Способ получения феррованадия
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов алюмотермическим методом. В способе исходный ванадийсодержащий материал измельчают, смешивают с углеродистым восстановителем при соотношении суммы содержащихся в нем пентоксида ванадия и оксидов железа к углероду 1:(0,04-0,08), смесь окусковывают и подвергают термической обработке с получением окускованного продукта, который проплавляют совместно с остальными шихтовыми материалами, при этом восстановительный период плавки проводят в два этапа, при этом вначале проплавляют 5-30% от общего количества пентоксида ванадия, необходимого для получения жидкого полупродукта, при соотношении ванадия и железа в шихтовой смеси 1:(0,23-2,60), а остальное количество пентоксида ванадия - при соотношении 1:(0,10-0,22), причем доля пентоксида ванадия, задаваемого в окускованном виде на первом этапе, составляет 0,10-0,20 от общего его количества в шихтовой смеси и 0,30-0,90 - на втором этапе. Изобретение позволяет повысить извлечение ванадия на 0,3-0,6%, сократить расход алюминия на 20-30%, огнеупоров на 10-14%, увеличить производительность на 5-7% и улучшить качество сплава. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов.
Известен алюминотермический способ выплавки феррованадия внепечной плавкой на блок, заключающийся в том, что шихту, состоящую из пентоксида ванадия, алюминия, металлодобавок и извести, загружают в тигель и проплавляют с нижним запалом. Скорость проплавления шихты составляет 200 кг/м2мин при содержании алюминия в шихте 100-102% от теоретически необходимого, а количество извести задается в пределах 30-40% от массы пентоксида ванадия. Количество металлодобавок варьируется в широких пределах, в зависимости от требуемого содержания ванадия в сплаве /1/. Сплав содержит до 80% ванадия, 0,5-0,6% углерода и 2-2,5% алюминия. Шлак, содержащий до 4,5% V2O5, направляется в отвал.
Существенным недостатком способа является низкое извлечение ванадия (87-95%), обусловленное его потерями как со шлаком, так и с пылевыносом из-за необходимости ведения процесса при высокой скорости и большой термичности с целью обеспечения необходимой температуры и подвижности формирующегося расплава.
К недостаткам также следует отнести высокое содержание алюминия в сплаве и большие трудозатраты, связанные с ремонтом и подготовкой тигля после каждой плавки.
Известен двухстадийный способ получения феррованадия алюминотермическим методом, сущность которого заключается в том, что пентоксид ванадия и алюминий загружают в электропечь с магнезитовой футеровкой и проплавляют с нижним запалом при поднятых электродах, а после образования расплава включают печь и ведут дополнительный подогрев шлака для более полного осаждения металлических корольков, затем шлак с содержанием порядка 1,8% V2O5 скачивают и присаживают порцию оксида ванадия или железа, которая рафинирует жидкий полупродукт от избытка алюминия, а образующийся шлак с высоким содержанием оксидов ванадия используют в шихте на последующих плавках. Металл содержит 80% ванадия и до 0,25% углерода. Расход электроэнергии составляет 3500 кВт*ч/т /1/.
К недостаткам способа следует отнести неуправляемость процесса горения алюминотермической смеси, как результат бурного протекания реакций при подаче шихтовой смеси на формирующийся шлаковый расплав, сопровождающихся выбросами расплава, интенсивным пылегазовыделением и повышенным угаром алюминия.
Введение же в шихтовую смесь для снижения ее термичности балластных добавок, таких как металлоотходы, образующиеся при дробления слитка, оборотные шлаки, и др. приводит к ухудшению кинетики процесса и нестабильному горению, ввиду более позднего начала реакции восстановления при подаче очередной порции смеси и взрывного характера ее завершения, что не позволяет организовать слоевой режим горения шихты.
В силу указанных причин извлечение ванадия и при двухстадийном способе остается достаточно низким и составляет 95-97%. При этом уровень извлечения выше 95% может быть достигнут только при использовании подготовленной, фракционированной шихты с хорошей газопроницаемостью с предварительным удалением пылевидных фракций.
Расход алюминия из-за высокого угара, обусловленного прогоранием шихтовой смеси на поверхности расплава при отсутствии колошника, составляет значительную величину и в целом на 7-10% превышает стехиометрически необходимое количество.
