2 - 2,5%, сокращение удельного расхода электроэнергии на 17 - 20%, ферросилиция на 10 - 12%, извести на 9 - 11%, огнеупоров на 25 - 30%; увеличение производительности на 20 - 25%, утилизацию отходов и улучшение качества сплавов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ванадийсодержащих ферросплавов.

Известен способ получения феррованадия смешением реагентов вне печи, включающий восстановление оксидов ванадия из расплава пентоксида ванадия и извести твердым или жидким ферросилицием [1].

Способ позволяет получать высокопроцентный феррованадий (60-65%) с низким содержанием углерода (0,05-0,10% C). Однако существенными его недостатками являются: низкое извлечение ванадия (до 85%), малая производительность и повышенный расход технического пентоксида ванадия - дорогого и дефицитного продукта. В силу указанных причин данный способ не получил распространения.

Известен способ получения феррованадия, включающий восстановительную плавку ванадийсодержащих материалов при избытке кремнистого восстановителя, довосстановления ванадия алюминием, скачивание промежуточных шлаков с последующим рафинированием жидкого полупродукта и утилизацию отсевов феррованадия, который наиболее близок по технической сущности к заявляемому объекту и взят в качестве прототипа [2].

Сущность данного способа заключается в восстановлении оксидов ванадия ферросилицием, довосстановлении шлака алюминием, задаваемым на поверхность расплава в виде чушек или гранул, скачиваний промежуточных, бедных по ванадию, шлаков, рафинировании кремнистого полупродукта известью и пентоксидом ванадия и последующей утилизацией отсевов феррованадия, образующихся после дробления слитка.

Одним из недостатков известного способа является низкая скорость восстановления ванадия из шлаков, поскольку реакция получает развитие только после полного проплавления шихты на границе раздела металл-шлак. Продолжительность восстановления до остаточного содержания V₂O₅ в шлаке < 0,35%, даже после образования расплава, составляет в среднем 1,4 часа. При этом для поддержания температуры металла на уровне 1760-1780^oC (благоприятной для протекания реакции) шлаки должны быть тугоплавкими, т.е. известковистыми (CaO/SiO₂ - 2,0-2,1), что обусловливает высокую краткость шлака, низкую производительность и износ огнеупоров. Применение же для довосстановления ванадия из шлаков алюминия ввиду низкой его усвояемости (10-15%), хотя и необходимо (поскольку одним кремнием доводка шлаков затруднена), в то же время мало эффективно, так как практически полное сгорание алюминия за счет атмосферы печи приводит к насыщению шлака глиноземом и снижению его температуры плавления, вследствие чего необходимо дополнительно присаживать известь, для проплавления которой нужны и время, и электроэнергия. По этой причине производительность печи низка и составляет 620-640 кг 38%-ного феррованадия на горячий час, расход электроэнергии при выплавке феррованадия с высоким содержанием ванадия (48-50%) (в отличие от 32-40% феррованадия) доходит до 3000 кВтч. /т (при среднем расходе 2900 кВтч./т), а расход огнеупоров составляет 300-310 кг/т (содержание MgO в сливных шлаках доходит до 9,5-10%).

Другим и весьма важным недостатком способа является тот факт, что при дроблении слитка феррованадия (годной является фракция более 2 мм) образуется до 30% возраста, т.е. отсева фракции (-2 мм), половина из которого представляет собой мелко дисперсный металлический порошок феррованадия (-0,1 мм) с остатками разложившегося рафинировочного шлака.

Утилизация образующихся отсевов FeY представляет большую техническую проблему. Использование последних в качестве добавки к шихте (что имеет место в настоящее время), т.е. повторный переплав мелкодисперсного материала в дуговой электропечи обусловливают большие потери ванадия в виде пыле-и газовыноса и низкое извлечение ванадия 95,0-95,5%.

С другой стороны, именно факт возврата в процессе до 30% готовой продукции делает существенным вклад в достижении низких показателей по производительности и электроэнергии, приведенных выше. К тому же использование отсевов значительно ухудшает условия плавления, т.к. мелкодисперсные отходы феррованадия вместе с остатками тугоплавкого рафшлака образуют конгломераты (скардовины) с низкой теплопроводностью, которые затрудняют гомогенизацию жидкой ванны и являются источником загрязнения сплава азотом.

Немаловажным является и тот факт, что с повышением содержания ванадия в получаемом сплаве (более 50% Y) достижение концентрации V₂O₅ в сливных шлаках менее 0,35% в известном способе затруднено и приводит как к повышению остаточной концентрации кремния в сплаве (1,5% и более), что снижает его потребительские свойства, так и к дополнительным потерям ванадия со сливными шлаками и испарением (система в целом остановится более тугоплавкой), т.е. к резкому снижению извлечения ванадия.

