СПОСОБ ПЕРЕДЕЛА ВАНАДИЕВЫХ ЧУГУНОВ В СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ Российский патент 1998 года по МПК C21C5/04 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к переделу ванадиевых чугунов в сталеплавильных агрегатах.

Известен способ передела ванадиевых чугунов в конвертерах с продувкой жидкого металла кислородом сверху, включающий ограничение интенсивности ввода кислорода пределами 1,5-3,0 м³/т•мин и температурой окончания деванадации 1420^oС [1] - Смирнов Л.А. и др. Сталь, 1976, N 7, с. 547-561. Однако этот способ не обеспечивает высокой степени извлечения ванадия в товарный ванадиевый шлак и не позволяет получить большие размеры зерна шпинелида, что затрудняет последующий передел ванадиевого шлака в товарную пятиокись ванадия.

Известен способ передела ванадиевых чугунов в конвертерах с использованием стального лома в количестве 5 - 12% от массы чугуна при соотношении легковесного и общего количества лома (0,6 - 0,8):1 с предварительным его прогревом до 400 - 700^oC.

Стальной лом за счет химического взаимодействия с жидким чугуном успевает раствориться за скоротечный период деванадации, что наряду с уменьшенным расходом лома и соответственно количеством непрореагировавших ее окислов позволяет снизить анизотропию свойств шлака и уменьшить содержание металловключений в нем. Более низкая концентрация балластных примесей в стальном ломе по сравнению с окалиной и чугуном способствует увеличению концентрации V₂O₅ в ванадиевом шлаке.

Существенное улучшение качества шлака обеспечивается предварительным равномерным нагревом стального лома перед стадией деванадации чугуна. Это достигается присадкой лома в конвертер на высокотемпературный ванадиевый шлак, оставленный от предыдущей плавки, и подогревом лома топливокислородным факелом до 400 - 700^oC перед заливкой чугуна [2] - А.с. 1425213, C 21 C 5/28, опубл. N 35, 1988.

Недостатком данного способа является то, что лом предварительно нагревается непосредственно в конвертере, что ведет к дополнительному расходу топлива и увеличению продолжительности плавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ передела ванадиевых чугунов дуплекс - процессом с предварительным извлечением ванадия в конвертере и последующим получением легированной стали в мартеновской печи, отличающийся тем, что с целью снижения расхода ферросплавов, повышения производительности и извлечения ванадия, в мартеновскую печь заливают высокоуглеродистый полупродукт и ванадиевый полупродукт с температурой 1480 - 1590^oC при массовом соотношении (4 - 9):1 [3], а.с. 1186647, C 21 C 5/04, опублик. в бюл. N 39, 1985.

Недостатками данного изобретения является то, что в технологической цепочке связаны два сталеплавильных цеха. Причем ванадиевый чугун перерабатывается в конвертере с получением ванадиевого полупродукта и ванадиевого шлака с последующей перевозкой полупродукта в мартеновский цех, а это транспортные издержки и организационные трудности. Кроме того в мартеновскую печь заливают полупродукты ванадиевый и передельный в определенных соотношениях, а это тоже дополнительные организационные трудности.

Задачей изобретения является передел ванадиевых чугунов в сталеплавильном агрегате с получением кондиционного ванадиевого шлака.

Поставленная задача достигается тем, что первую стадию процесса ведут в мартеновской печи, в которую предварительно заваливают стальной лом в количестве 10 - 18% от массы жидкого ванадиевого чугуна и нагревают его до 1300 - 1350^oC, после чего заливают ванадиевый чугун и продувают расплав окислительным газом через две сводовые фурмы с расходом 1200 - 1300 м³/ч на каждую фурму, а окислитель-охладитель присаживают по достижении температуры расплава 1400^oC при соотношении массы окислителя-охладителя к массе стального лома (0,08 - 0,20):1, соответственно, при достижении содержания ванадия в металле не более 0,03% охлаждение расплава прекращают и скачивают ванадиевый шлак, который нагревают газофакельными горелками для повышения его жидкотекучести и облегчения его схода, при этом часть высокотемпературного шлака оставляет в печи для нагрева стального лома следующей плавки. А в качестве охладителя-окислителя используют прокатную окалину и/или легковесный лом.

Способ производства ванадиевого шлака и стали в мартеновской печи включает в себе две стадии.

На первой стадии проводится окисление Ti, Si, Mn, V. Для более полного окисления ванадия температурный режим на первой стадии поддерживается в пределах не более 1400^oC, для чего расплав охлаждается окалиной или легковесным ломом с хорошо развитой поверхностью, как правило, существенно оксидированной.

Применение легковесного лома для охлаждения расплава предпочтительнее, так как в нем значительно меньше балластных примесей, что способствует увеличению концентрации V₂O₅ в шлаке.