Кроме того, наличие в печи остатков рафинировочного шлака в виде настылей и застывшего расплава, принимающих участие в восстановительном процессе в качестве дополнительного источника пентоксида ванадия вносит существенный дисбаланс в общее соотношение V2O5 и А1 на плавку и приводит к значительным колебаниям (от 0,1 до 3%) по содержанию алюминия в феррованадии.
Известен двухстадийный электропечной способ получения феррованадия алюминотермическим методом, согласно которому восстановительный период плавки ведут при избытке алюминия в два этапа, навеску шихты первого этапа задают на подину перед началом плавки в количестве 10-25% от веса шихтовой смеси, а оставшуюся часть шихтовой смеси присаживают из бункера порционно по мере образования расплава, при этом 20-60% от общего количества пентоксида ванадия, необходимого для получения жидкого полупродукта, проплавляют при соотношении пентоксида ванадия и алюминия 1:(0,59-0,90), а остальное количество пентоксида ванадия проплавляют при соотношении 1:(0,35-0,57) при поддержании соотношения пентоксида ванадия и извести в шихтовой смеси 1:(0,2-0,3).
Разделение восстановительной стадии выплавки феррованадия на два этапа и снижение термичности шихтовой смеси за счет избытка одного из реагирующих компонентов способствует увеличению их активности и создает условия для низкотемпературного начала восстановительных реакций, что обеспечивает умеренное и устойчивое горение задаваемых навесок шихты /2/.
Существенным недостатком данного способа является отсуствие необходимого тепло и массообмена жидкой ванны, что приводит к замедлению восстановительных реакций непосредственно после прогорания шихтовой смеси, в результате чего процесс не получает должного развития и часть ванадия остается в шлаках как в виде невосстановленных форм, оксидов, так и в виде трудно осаждаемых корольков. Выдержка же расплава при включенных дугах, для подогрева расплава на завершающей стадии процесса, в условиях неразвитого тепло и массопереноса не обеспечивает необходимой глубины восстановления шлакового расплава и, кроме того, имеет отрицательные последствия, так как при этом повышается расход электроэнергии, увеличивается длительность плавки, интенсивно изнашивается футеровка.
Кроме того, горение шихтовой смеси сопровождается нестабильным угаром алюминия, в результате чего металл имеет значительные колебания по содержанию алюминия до и после рафинирования, что значительно повышает риски получения некондиционного металла, содержание алюминия в котором либо выше допустимого (более 1,5%), либо предельно мало (менее 0,1%), при котором материал становится труднодробимым.
Известен двухстадийный алюминотермический способ получения феррованадия, который наиболее близок по технической сущности к заявляемому объекту и взят в качестве прототипа /3/.
Сущность способа заключается в том, что 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 слитка, при этом воссстановительный период плавки проводят при содержании алюминия в жидком полупродукте 5-15%, а соотношение пентоксида ванадия и извести для шихтовой смеси восстановительного периода составляет 1:(0,15-0,30) и 1:(0,31-0,40) для рафинировочного периода и, кроме того, рафинировочная смесь дополнительно содержит алюминий в количестве 0,02-0,10 от массы пентоксида ванадия.
Данный способ позволяет существенным образом активизировать тепло и массообменные процессы за счет поддержания режима кипящей жидкой ванны, обусловленного взаимодействием реакционного слоя подины с жидким полупродуктом на восстановительной стадии и введением алюминия в шихтовую смесь на стадии рафинирования. Способ позволяет улучшить технологические показатели по сравнению с известными аналогами, прежде всего по извлечение ванадия (на 0,5-1,6%), расходу алюминия (на 0,6-1,7%), огнеупоров (на 15-20%) и производительности (на 13-20%).
