Способ получения ванадиевого оксидного сплава

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству ванадийсодержащих легирующих сплавов. Целью изобретения является обеспечение возможности использования сплавов для легирования стали без предварительного передела его на феррованадий и снижение себестоимости сплава. Предложено перед загрузкой в печь пятиокись ванадия смешивать с отходами мазутных ТЭС (богатые и бедные шламы и золы) и карбонатом или бикарбонатом натрия в соотношении по массе 1 0,2 1,0 0,01 - 0,10, а сплавление вести в две стадии, при этом на первой стадии поддерживают температуру 580- 780°С в течение 0,2-0,5 ч, а затем температуру поднимают до 1000-1100°С. Изобретение обеспечивает возможность использования сплава для прямого легирования стали, без передела его на феррованадий, за счет повышения прочности и плотности полученных гранул, снижения агрессивности сплава по отношению к футеровке печи, содержания в нем примесей марганца, хрома, титана. 4 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству ванадийсодержащих легирующих сплавов. Целью изобретения является обеспечение возможности использования сплава для легирования стали без предварительного передела его на феррованадий и снижение себестоимости сплава. Перед загрузкой в печь пятиокись ванадия смешивают с ванадийсодержащими отходами мазутных теплоэлектростанций (ТЭС) (богатые и бедные шламы и золы) и карбонатом или бикарбонатом натрия в соотношении по массе 1:0,2-1,0: 0,01-0,10, а сплавление ведут в две стадии, при этом на первой стадии плавления поддерживают температуру 580-780^оС в течение 0,2-0,5 ч, после чего поднимают температуру до 1000-1100^оС. На первой стадии сплавления смеси пятиокиси ванадия, отходов ТЭС и карбоната или бикарбоната натрия при 580-780^оС происходит быстрое взаимодействие карбонатов или бикарбоната натрия с пятиокисью ванадия с образованием натрий-ванадиевых соединений, называемых ванадиевыми бронзами Na_2,4 V₆O₁₆ (т.пл. 580^оС) и Na₂V₁₂O₃₁ (т.пл. 645^оС). Это дает возможность в интервале 580-650^оС на первой стадии сплавления при температуре более низкой, чем температура плавления пятиокиси ванадия (675-780^оС), иметь в смеси жидкую фазу, являющуюся основой (катализатором) быстрого плавления всей системы. Поэтому введение карбонатов натрия в оптимальных пределах (0,01-0,10) обеспечивает быстрое дальнейшее взаимодействие компонентов шихты и образование расплава. Добавка карбоната или бикарбоната натрия менее 0,01 мас.ч. не создает необходимых условий для начала процесса сплавления всей массы из-за недостаточного количества жидкой фазы катализатора. Введение карбоната или бикарбоната натрия в количестве более 0,10 мас.ч. нецелесообразно из-за увеличения расходов на реагенты и из-за оплавления и разрушения футеровки печи для плавки пятиокиси ванадия. Взаимодействие с футеровкой увеличивает потери ванадия за счет образования гарнисажа в плавильных печах. Кроме того, введение повышенного количества карбоната или бикарбоната натрия влечет за собой образование рыхлой структуры сплава с более низкой плотностью из-за выделения большого количества углекислого газа при их нагревании. Это придает гранулам оксидного сплава хрупкость, уменьшает их прочность, увеличивает потери при легировании стали. Введение отходов ТЭС в указанных пределах позволяет обеспечить такое соотношение оксидов ванадия, натрия, кальция, магния, железа и других, при котором после образования и плавления бронз происходит взаимодействие их с другими оксидами (в первую очередь образуется метаванадат кальция, температура эвтектики с V₂O₅ 620^оС). В результате образуются вторичные эвтектические расплавы c температурой плавления 550-620^оС. За счет этого на первой стадии плавления происходит образование достаточного количества жидкой фазы и завершается подготовка всей системы для быстрого плавления на второй стадии. При соотношении пятиокиси ванадия и отходов ТЭС менее 1:0,2 вторичных эвтектических расплавов с низкой температурой плавления образуется недостаточно и плавление протекает медленнее. При этом получают гранулы сплава с низкой плотностью и прочностью, что не позволяет использовать сплав для прямого легирования стали. Увеличение этого соотношения до свыше 1:1 приводит к накоплению значительного количества шлакующихся примесей в оксидном сплаве (СаО, MgO, SiO₂), что при использовании оксидного сплава для легирования стали дает увеличение кратности шлака в 1,3-2,2 раза по сравнению с прототипом, при этом увеличиваются потери ванадия со шлаком. Смешение пятиокиси ванадия и отходов ТЭС в соотношении 1:0,2-1,0 позволяет снизить на 14,2-31,0% (отн.) содержание таких примесей как