Целью предлагаемого изобретения является повышение извлечения ванадия, сокращение удельного расхода электроэнергии, извести, ферросилиция, огнеупоров, утилизация отходов, увеличение производительности процесса, улучшение качества феррованадия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем восстановительную плавку ванадийсодержащих материалов при избытке кремнистого восстановителя, довосстановление ванадия алюминием, скачивание промежуточных шлаков с последующим рафинированием жидкого полупродукта, довосстановление ванадия ведут активированными алюминием металлоотходами, которые получают путем заливки металлоотходов жидким алюминием в мульдах, при этом массовое отношение металлоотходов и алюминия поддерживают в интервале 1 : (0,5-5).

В качестве металлоотходов используют преимущественно отвесы после дробления феррованадия, при этом могут быть использованы металлоотходы другого состава, например отходы, содержащие легирующий компонент с целью получения лигатур.

Способ также предусматривает, что отсевы феррованадия перед заливкой алюминием должны быть представлены в компактном виде, например помещены в капсулы, которые могут быть изготовлены из металлической трубы диаметром 30-50 мм и по длине соответствующей длине с учетом бортиков. Капсулы могут иметь другую форму и размеры, сопоставимые с размерами мульды. Допускается использование отсева в окускованном виде, собственно кусковых или иной формы металлсодержащих материалов.

В отличие от известного способа в предлагаемом шихтовые материалы проплавляют без использования металлоотходов. Это приводит к тому, что легкоплавкий пентоксид ванадия, имея прямой контракт с известью, обеспечивает быстрее ее растворение непосредственно в зоне плавления и получение менее агрессивных по отношению к футеровке известковистых шлаков уже на ранней стадии их образования. Быстрое проплавление шихты и образование подвижного известкового расплава способствуют раннему началу и более спокойному протеканию кремнийвосстановительного процесса, что позволяет провести предварительное восстановление при меньшей мощности подводимой энергии и в более короткий срок, снижая тем самым вероятность загрязнения сплава газами.

Присадка на частично восстановительный шлак активированных алюминием металлоотходов, в отличие от обычного алюминия, сопровождается полным их погружением в расплав, где вначале они ошлаковываются, затем после нагрева до реакционного состояния взаимодействуют с оксидами ванадия, а выделяемое в результате экзотермической реакции тепло используется для проплавления металлоотходов. Проведение алюминотермической реакции в объеме шлака вне контакта с атмосферой печи приводит к практически полному исключению угара алюминия и обеспечивает максимальное его использование для восстановления сплавов ванадия.

Полезное использование алюминия как восстановителя позволяет снизить расход ферросилиция и соответственно извести и провести восстановительный процесс при меньшем избытке кремния в металле. К тому же алюминий полнее восстанавливает шлаки при более высоком содержании ванадия, что обеспечивает высокое извлечение ванадия и при получении высокопроцентных марок феррованадия (54-56% и более).

Использование в качестве балласта металлоотходы снимает избыточное тепло, обеспечивая тем самым их проплавление практически без потерь и предохраняет ванну от перегрева. При этом выигрыш в электроэнергии и производительности получается весьма существенным, т. к. в предлагаемом способе на проплавление отходов использовано избыточное тепло, приносящее вред футеровке, в известном же способе на их проплавлении требуется гораздо больше тепла (за счет подводимой электроэнергии) в силу ухудшения условий плавления.

Приемы и параметры, отраженные в формуле изобретения, найдены опытным путем и отражают те пределы, в которых реализуется цель изобретения. Так, массовое отношение металлоотходов и алюминия в интервале 1:(0,5-5) является оптимальным и обеспечивает расположение чушек в шлаке после их погружения.

При отношении металлоотходов и алюминия более чем 1:0,5 количества выделяемого тепла в результате экзотермических реакций недостаточно для проплавления металлоотходов, вследствие чего происходит охлаждение ванны ниже критической температуры, восстановительный процесс затормаживается, металлоотходы после расходования алюминия ошлаковываются и в виде скардовин находятся в шлаке (на границе металл-шлак). Прогрев такой ванны весьма затруднен, процесс длителен по времени, требует большого расхода электроэнергии, причем шлак все это время остается недовосстановленным, т.е. после проведения этой операции требуется новая доводка шлака, которая также окажется не результативной, что в конечном счете затягивает плавку, значительно ухудшая технологические показатели (производительность, расход э/энергии, ферросилиция, извести, огнеупоров). К тому же, имея достаточно высокую плотность, чушки активированных алюминием металлоотходов в связи с быстрым их погружением не успевают ошлаковаться в достаточной степени, плавая при этом на металле с заглублением в него на определенную глубину; алюминий, соприкасающийся с металлом, начинает интенсивно плавиться (за счет большой теплопередачи) и переходить в него, внося дополнительную примесь и ухудшая тем самым качество продукта.