В тоже время, достигнутый уровень технологических показателей необходимо отметить как недостаточный, что в значительной мере обусловлено спецификой физико-химических свойств пентоксида ванадия, используемого в качестве ванадиевого сырья. Данный материал, имея достаточно низкую температуру плавления (660°С) и, обладая ярко выраженными кислотными свойствами, оказывает сильное разрушающее воздействие на высокоосновную магнезитовую футеровку печного агрегата. Особенно пагубное влияние на огнеупоры оказывают, в силу их высокой проникающей способности, первичные оксидные расплавы, образующиеся при порционной загрузке навесок шихты и содержащие оксиды пятивалентного ванадия. При этом магниевый кип жидкой ванны, в значительной степени активизирующий процесс и ограничивающий тем самым время воздействия оксидного расплава на огнеупоры, получает развитие лишь с момента формирования активного металлического расплава, что, тем не менее, не устраняет вредного влияния оксидов пятивалентного ванадия на футеровку. По этой причине расход огнеупоров даже при достигнутом улучшении остается достаточно высоким, что также относится и к алюминию, поскольку его расход определяется прежде всего количеством кислорода в системе и имеет минимально необходимую величину. Кроме того, повышенная кратность шлака известного способа, обусловленная необходимостью восстановления оксидов ванадия из пятивалентного состояния, а также технологически необходимое применение в шихте балластных добавок в виде оборотных продуктов для подавления избыточной термичности, затрудняют протекание восстановительных реакций, что в дополнение к неразвитому началу процесса, изложенному выше, является сдерживающим фактором в достижении более высоких показателей как по извлечению ванадия, так и по расходу электроэнергии, производительности и качеству готового продукта.
Задачей настоящего изобретения является:
- повышение извлечения ванадия и производительности;
- сокращение расхода алюминия и огнеупоров;
- улучшение качества феррованадия.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем подготовку и загрузку в печь шихты, состоящей из ванадий и железосодержащих материалов, флюса, алюминия и охладителя, восстановительный период плавки при избытке алюминия, скачивание шлака и рафинирование жидкого полупродукта, исходные ванадийсодержащие материалы измельчают, смешивают с углеродистым восстановителем при соотношении суммы пентоксида ванадия и оксидов железа к углероду 1:(0,04-0,08), смесь окусковывают и подвергают термической обработке, а окускованный продукт проплавляют совместно с остальными шихтовыми материалами, при этом восстановительный период плавки проводят в два этапа: вначале 5-30% от общего количества оксидов ванадия, необходимого для получения жидкого полупродукта, проплавляют при соотношении ванадия и железа в шихтовой смеси 1:(0,23-2,60), а остальное его количество при соотношении 1:(0,10-0,22), причем, доля оксидного ванадия, задаваемого в окускованном виде, составляет 0,10-0,20 от общего его количества в шихтовой смеси на первом этапе, и 0,30-0,90 на втором этапе.
В качестве ванадийсодержащих материалов для окускования наряду с плавленым пентоксидом ванадия используют отфильтрованный после осаждения из раствора концентрат пентоксида ванадия. Концентрат пентоксида ванадия (сырой пентоксид ванадия) имеет технологически обусловленную изначальную влажность 46-55% и может быть использован либо непосредственно для смешивания с углеродистым восстановителем и последующим окускованием, либо после доведения его влажности до необходимой величины, отвечающей условиям окускования. В качестве углеродистого восстановителя могут быть использованы материалы, содержащие углерод, как основной компонент, но не содержащие карбидные фазы, например, технический углерод, измельченный графит, коксовую мелочь, углеводородные продукты переработки нефти, такие как полипропилен, полистирол и др. Ограничением в части применения углеродистого материала для окускования может быть повышенное содержание в нем вредных примесей, например, серы и др., оказывающих негативное влияние на качество готового продукта.
Способ предусматривает возможность введения в состав окускованного продукта флюса, например, алюминотермического шлака производства феррованадия в количестве 0,01-0,12 от массы пентоксида ванадия.
Способ предусматривает двухстадийную термическую обработку окускованного продукта, вначале при температуре 120-650°С в течение 0,5-3,2 часа, затем при температуре 660-1100°С в течение 0.1-1,2 часа.
Предусматривается также возможность проведения второй стадии термической обработки на колошнике печи.
Особенность предложенного способа состоит в том, что в плавке используют пентоксид ванадия, предварительно восстановленный углеродом, который задают в печь в окускованном виде в составе алюминотермической шихтовой смеси, причем, вначале шихтовую смесь задают при повышенном содержании в ней железа и малом содержании окускованного продукта, обеспечивая тем самым ускоренное формирование легкоплавкой и подвижной металлической ванны, которая выполняет роль передатчика тепла от электрических дуг к загружаемой шихте по всему зеркалу расплава и создает благоприятные условия для интенсивного протекания восстановительных реакций в прилегающей к расплаву зоне («эффект горячей подложки»), что имеет важное значение для поддержания режима слоевого горения шихтовой смеси с повышенным содержанием в ее составе окускованного продукта, т.е. на втором этапе восстановительного процесса.
