Способ получения комплексного ванадийсодержащего сплава

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавов. Способ включает две стадии процесса: выплавку карботермическим способом ферросиликобарийкальция с использованием в шихте кварцита, извести и боритовой руды в соотношении (5-3):(1-0,5):(4-3) на первой стадии и равномерное введение в ковш в струю выпускаемого металла вторичного чушкового алюминия и ванадийсодержащего материала, содержащего 40% ванадийсодержащего конвертерного шлака и 60% технического пентаоксида ванадия на второй стадии. Изобретение обеспечивает получение кондиционного по химическому составу ферросплава, позволяет увеличить извлечение ванадия до уровня 90-91% с высокими технико-экономическими показателями. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано предприятиями, производящими ферросплавы.

Известен способ получения силикокальция с ванадием с использованием ванадиевого конвертерного шлака монопроцесса [1], осуществляемый в две стадии: на первой стадии - восстановление кальция и получение силикокальция, на второй стадии - восстановление ванадия из ванадиевого шлака монопроцесса.

Шихта на одну тонну получаемого сплава состояла из 0,62 т извести, 0,85 т ферросилиция марки ФС75, 2,01 т ванадиевого конвертерного шлака и 0,08 т чушкового вторичного алюминия. Получали сплав следующего химического состава, %: V=8,5; Са=12,9; Si=44,1; Ti=1,2; Р=0,05 и остальное Fe. Извлечение ванадия составило 89,0%.

Недостатком указанного способа является то обстоятельство, что в сплаве отсутствуют два важных компонента, необходимых для протекания процесса микролегирования и модифицирования - барий и алюминий, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, является способ получения силикокальция с ванадием с использованием ванадиевого конвертерного шлака [2], осуществляемый в рафинировочной печи с трансформатором мощностью 3,5 МВА.

Для получения комплексного сплава в печь загружали шихту в количестве 10 колош, состоящую из извести, ферросилиция марки ФС75, ванадиевого конвертерного шлака. На первой стадии в печи получали силикокальций с ванадием, который на второй стадии заливали в горячий ковш с алюминием. Получали около 2 т силикокальция с ванадием.

Шихта на одну тонну получаемого сплава состояла из 2,82 т извести, 2,29 т ферросилиция марки ФС75, 0,57 т ванадиевого конвертерного шлака и 0,98 т чушкового алюминия. Получали сплав следующего химического состава, %: V=2,06; Са=11,06; Si=44,84; Al=4,87 и остальное Fe. Извлечение ванадия составило 80,53%.

Недостатком указанного способа является отсутствие в шихте барита и соответственно отсутствие в составе сплава важного элемента - бария, что ухудшает технологические свойства получаемого сплава и ограничивает область его применения. Кроме того, наблюдается низкая степень извлечения ванадия.

Задачей настоящего изобретения является создание способа выплавки комплексного ферросплава для микролегирования и модифицирования стали на основе кремния, содержащего ванадий, железо, кальций, барий и алюминий. Техническим результатом заявляемого технического решения является увеличение степени извлечения ванадия в комплексный сплав.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения комплексного ванадийсодержащего, включающем загрузку исходной шихты, выплавку промежуточного сплава в плавильном агрегате и выпуск расплава в ковш с введением алюминия, согласно изобретения, плавку ведут в рудно-термической печи с использованием в шихте кварцита, извести и баритовой руды в соотношении (5-3):(1-0,5):(4-3) с получением силикобарийкальция, а при выпуске в ковш в струю металла равномерно вводят вторичный чушковый алюминий и ванадийсодержащий материал в соотношении 1:(2,2-2,5). При этом ванадийсодержащий материал состоит на 40% из ванадиевого конвертерного шлака (содержание V₂O₅=18-19%) и 60% технического пентаоксида ванадия (содержание ₂O₅=80%).

Предлагаемый способ является наиболее производительным и менее энергозатратным, при этом используется баритовая руда с повышенным содержанием BaSO₄ (65-85%).

Установлено, что получение кальцийбариевых сплавов наиболее эффективно происходит в рудно-термической печи. Наиболее экономично использование в шихте высокопроцентной баритовой руды, позволяющей получить с меньшими затратами сплав с заданным содержанием бария. Поэтому на первой стадии принята технология получения комплексного сплава в рудно-термической печи с использованием в шихте высокопроцентной баритовой руды.

Исследованиями показано, что при восстановлении в электропечи ванадия из оксидов ванадиевого конвертерного шлака и алюминия из глинозема увеличивается расход электроэнергии и снижается переход кальция и бария в металл. В тоже время наиболее приемлемым вариантом получения в металле необходимого содержания ванадия и алюминия является вариант получения на первой стадии процесса силикобарийкальция, а затем загрузка ванадийсодержащего материала и алюминия в горячий ковш при заливке в него силикобарийкальция. Поэтому для процесса получения комплексного ферросплава на основе кремния, содержащего ванадий, железо, кальций, барий и алюминий, выбрана схема, предусматривающая две стадии.

