Ванадийсодержащий шлак

 

Изобретение может быть использовано в области металлургии при переработке ванадийсодержащего сырья. Сущность: ванадиевый шлак для производства ванадийсодержащих продуктов, включающий оксиды ванадия, железа, кальция, магния, кремния, титана, марганца, хрома, алюминия , фосфора, серы, дополнительно содержит фторид кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: пентаоксид ванадия 14-24, оксиды железа 20-30, оксид кальция 6-14, оксид магния 3-8, диоксид кремния 12-17, диоксид титана 5-8, оксид марганца 7-10, оксиды хрома, алюминия, фосфора и серы (в сумме) - 2-5, фторид кальция - 1,5, при отношении в шлаке содержания оксидов: V20s/Fe0K - 0,5-1,0, (СаО + MgO)/Sl02 1,0-1,5. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 35/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5014919/02 (? 2) 01.07,91 (46) 23.08.93. Бюл, М 31 (71) Нижнетагильский металлургический комбинат им. В.И.Ленина (72) В.В.Петренев, Э,В.Криночкин, В,С,Ляпцев, С.Б,Батуев, М.А.Третьяков, В,А.Старцев, А,В.Чернушевич, В,Я.Литовский и Ю.Д.Исупов (73). Нижнетагильский металлургический комбинат им. В.И.Ленина

{56) Шлак ванадиевый для производства лигатур и ванадиевых сплавов. Технические условия. ТУ 14-102-98-85.

Производство ванадиевого шлака и стали в конвертерах. Техническая инструкция, ТИ 102-ст.кк-66-89. (54) ВА!-(АДИЙСОДЕРЖАЩИЙ ШЛАК

Изобретение относится к металлургии, конкретно к пирометаллургической переработке ванадийсодержащего сырья. Применимо к составам ванадийсодержащих шлаков, наиболее пригодных для производства легированных ванадием сталей, лигатур и ванадиевых сплавов.

Целью изобретения является получение ванадиевого шлака с пониженной окисленностью (Fepkic менее 25,0%) и температурой плавления менее 1100 С при сохранении в нем высокой концентрации оксидов ванадия.

Поставленная цель достигается тем, что при деванадации чугуна в конвертер присаживают доломит и плавиковый шпат

„„ЯХ „„1836481 АЗ (57) Изобретение может быть использовано в области металлургии при переработке ванэдийсодержащего сырья. Сущность: ванадиевый шлак для производства ванадийсодержащих продуктов, включающий оксиды ванадия, железа, кальция, магния, кремния, титана, марганца, хрома, алюминия, фосфора, серы, дополнительно содержит фторид кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас. g,: пентаоксид ванадия 14 — 24, оксиды железа 20 — 30, оксид кальция 6 — 14, оксид магния 3-8, диоксид кремния 12 — 17, диоксид титана 5 — 8, ок. сид марганца 7-10, оксиды хрома, алюминия, фосфора и серы (в сумме) — 2 — 5, фторид кальция — 1,5, при отношении в шлаке содержания оксидов: 9206/FepK -0,5 1.0, (СаО + MgO)/SIOz = 1,0 — 1,5. 2 табл. в определенном соотношении компонентов, Сущность изобретения заключается в изменении состава как силикатной так и шпинелидной фаз шлака, путем замещения ионов железа ионами кальция в силикатах и ионами магния в шпинелидах.

Положительное воздействие вводимого в шлак доломита и плавикового шпата сказывается не только на уменьшении окисленности ванадиевых шлаков, но и приводит к резкому снижению температуры начала плавления таких шлаков.

Произведены замеры температур начала плавления проб ванадиевых шлаков различного химического состава. Известно, что шлаки как многокомпонентные системы fle

1836481 реходят из твердого в расплавленное состояние в определенном температурном интервале, т.е, не имеют конкретной температуры плавления, Для определения температур начала плавления шлака каждого состава производили не менее трех замеров и рассчитывали среднее значение с точностью до 5 С (табл.1), Обработка экспериментальных данных методом множественного корреляционного и регрессионного анализов позволила количественно оценить зависимость температуры начала плавления от содержания компонентов ванадиевого шлака.

Уравнение множественной регрессии зависимости температуры начала плавления от концентрации компонентов ванадиевого шлака имеет вид:

T». = 1633,74 — 25,91 СаŠ— 16.79 СаО— — 11,80 SlOg — 8,69 Ч20в+ 6,19 MgO+

+ 2,69 TlOZ — 2,21 MnO — 2,01 Feoklc, при следующих значениях корреляционных коэффициентов Пирсона (R) и коэффициентовв частн ых кар рел я ций (йч):

R = - 0,87 CaFz — 0.88 СаО + 0,14 SIOz— — 0,37 VROUW — 0,78 MgO + 0,65 ПО2 +

+ 0,10 Mn0+ 0,75 Feokic, Яч = — 0,47 СаЕг — 0,41 СаΠ— 0,39 310г— — 033 V20g+0,10 MgO+005ПОр-004 Mn0— — 0,08 Feokic, Из приведенных данных видно, что наибольшее влияние на снижение температуры начала плавления ванадиевых шлаков оказывает увеличение концентраций фтора в соединениях и оксида кальция, Остальные компоненты играют сопутствующую роль, т.к. имеют низкие значения корреляционных коэффициентов.

Полученные данные хорошо корреспондируют с минералогическим составом и особенностями межфазного распределения элементов в ванадиевых шлаках различного состава.