Кроме того, частично восстановленная шихта имеет пониженную термичность, в результате чего отпадает необходимость ее подавления путем ввода балласта (в обычной шихте количество балласта составляет до 30% от массы пентоксида ванадия) в виде алюминотермических шлаков и других оборотных продуктов, что, в свою очередь, уменьшает количество материалов, проплавляемых в печи, снижая кратность шлака, причем кратность шлака снижается как за счет снятия балласта, так и за счет снижения расхода алюминия, обусловленного меньшим содержанием кислорода в оксидном расплаве, соответственно снижаются и потери ванадия со шлаком, к тому же шихта утрачивает ярко выраженный кислотный характер, что делает ее химически более нейтральной по отношению к магнезитовой футеровке, а поддержание в алюминотермической шихтовой смеси заданного соотношения оксидного ванадия в виде окускованного продукта к общему его содержанию в смеси, способствует удалению остаточного углерода в окускованном продукте, более активным кислородом пентоксида ванадия, предотвращая тем самым образование карбидных фаз, которые не могут быть удалены в процессе электроплавки.
Окускование технического пентоксида ванадия с углеродистым материалом и последующей термообработкой позволяет провести восстановление пентоксида ванадия до низших оксидов и оксидов железа до металлического железа. При этом низшие оксиды ванадия, обладая более высокой температурой плавления (для V2O3 температура плавления составляет 1970°С), испытывают меньший перегрев при плавлении, что является существенным фактором в плане снижения потерь ванадия от испарения, а формируемые при этом первичные шлаки, обладая высоким поверхностным натяжением и более основными свойствами, имеют пониженную проникающую способность по отношению к огнеупорам, и, кроме того, образуют более четкую границу раздела между металлом и шлаком, создавая благоприятные условия для последующего их разделения за счет получения чистого слитка, не загрязненного шлаковыми включениями. Отрицательное влияние шлаковых и иных включений, которыми поражена поверхность слитка, проявляются в снижении содержания ванадия в мелких фракциях, что в значительной степени ухудшает потребительские свойства такого материала.
Приемы и параметры, изложенные в формуле изобретения найдены опытным путем и отражают пределы, в которых реализуется цель изобретения. Так соотношение суммы пентоксида ванадия и оксидов железа к углероду в смеси для окускования, составляющее 1:(0,04-0,08), оптимально с точки зрения: связывания и удаления кислорода, повышения тугоплавкости окускованного продукта, снижения термичности шихты, придания оксидному расплаву свойств основного характера, снижения проникающей способности по отношению к огнеупорам. При содержании углерода в смеси, менее 0,04 не происходит заметного улучшения свойств шихты, при этом остается достаточно высокой проникающая способность первичных оксидных расплавов, разрушающих футеровку, не снижаются заметным образом потери ванадия от испарения пентоксида ванадия, а из-за повышенного расхода алюминия высокой остается кратность шлака и связанные с этим дополнительные потери ванадия, к тому же не удается достичь необходимой чистоты поверхности слитка, что приводит к снижению качества главным образом мелких фракций феррованадия. При содержании углерода в смеси более 0,08 возможно образование устойчивой фазы в виде оксикарбида ванадия, при этом содержание углерода в феррованадии становится выше допустимого.
Проведение восстановительного периода плавки в два этапа является техническим приемом, позволяющим эффективно реализовать преимущества шихты, в состав которой входит предварительно восстановленный пентоксид ванадия в окускованном виде. При этом 5-30% от общего количества оксидов ванадия целесообразно проплавлять при соотношении ванадия и железа в шихтовой смеси 1:(0,23-2,60), данное соотношение является оптимальным с точки зрения ускоренного формирования легкоплавкой и активной металлической ванны и жидкоподвижного шлакового расплава на ранней стадии восстановительного процесса до аккумуляции экзотермического тепла реакций футеровкой, т.е. когда футеровка ванны печи находится в сравнительно холодном состоянии. При содержании железа в шихтовой смеси менее, чем 0,23 от массы ванадия, формируемая металлическая ванна становится тугоплавкой, что затрудняет теплообмен с оксидным расплавом и замедляет проплавление шихтовой смеси, создавая тем самым условия для нежелательного вторичного окисления окускованного продукта кислородом атмосферы печного пространства. При содержании железа в шихтовой смеси более 2,60 от массы ванадия его концентрация в первичном металле становится избыточной, а формируемая металличская ванна, в которой по технологии заложен избыток алюминия, из активной по отношению к рабочей поверхности магнезитовой футеровки переходит в агрессивную, что нежелательно с точки зрения расхода огнеупоров.