При отношении металлоотходов и алюминия менее чем 1 : 5 чушки активированных алюминием металлоотходов полностью не погружаются в расплав, т.е. плавают на поверхности шлака как и обычный алюминий с той лишь разницей, что в большей степени заглублены. Это приводит к тому, что алюминий сгорает, в основном, за счет атмосферы, основность шлака падает и соответственно падает его температура плавления, восстановительный процесс прекращается, а футеровка, испытывая тепловые удары, разрушается. Для доводки шлаков необходимо увеличить навеску ферросилиция и соответственно известь, т.е. имеют место недостатки известного способа.

Пример 1. В другой электропечи DC6H, футеровочной магнезитовым кирпичом, проплавили шихтовую смесь, содержащую 800 кг технической пятиокиси ванадия (93% V₂O₅); 1200 кг рафинированного шлака (оборотный продукт при производстве феррованадия); 520 кг магнитной фракции конвертерного ванадиевого шлака (содержит 85-95% металлического железа); 700 кг ферросилиция (ФС-75) и 1200 кг извести. После образования жидкого расплава провели довосстановление ванадия из шлака присадками активированного алюминием отсева феррованадия ( в виде чушек) в количестве 180 кг (60 кг по алюминию) при отношении отсева FeV к алюминию, равном 1 : 0,5. По завершении восстановительных реакций слили бедный по ванадию шлак (V₂O₅ = 0,21%) и проплавляли новую порцию шихты, содержащую 900 кг пентоксида ванадия, 1200 кг извести и 200 кг ферросилиция. Затем снова провели довосстановление ванадия (как и в первом периоде) присадками активированного алюминием отсева феррованадия в количестве 180 кг и слили бедный по ванадию шлак (V₂O₅=0,21%), а жидкий полупродукт, содержащий 51,2% V и 4,37% Si, рафинировали проплавлением смеси, содержащей 600 кг пентоксида ванадия и 640 кг извести.

Получили феррованадий следующего состава, %: V 55,6; Si 0,5; C 0,21; Al 0,10; N 0,016.

При этом производительность печи составила 820 кг базового (38%-ного) феррованадия на горячий час.

Расход электроэнергии - 2390 кВтч/т, ферросилиция - 438 кг/т, извести - 1450 кг/т; извлечение ванадия - 97,1%, а содержание MgO в сливных шлаках 6,2%.

Последующие опыты (плавки 2-6) проводили при шихте, аналогичной плавке 1 (кроме плавки 3, где снижена доля магнитной фракции конвертерного шлака, с целью получения феррованадия с высоким содержанием ванадия), но довосстановление ванадия проводили различными по составу чушками активированного алюминием отсева FeV, сохраняя при этом одинаковым количество введенного на плавку алюминия, которое на всех опытах составляло 120 кг.

Для сравнения были проведены 3 плавки феррованадия известным способом (прототип) на шихте, аналогичной плавке 1, кроме довосстановления ванадия. В отличие от плавок 1- 6, на плавках 7, 8 и 9 для довосстановления ванадия из шлаков использовали обычный чушковый алюминий (марки A-86), который вводили в таком же количестве 120 кг на плавку, но при этом для поддержания основности шлака и его доводки дополнительно вводили ферросилиций ФС-75 и известь. Результаты плавок приведены в таблице. Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование предложенного способа, заключающегося в совместном проведении довосстановления ванадия и утилизации отходов феррованадия, позволяет существенно улучшить показатели процесса как по производительности, расходу энергетических и сырьевых ресурсов, так и по качеству получаемого продукта.

Что касается феррованадия с высоким содержанием ванадия (59-60%) при концентрациях кремния, удовлетворяющих требованиям ГОСТ ( 2%), то его получение известным способом не представляется возможным. Технический эффект от использования изобретения заключается в повышении извлечения ванадия, содержании удельного расхода электроэнергии извести, ферросилиция, огнеупоров, увеличении производительности и улучшении качества феррованадия.

Формула изобретения

1. Способ получения феррованадия, включающий восстановительную плавку ванадийсодержащих материалов при избытке кремнистого восстановителя, довосстановление ванадия, скачивание промежуточных шлаков с последующим рафинированием жидкого полупродукта, отличающийся тем, что довосстановление ванадия ведут активированными алюминием металлоотходами, которые получают путем заливки металлоотходов жидким алюминием в мульдах, при этом массовое отношение металлоотходов и алюминия поддерживают в интервале 1 : (0,5 - 5,0).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлоотходов используют преимущественно отсевы феррованадия после дробления.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отсевы феррованадия перед заливкой алюминием представляют в компактном виде, например запрессовывают в металлические капсулы.

РИСУНКИ

Рисунок 1