Компонентами повышающими коэффициент активности оксидов железа в ванадиевых шлаках могут быть оксиды щелочных и щелочноземельных металлов КгО, Na20, СаО и MgO.

При увеличении концентрации оксида кальция более 8-10 в силикатной связке появляются ферриты кальция и происходит интенсивное разрушение шпинелидных ванадийсодержащих кристаллов с переходом

55 (0,010 — 0,030 ) и низкие значения коэффициента извлечения ванадия в пределах от 17 до 48 (табл.2).

Использование ванадиевых шлаков, выплавленных с добавками доломита и плавикового шпата, для прямого легирования стали ванадием позволяет стабилизировать содержание ванадия в готовом металле на уровне 0,030 — 0,049 и увеличить коэффициент извлечения ванадия с 17-48 до

68 — 82 .

На основании результатов, полученных и ри использовании ванадиевых шлаков раз-. личного состава для прямого легирования стали ванадием, оп ределении температур ванадия в новую фазу по своим кристаллографическим характеристикам близкую к перовскиту.

Из отмеченных оксидов металлов только MgO может растворяться в заметных количествах в шпинелидных кристаллах и даже образовывать чистую магнезиальнованадиевую шпинель MgVz04, значительно снижая окисленность ванадиевых шлаков, Состав силикатной составляющей довольно сложен, она неоднородна и многофазна, в ней преобладают железомагнийкальцевые оливины с повышенным содержанием оксидов марганца, Увеличе15 ние концентрации MgО более 12 ухудша-. ет технологичность шлака, очевидно, иэ-. -. повышения термодинамической устойчивости шпинелидных и силикатных соединений при замене в них ионов железа на ионы магния, При введении доломита в процессе деванадации происходит окисление трехвалентного ванадия с получением четырех- и пятивалентного ванадия и образуются ва надаты кальция, а двухвалентное железо переходит в трехвалентную форму, 8 результате происходит разрушение тугоплавких ванадиевых шпинелидов (t». = 1750 С), составляющих основную часть ванадие30 вых шлаков и температура плавления шлака за счет образования ванадатов кальция снижается.

Ванадиевый шлак различного состава использовали для прямого легирования ва35 надием спокойных и низколегированных марок стали в кислородных конвертерах

HTMK. Ванадиевый шлак присаживали в ковш при выпуске металла из конвертера до ввода раскислителей и беэ увеличения их

40 количества, При использовании ванадиевых шлаков, выплавленных без присадки кальций и магнийсодержащих добавок, получены низкие и нестабильные результаты по со45 держанию ванадия в готовом металле

1836481

Формула изобретения

Таблица 1

Химический состав и температура начала плавления ванадиевых шлаков начала плавления ванадиевых шлаков и обработки экспериментальных данных методом множественного корреляционного и регрессионного анализов можно сделать следующие выводы: 5

1. Повышение концентрации оксидов кальция до 15, магния до 10 и фтора в соединениях до 5 в ванадиевых шлаках путем введения доломита и плавикового шпата в процессе деванадации чугуна при- 10 водит к изменению минералогического состава силикатной связки и шпинелидов, сокращению концентрации железа в оксидах с 32-34 до 22-25/, и кремнезема с 19 до 12, при сохранении 15 пентаоксида ванадия на уровне 20 u более, а также сни>кению температуры начала плавления шлаков с 1200 — 1265 С до 940-1000 С.

2. Использование ванадиевых шлаков, 20 выплавленных с добавками доломита и плавикового шпата, для прямого легирования стали ванадием позволяет стабилизировать содержание ванадия в готовом металле на уровне 0,030-0,049 и увели- 25 чить коэффициент извлечения ванадия с

17 — 48 до 68-82, Ванадийсодержащий шлак для производства ванадийсодержащих продуктов, включающий оксиды ванадия, железа, кальция, магния, кремния, титана, марганца, хрома, алюминия, фосфора, серы, о т л и ч аю шийся тем, что шлак дополнительно содержит фторид кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас, ;

Пентаоксид ванадия 14-24

Оксиды железа 20 — 30

Оксид кальция 6 — 14

Оксид магния 3 — 8

Диоксид кремния 12 — 17

Диоксид титана 5 — 8

Оксид марганца 7-10

Оксиды хрома, алюминия, фосфора и серы (в сумме) 2 — 5

Фторид кальция 1 — 5 при отношении в шлаке содержания оксидов:

Ч205/1 еок " 0,5 1,0, (CaO + Mg0)/SIOz = 1,0 — 1,5.

f836481

Продолжение табл. 1

Примечание: оксиды хрома, фосфора, серы не имеют значительного влияния и в таблицу не включены, Таблица 2

Основные показатели плавок при легировании стали ванадиевым шлаком

Расход шлака, кг/т

ЬИМ плавок Марка стали

ММ пробы шлака

Содержание ванадия в металле, Коэффициент извлечения ванадия, 7, йного производства иально-ванадиевые шлаки

5,9

5,8

4,4

4,2

5,8

5,3

6,9

5.3

5,1

4,4

5,4

5,1

2.9

4,5

0.010

0,024

0,010

0.017

0,028

0,020

0,030

0,025

0,040

0.030

0,049

0,042

0.020

0,032

17,1

41,8 23,0.

40,2

48,0

37,6

42,9

47,1

78,2

69,0

79,5

82,5

68,0

70.6