Количество оксидов ванадия, соответствующее первому этапу восстановительного процесса, составляющее 5-30%, является оптимальным. При расходе оксидов ванадия в количестве менее 5%, объем первичного металлического расплава недостаточен для организации интенсивного тепло и массообмена, что приведет к замедленному, канальному горению шихтовой смеси второго этапа с параллельным неконтролируемым окислением окускованной шихты, и потерей извлечения ванадия, обусловленного дефицитом алюминия. Повышенный расход оксидов ванадия, для реализации первого этапа, более 30%, нецелесообразен из-за возрастания агрессивного воздействия оксидного расплава на шлаковый пояс рабочего пространства печи, ввиду ограниченного содержания в составе смеси окускованного продукта, как сдерживающего фактора.
Соотношение ванадия и железа, составляющее 1:(0,10-0,22) для шихтовой смеси второго этапа восстановительного процесса, является оптимальным. При содержании железа в шихтовой смеси менее 0,10 от массы ванадия формирующиеся металлические капли как продукт реакции восстановления оксидов ванадия имеют пониженную плотность, что затрудняет их осаждение в шлаковом расплаве и обусловливает дополнительные потери ванадия с корольками. При содержании железа в шихтовой смеси более 0,22 от массы ванадия количество ванадия в конечном продукте становится ниже допустимого.
Поддержание доли оксидного ванадия, задаваемого в окускованном виде, в пределах 0,10-0,20 от общего его количества на первом этапе и 0,30-0,90 на втором этапе, является оптимальным как с точки зрения рафинирования окускованного продукта от избыточного углерода в процессе его нагрева на колошнике, так и в плане регулирования термичности шихты для обеспечения возможности эффективно перерабатывать окускованный продукт с различной степенью восстановления.
При содержании окускованного продукта в составе шихтовой смеси первого этапа менее 0,10 от общего его количества горение шихты приобретает бурный характер, что весьма негативно сказывается на формирование первичной металлической ванны из-за разбрызгивания и намораживания расплава в виде настылей на откосах непрогретой печи. При содержании же окускованного продукта более 0,20 от общего его количества горение шихты замедляется, что затрудняет формирование жидкоподвижной металлической ванны и усложняет тем самым проведение второго этапа.
Содержание окускованного продукта в шихтовой смеси второго этапа менее, чем 0,30 от общего его количества не достаточно для достижения поставленных целей из-за незначительного изменения свойств шихты, так как преобладающими в этой связи остаются ее кислотный характер и высокая проникающая способность оксидного расплава по отношению к магнезитовой футеровке, кроме того, весьма значимую величину составляют потери ванадия, связанные с испарением пентоксида ванадия и повышенной кратностью шлака.
Введение в состав окускованного продукта в качестве флюса алюминотермического ванадиевого шлака в количестве 0,01-0,12 от массы пентоксида ванадия способствует раннему шлакообразованию и ускоренному проплавлению окускованного продукта, содержащего тугоплавкий компонет в виде триоксида ванадиия, что, в свою очередь, интенсифицирует протекание восстановительных реакций в зоне, прилегающей к расплаву, являясь важным условием поддержания колошника и слоевого режима горения загружаемой шихты. Кроме того, добавка алюминотермического шлака, придает окускованному продукту механическую прочность, предохраняющую его от разрушения при выполнении технологических операций, связанных с подготовкой шихты, загрузкой ее в печь и прохождением через колошник в зону горения. Добавка флюса в состав окускованного продукта в количестве менее 0,01 от массы пентоксида ванадия не оказывает существенного влияния на скорость его проплавления, в результате чего показатели, отражающие достижение поставленных целей несколько снижаются. Введение флюса в состав окускованного продукта в количестве более 0,12 от массы пентоксида ванадия нецелесообразно, так как это не приводит к дальнейшему увеличению его прочности и скорости проплавления, к тому же данная добавка начинает играть роль балласта, понижающего термичность шихтовой смеси ниже допустимого уровня.