Кроме того, опытными лабораторными исследованиями установлено, что соотношение вторичного чушкового алюминия и ванадийсодержащего материала ниже уровня 2,2 не позволяет получать содержание ванадия в сплаве выше 8%, то есть кондиционный по содержанию ванадия сплав, в тоже время увеличение указанного соотношения выше 2,5 приводит к снижению извлечения ванадия ниже 90%. Поэтому на второй стадии получения комплексного сплава принято соотношение вторичного чушкового алюминия и ванадийсодержащего материала принято 1:(2,2-2,5).

На первой стадии в рудовосстановительной печи получают ферросиликобарийкальций с использованием в шихте кварцита, баритовой руды, коксика и извести. Соотношение шихтовых материалов позволяет получать необходимый состав сплава, %: Si=55-60; Са=12-17; Ва=10-14; Fe - остальное.

На второй стадии с целью получения в сплаве заданного содержания ванадия и алюминия при выпуске в ковш жидкого ферросиликобарийкальция в струю металла равномерно вводятся вторичный чушковый алюминий и ванадийсодержащий материал (ванадийсодержащий материал состоит из 40% ванадиевого конвертерного шлака и 60% технического пентаоксида ванадия) в соотношении 1:(2,2-2,5). Восстановителем ванадия служат кремний, алюминий и кальций расплава.

Необходимость ввода более богатого ванадийсодержащего материала (среднее содержание ванадия - 55%) связана также со снижением в сплаве содержания железа, ограничивающего растворение в нем кальция и бария.

Пример осуществления способа

Предлагаемая технология была опробована на Челябинском электрометаллургическом комбинате (ЧЭМК) на рудно-термической печи с трансформатором мощностью 1,2 МВА. Ванна печи закрыта сводом, изготовленным из магнезитового кирпича. Электроды - графитированные.

В рудно-термическую печь загружали шихту, состоящую из кварцита, извести, баритовой руды в соотношении (5-3):(1-0,5):(4-3) и коксика; непрерывным процессом получали комплексный сплав силикобарийкальций, затем расплав сливали в разогретый ковш с одновременным введением в струю расплава вторичного чушкового алюминия и ванадийсодержащего материала в соотношении 1:(2,2-2,5)

В среднем на одну тонну получаемого сплава расходовали 10100-14000 кВт·ч электроэнергии при использовании следующих шихтовых материалов: 1,92-3,84 т кварцита; 0,23-0,46 т баритовой руды; 1,22-1,29 т коксика; 1,38-2,31 т извести; 0,26-0,45 т ванадийсодержащего материала и 0,13-0,18 т чушкового алюминия. Состав полученных комплексных ферросплавов представлен в таблице.

На промышленных плавках комплексного ферросплава показано, что повышение величины соотношения ванадийсодержащего материала к алюминию выше 2,5 приводит к снижению извлечения ванадия ниже 90%, а уменьшение этой величины ниже 2,2 не позволяет получить кондиционный по содержанию ванадия комплексный ферросплав.

Таким образом, промышленные плавки показали, что разработанная технология получения комплексного ферросплава на основе кремния, содержащего ванадий, железо, кальций, барий и алюминий, обеспечивает получение кондиционного по химическому составу ферросплава; позволяет увеличить извлечение ванадия до 90-91% с удовлетворительными технико-экономическими показателями.

Источники информации

1. Жучков В.И., Мальцев Ю.Б., Галкин М.В. и др. Разработка технологии получения комплексных ванадийсодержащих ферросплавов из конвертерных ванадиевых шлаков. // Сталь. №1. 1998. С.32-35.

2. Карноухов В.Н., Воронов Ю.И., Зайко В.П. Особенности технологии выплавки силикокальция с ванадием.// Сталь, №6, 1997. С.49-52.

Формула изобретения

1. Способ получения комплексного ванадийсодержащего сплава, включающий загрузку исходной шихты, выплавку промежуточного сплава в плавильном агрегате и выпуск расплава в ковш с введением алюминия, отличающийся тем, что плавку ведут в руднотермической печи с использованием в шихте кварцита, извести и баритовой руды в соотношении (5-3):(1-0,5):(4-3) с получением силикобарийкальция, а при выпуске в ковш в струю металла равномерно вводят вторичный чушковый алюминий и ванадийсодержащий материал в соотношении 1: (2,2-2,5).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подаваемый в струю металла ванадийсодержащий материал содержит 40% ванадийсодержащего конвертерного шлака и 60% технического пентаоксида ванадия.