Предварительно нагретый лом сам является источником оксидов железа, играющих важную роль в процессе деванадации чугуна, т.е. образовании ванадиевой шпинели. Стальной лом за счет химического взаимодействия с жидким чугуном успевает раствориться за скоротечный период даванадации, что позволяет снизить анизотропию свойств шлака и уменьшить содержание металловключений в нем. Более низкая концентрация балластных примесей в стальном ломе по сравнению с окалиной и чугуном способствует увеличению концентрации V₂O₅ в ванадиевом шлаке. Существенное улучшение качества шлака обеспечивается предварительным равномерным нагревом стального лома перед стадией деванадацией чугуна. Это достигается присадкой лома в мартеновскую печь на высокотемпературный ванадиевый шлак, оставленный от предыдущей плавки, и подогревом лома до температуры 1300-1350^oC перед заливкой чугуна.

В процессе продувки ванны окислы кремния, титана, марганца при температурах периода деванадации совместно с частью окислов железа и окислами элементов чугуна образуют жидкую фазу (силикатную составляющую), в которой происходит формирование кристаллов шпинелида правильной геометрической формы.

Углерод известен как интенсификатор кипения, что играет в процессе массопереноса свою положительную роль. В то же время, кипение ванны способствует восстановлению ванадия
V³⁺_→ V²⁺_→ V⁰
В предлагаемом техническом решении шпинелеобразующие окислы нейтрализуют этот процесс и способствуют более полной деванадации при одновременном вспенивании ванны. По мере роста ванадиевого шпинелида (как показывает рентгеноструктурный и минералогический анализ проб шлака, отобранных в ходе и в конце деванадации) трехвалентные окислы ванадия и железа, находящиеся во внешней поверхности зерна, изоморфно замещаются трудновосстановительными окислами титана, что существенно уменьшает склонность окислов ванадия к обратному переходу в металл и позволяет значительно повысить стабильность результатов деванадации в условиях более высоких температур по сравнению с известными способами деванадации чугунов.

Предложенное техническое решение осуществляется следующим образом. На первой стадии процесса в печь загружают стальной лом в количестве 10-18% от массы жидкого чугуна. Для поддержания содержания CaO в шлаке на низком уровне после завалки лома на порогах подсыпают гребешки высотой до 100 мм из магнезитового порошка. После прогрева лома до температуры 1300-1350^oC в печь заливают ванадиевый чугун. После слива чугуна металл продувают кислородом через две сводовые фурмы. При этом расход кислорода на каждую фурму составляет 1200-1300 м³/ч. Для предотвращения повышенного нагрева расплава и увеличения коэффициента ошлакования ванадия уровень погружения фурм устанавливают на границе шлак-металл.

По ходу продувки замеряется температура металла и отбираются пробы для определения остаточного содержания ванадия в металле.

При достижении температуры металла 1400^oC в печь присаживают легковесный лом или окалину. С появлением на окисленной поверхности лома вьюститного слоя скачкообразна возрастает скорость окисления железа.

В результате в период нагрева лома в окислительной атмосфере мартеновской печи поверхность лома оксидируется, что облегчает проведение процесса деванадации, образование ванадиевой шпинели (FeO, MnO, Fe₂O₃, Cr₂O₃, TiO, V₂O₅).

После достижения остаточной величины ванадия в металле не более 0,03% охлаждение расплава прекращается. Для повышения жидкотекучести и лучшего скачивания ванадиевый шлак несколько нагревают за счет использования газопламенных горелок. Это позволяет гетерогенный высоковязкий при низкой температурах ванадиевый шлак приблизить по вязкости к гомогенному и обеспечить его скачивание в чашу.

После скачивания шлака разделывается выпускное отверстие и полупродукт выпускается в сталеразливочные ковши.

Пример 1.

В 430 тонную мартеновскую печь заваливают стальной лом в количестве 30 т, подсыпают пороги небольшим количеством магнезитового порошка. После прогрева металлошихты до температуры 1300-1350^oC в печь заливают ванадиевый чугун в количестве 350 т, следующего химсостава %: C - 4,5; V - 0,45; Si - 0,24; Mn - 0,25; Ti - 0,25; Cr - 0,08; P - 0,05; S - 0,030 и имеющий температуру 1300-1320^oC.

Продувку металла на первой стадии процесса ведут через две сводовые фурмы с расходом кислорода 1200-1300 м³/ч на каждую фурму. Для снижения угара металла и предотвращения быстрого его нагрева кислородные фурмы находятся на границе шлак-металл.

Через 10-15 мин продувки замеряется температура металла и при достижении ее 1400^oC в печь заваливают 7 т легковесного лома или окалины. При этом в расплаве интенсивно идет процесс окисления примесей с образованием ванадиевых шпинелей. Отбираются пробы для определения остаточного ванадия в металле. Через 25-30 мин продувки при достижении содержания ванадия в металле 0,03% охлаждение расплава прекращают и начинают скачивать шлак. Шлак скачивают через среднее завалочное окно. Для облегчения скачивания шлак несколько нагревают продувкой газопламенными горелками (вспенивают), шлак становится жидкоподвижным, что способствует более легкому скачиванию его в чашу.