Термическую обработку окускованного продукта целесообразно проводить в две стадии, вначале при температуре 120-650°С в течение 0,5-3,2 часа, затем при температуре 660-1100°С в течение 0,1-1,2 часа. Данные диапазоны температур и временных выдержек оптимальны с точки зрения проведения операций сушки окускованного материала, его нагрева и предварительного восстановления. Первая выдержка обеспечивает переход пентоксида ванадия в четырехвалентное состояние, избежав при этом нежелательного его плавления. Вторая выдержка обеспечивает переход оксидного ванадия из четырех в трехвалентное состояние. Выход за рамки указанных температур и времени выдержки приводит к получению окускованного продукта не обладающего необходимой степенью восстановления и достаточной прочностью, что, в первую очередь, снижает показатели по извлечению из-за дополнительных потерь ванадия, связанных с рассыпанием окускованного продукта и пылевыносом. Ведение восстановительного процесса с использованием жидкоподвижной высокоактивной металлической подложки, обеспечивающей интенсивный теплообмен, и организацией устойчивого режима слоевого горения загружаемой шихты позволяют удерживать шихтовую смесь до начала ее горения в виде колошника, при этом происходит прокалка шихты и завершение твердофазных реакций восстановления оксидного ванадия углеродом, оставшимся в окускованном продукте. Кроме того, устойчивая работа колошника позволяет провести восстановительный процесс при меньших энергозатратах за счет тепла отходящих газов, что в свою очередь дает возможность использовать для плавки окускованный продукт с большей степенью восстановления пентоксида ванадия (преимущественно до триоксида), т.е. за счет дополнительного нагрева применять шихту с пониженной термичностью, и провести высокотемпературную обработку окускованного продукта (как регламентную технологическую операцию) в процессе прохождении его через колошник в составе шихтовой смеси, т.е. провести на колощнике вторую стадию термообработки.
Примеры конкретного осуществления.
1. Сырой технический пентоксид ванадия с содержанием 94,0% V2O5, 0,9% FeO при влажности 49,9% подсушивали в естественных условиях путем выдержки на воздухе до влажности 40% и в количестве 974 кг по физическому весу сухого материала измельчали и смешивали с техническим углеродом (сажа марки ПМ-75) при отношении C/(V2O5+FeO), равном 0,04 и связующим, в качестве которого использовали пылевидную фракцию алюминотермического шлака производства феррованадия (-0,1 мм) в количестве 0,01 от массы пентоксида ванадия и окусковывали, после чего окускованный продукт подвергали температурной обработке, вначале при 120°С в течение 3,2 часа, затем при 660°С в течение 1,2 часа, при этом перед термообработкой и после каждой ее стадии производились замеры прочности окускованного продукта, результаты приведены в таблице 1. Полученный окускованный продукт был использован для приготовления шихты. На первой плавке шихтовая смесь первого этапа восстановительного периода включала 165 кг пентоксида ванадия, (5% от его расхода на восстановительный период), при этом 33 кг пентоксида ванадия (0,20 от расхода на первый этап) было представлено в окускованном виде. Шихтовая смесь второго этапа включала 3135 кг пентоксида ванадия, в том числе 941 кг пентоксида ванадия в окускованном виде (0,30 от расхода на второй этап), а отношение железосодержащего компонента шихты, т.е. металлоотсева к ванадию в шихтовой смеси составило 2,60 на первом этапе и 0,10 на втором этапе, при общем значении данной величины для шихты восстановительного периода 0,22. При этом суммарный расход шихтовых материалов на восстановительный период плавки составил: 3300 кг пентоксида ванадия; 390 кг металлоотсева; 1780 кг алюминия гранулированного; 675 кг извести; а расход шихтовых материалов на рафинировочный период для данной плавки равно как и для всех остальных, включая прототип, был одинаков и составил: 500 кг пентоксида ванадия; 30 кг алюминия и 220 кг извести. Выплавку производили в дуговой электропечи РКО-4,0 с магнезитовой футеровкой. Шихтовую смесь задавали в печь саморазгружающимися бадьями. Вначале загрузили шихтовую смесь первого этапа, а после образования легкоплавкого расплава при устойчивом горении дуг в интенсивном режиме вели загрузку шихтовой смеси второго этапа, при этом прогорание шихты происходило в зоне, прилегающей к расплаву, а вновь загружаемая шихта составляла верхний уровень колошника, таким образом скорость загрузки шихты определялась скоростью просадки колошника и необходимостью поддержания его уровня. После завершения восстановительных реакций скачали бедный по ванадию шлак, и провели рафинирование жидкого полупродукта смесью пентоксида ванадия, извести и алюминия. В результате было получено 2454 кг феррованадия, содержащего 80,16% V; 1,21% А1; 0,05% С. При этом извлечение ванадия составило 98,34%; расход алюминия 920 кг А1/т V; расход огнеупоров 107 кг MgO/ т V; содержание ванадия во фракции 0-2 мм 80,13%; производительность 2679 кг FeV / гор час.