марганец, хром, титан, никель и обеспечивает широкое применение оксидного сплава при легировании сталей, в которых содержание этих элементов ограничено. Сплавление на первой стадии при 580-780^оС в течение 0,2-0,5 ч обеспечивает быстрый отвод газов из смеси (гидратной влаги, СО₂) образование жидких прослоек названных выше соединений, которые смачивают твердофазные реагенты, катализируют процесс, обеспечивают образование ускоренных диффузионных путей. Это приводит к более полному образованию бронз и ванадатов и их легкоплавких эвтектик, ускоряет процесс расплавления всей массы. При дальнейшем повышении температуры на второй стадии быстро происходит полное расплавление материалов с образованием жидкого расплава с низкой вязкостью за счет сплавления ванадатов кальция, железа, магния, марганца и других, соединений. Проведение плавления в одну стадию при 1100^оС (по прототипу) не позволяет получить полного взаимодействия карбоната или бикарбоната натрия в начале плавления. На поверхности смеси образуется слой расплава, который не позволяет быстро и полно провести дегидратацию пятиокиси ванадия и отходов ТЭС, а также затрудняет удаление СО₂ при разложении карбоната или бикарбоната натрия. Образование жидкой фазы расплава бронз только на поверхности смеси сдерживает расплавление. Выдержка менее 0,2 ч на первой стадии недостаточна для образования сплава. Более 0,5 ч выдержка нецелесообразна, так как этой продолжительности достаточно для обеспечения каталитического действия расплава бронз, метаванадата кальция и их эвтектической смеси. Более полный отвод газов при плавлении на первой стадии обеспечивает образование плотной структуры гранул оксидного сплава, за счет чего увеличивается их плотность (масса гранул в единице объема) и их прочность. При быстром нагреве при выдержке менее 0,2 ч в гранулах остаются пустоты, плотность их снижается и увеличивается хрупкость, они раскрошиваются при транспоpтиpовке и перегрузке. В дальнейшем при использовании их в плавильных печах мелочь выносится, увеличиваются потери ванадия. Нижний предел интервала температур первой стадии сплавления 580^оС обусловлен химизмом процесса необходимостью образования ванадиевых бронз (плавления Na_2,4V₆O₁₆ 580^оС), как отмечено выше. При температуре менее 580^оС образования жидкой фазы и расплавления всей системы на первой стадии не происходит. Плавление за счет повышения температуры до 1100^о С (вторая стадия) не позволяет получить плотные прочные гранулы оксидного сплава. Проведение первой стадии сплавления при температуре выше 780^оС приводит к снижению качества сплава из-за ускорения дегидратации отходов ТЭС, пятиокиси ванадия и термической диссоциации карбоната или бикарбоната натрия. Все это увеличивает потери ванадия при использовании его для легирования стали. Примеры осуществления способа. Химический состав использованных материалов дан в табл. 1. После тщательного смешения компонентов смеси осуществляли ее сушку, а затем двустадийное проплавление с последующим выпуском расплава и грануляцией. Параллельно проведены сравнительные плавки по прототипу. Расход материалов, параметры процессов и полученные результаты даны в табл. 2, 3 и 4. Применение предлагаемого способа обеспечивает получение оксидного сплава, пригодного для прямого легирования стали, за счет увеличения прочности гранул и их плотности, что позволяет снизить потери ванадия; снижение содержания марганца, хрома и титана позволяет широко использовать оксидный сплав при легировании стали; снижение стоимости ванадия в сплаве, что позволяет снизить себестоимость ванадийсодержащих сталей; cнижение энергетических, тепловых и трудовых затрат за счет исключения передела технической пятиокиси ванадия на феррованадий и сокращения продолжительности плавки при получении сплава; и в конечном итоге расширение сырьевой базы по ванадию за счет комплексного использования ванадия и железа из отходов ТЭС.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАНАДИЕВОГО ОКСИДНОГО СПЛАВА, включающий загрузку в печь влажной пятиокиси ванадия, сушку, сплавление при 1000 1100^oС, выпуск расплава и его грануляцию, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования сплава для легирования стали без предварительного передела его на феррованадий и снижения себестоимости сплава, перед загрузкой пятиокись ванадия смешивают с ванадийсодержащими отходами мазутных ТЭС и карбонатом или бикарбонатом натрия в соотношении по массе 1 0,2 1,0 0,01 0,10, а сплавление ведут в две стадии, при этом на первой стадии при 580 - 780^oС в течение 0,2 0,5 ч, после чего температуру поднимают до 1000 - 1100^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---