После скачивания шлака разделывают выпускное отверстие и полупродукт выпускают в сталеразличочные ковши. При выпуске полупродукта топливо отключают, что ведет к загустению шлака и часть его остается в печи. Оставшийся ванадиевый шлак в печи ускоряет процесс деванадации на следующей плавке и повышает содержание V₂O₅ в шлаке. В конкретном примере содержание V₂O₅ в шлаке было 13,47%.

Пример 2.

В мартеновскую печь заваливают стальной лом в количестве 32 т. После нагрева металлошихты в печь заливают 345 т чугуна, содержащего, %: Si 0,24; V 0,48; с температурой 1325^oC. При достижении температуры расплава 1410^oC в него присаживают 7 т окалины. При содержании ванадия в расплаве 0,03% шлак скачивают, содержание V₂O₅ в шлаке - 9,3%.

Пример 3.

В печь заваливают 33 т стального лома, заливают чугун с температурой 1360^oC, содержащего, %: Si 0,16; V 0,44, в количестве 330 т.

При нагреве расплава до температуры 1420^oC присаживают 8 т окалины, а при достижении содержания ванадия 0,03% скачивают ванадиевый шлак. Содержание V₂O₅ в шлаке - 12,28%.

Пример 4.

В печь заваливают 40 т лома, после прогрева металлошихты до температуры 1310^oC заливают 350 т чугуна с содержанием, %: Si 0,17, V 0,46. Расплав нагревают до 1400^oC и присаживают 6 т окалины и 8 т легковесного лома, а при достижении содержания ванадия V 0,02% шлак скачивают. Содержание V₂O₅ в шлаке - 11,04%.

Пример 5.

В печь заваливают 45 т стального лома, в металлошихту заливают 330 т чугуна с температурой 1320^oC, содержащего, %: Si 0,20; V 0,42. При достижении температуры 1410^oC присаживают 6 т окалины, а при содержании ванадия в расплаве 0,02% шлак скачивают, содержание V₂O₅ в шлаке - 9,84%.

Таким образом, наилучшие результаты по деванадации чугуна были достигнуты в примерах 1 и 3. При этом содержание металлошихты находится в пределах 10-18% к массе жидкого чугуна, а содержание охладителя к массе стального лома находится в соотношении (0,08-0,20):1.

Полупродукт из сталеразливочных ковшей переливают в чугуновозные ковши, затем заливают в другую мартеновскую печь и продувают на сталь.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что предлагаемая технология переработки ванадиевого чугуна в мартеновской печи с получением кондиционного ванадиевого шлака необходимого качества и полупродукта отличается возможностью использования при деванадации стального лома, что является существенным преимуществом.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Конкретное использование предлагаемого технического решения в условиях мартеновского цеха НТМК подтверждает промышленную применимость изобретения.

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к переделу ванадиевых чугунов в сталеплавильных агрегатах. Задачей изобретения является освоение технологии передела ванадиевых чугунов в мартеновской печи с получением кондиционного ванадиевого шлака. По способу передела ванадиевых чугунов на первой стадии процесса в мартеновскую печь заваливают стальной лом в количестве 10 - 18% от массы жидкого ванадиевого чугуна и нагревают до 1300 - 1350^oC. Заливают ванадиевый чугун и продувают окислительным газом через сводовые фурмы с расходом 1200 - 1300 м³/ч на каждую фурму. По достижении температуры расплава 1400^oC в него присаживают охладитель-окислитель (O.O.). Массу (О.О.) к массе стального лома поддерживают в соотношении (0,08 - 0,20):1 соответственно. Для лучшего схода ванадиевого шлака производят его нагрев газофакельными горелками. Охлаждение расплава прекращают при достижении содержания ванадия в металле не более 0,03%. В качестве (O.O.) используют прокатную окалину и/или легковесный лом. Ванадиевый шлак скачивают. Часть высокотемпературного шлака оставляют в печи для нагрева стального лома следующей плавки. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ передела ванадиевых чугунов в сталеплавильных агрегатах, включающий заливку в сталеплавильный агрегат ванадиевого чугуна, завалку охладителя-окислителя, продувку ванадиевого чугуна окислительным газом через фурмы с получением на первой стадии процесса ванадиевого шлака и полупродукта, скачивание ванадиевого шлака, выпуск полупродукта и последующую выплавку из него стали в мартеновской печи на второй стадии процесса, отличающийся тем, что первую стадию процесса ведут в мартеновской печи, в которую предварительно заваливают стальной лом в количестве 10-18% от массы жидкого ванадиевого чугуна и нагревают его до 1300-1350^oC, после чего заливают ванадиевый чугун и продувают расплав окислительным газом через две сводовые фурмы с расходом 1200-1300 м³/ч на каждую фурму, а окислитель-охладитель присаживают по достижении температуры расплава 1400^oC при соотношении массы окислителя-охладителя к массе стального лома (0,08-0,20):1 соответственно, при достижении содержания ванадия в металле не более 0,03% охлаждение расплава прекращают и скачивают ванадиевый шлак, который нагревают газофакельными горелками для повышения его жидкотекучести и облегчения его схода, при этом часть высокотемпературного шлака оставляют в печи для нагрева стального лома следующей плавки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя-окислителя используют прокатную окалину и/или легковесный лом.