2. Последующие плавки вели аналогично плавке 1, изменяя при этом параметры процессов окускования и подготовки шихты. Результаты выплавки феррованадия отражены в таблицах 1, 2 и 3. Плавки 1-5 имеют параметры, соответствующие пределам, отраженным в формуле изобретения, причем, на плавке 4 для приготовления шихты использовали окускованный продукт непосредственно после первой стадии термообработки, вторая стадия термообработки проведена на колошнике печи. Параметры плавок 6 и 7 выходят за рамки предельных значений, приведенных в формуле изобретения, а плавка под №8 является прототипом. Необходимо отметить, что все плавки, включая и прототип, имеют одинаковый суммарный расход основных компонентов шихты, а именно, пентоксида ванадия, металлоотсева и извести на восстановительном периоде и, кроме того, использованы однотипные рафинировочные смеси, что позволяет провести сравнительную оценку показателей заявляемого процесса и прототипа в сопоставимых условиях.
Из приведенных результатов следует, что заявляемый способ обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом. Способ позволяет повысить извлечение ванадия на 0,3-0,6%; сократить расход алюминия на 20-30%, огнеупоров на 10-14%, увеличить производительность на 5-7% и улучшить качество получаемого продукта, к тому же отпадает необходимость в проведении весьма энергоемкой технологической операции, связанной с переплавом сырого пентоксида ванадия.
Экономический эффект от использования изобретения только за счет сокращения расхода алюминия на выплавку феррованадия на 20% может составить: 998*0,2*120=23952 руб на одну тонну произведенного ванадия, где 998 - расход гранулированного алюминия при использовании существующего способа получения феррованадия, кг А1/т V; 120 - цена 1 т гранулированного алюминия, руб. Кроме того, дополнительный эффект может быть получен за счет повышения извлечения ванадия, сокращения расхода огнеупоров и улучшения качества сплава, достигаемого за счет чистоты слитка и более высокого содержания ванадия в мелких фракциях.
Источники информации
1. Рысс М.А. Производство ферросплавов, М.: Металлургия 1985, с. 304-306.
2. Рабинович Е.М. и др. Способ получения феррованадия, патент на изобретение №2207395, опубл.: 27.06.2003 Бюл. №18.
3. Шаповалов А.С. и др. Способ получения феррованадия, патент на изобретение №2567085, опубл.: 27.10.2015 Бюл. №30.
1. Способ получения феррованадия алюминотермическим методом, включающий подготовку и загрузку в печь шихты, состоящей из ванадий- и железосодержащих материалов, флюса, алюминия и охладителя, восстановительный период плавки при избытке алюминия, скачивание шлака и рафинирование жидкого полупродукта, отличающийся тем, что исходный ванадийсодержащий материал измельчают, смешивают с углеродистым восстановителем при соотношении суммы содержащихся в нем пентоксида ванадия и оксидов железа к углероду 1:(0,04-0,08), смесь окусковывают и подвергают термической обработке с получением окускованного продукта, который проплавляют совместно с остальными шихтовыми материалами, при этом восстановительный период плавки проводят в два этапа, причем вначале проплавляют 5-30% от общего количества пентоксида ванадия, необходимого для получения жидкого полупродукта, при соотношении ванадия и железа в шихтовой смеси 1:(0,23-2,60), а остальное количество пентоксида ванадия - при соотношении 1:(0,10-0,22), причем доля пентоксида ванадия, задаваемого в окускованном виде на первом этапе, составляет 0,10-0,20 от общего его количества в шихтовой смеси и 0,30-0,90 - на втором этапе.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ванадийсодержащего материала для окускования используют осажденный из технологического раствора и отфильтрованный концентрат пентоксида ванадия.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что окускованный продукт дополнительно содержит флюс и связующее в виде алюминотермического шлака производства феррованадия в количестве 0,01-0,12 от массы пентоксида ванадия.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что термическую обработку окускованного продукта проводят в две стадии, при этом вначале проводят при температуре 120-650°С в течение 0,5-3,2 часа, а затем - при температуре 660-1100°С в течение 0,1-1,2 часа.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что вторую стадию термической обработки проводят на колошнике печи.
