СПОСОБ ПЕРЕДЕЛА ВАНАДИЕВОГО ЧУГУНА Российский патент 1999 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам передела ванадиевых чугунов в конвертерах с получением стали и товарного ванадиевого шлака.

Известная, применяемая в промышленных условиях схема переработки ванадиевых чугунов включает конвертерный дуплекс-процесс, на первой стадии которого путем кислородной продувки ванадиевого чугуна с присадкой в конвертер значительных количеств окислителей-охладителей, в основном окалины (40 - 60 кг/т стали), получают товарный продукт - ванадиевый шлак. Другой товарный продукт - сталь, получают на второй стадии процесса, продувая кислородом низкокремнистый металл(полупродукт) в другом конвертере без использования металлолома или же используя его в несущественных количествах [1]. Фактическое отсутствие применения металлолома в процессе получения стали резко снижает технико-экономические показатели способа, особенно учитывая то, что в России металлолом в два раза дешевле чугуна. Другим недостатком известного дуплекc-процесса является высокая окисленность ванадиевого шлака (до 40% Fe_общ), что ограничивает область его использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ передела ванадиевого чугуна, включающий продувку кислородом ванадиевого чугуна в кислородном конвертере с присадкой охладителей и накоплением в нем ванадиевого шлака, слив металла-полупродукта в другой конвертер, продувку его кислородом с присадкой шлакообразующих материалов, выпуск стали и слив шлака, при этом на последней плавке цикла накопления ванадиевого шлака в первом конвертере ванадиевый чугун продувают кислородом без присадки охладителей с получением ванадиевого металла-полупродукта, который заливают во второй конвертер, присаживают на него охладители, затем по ходу продувки кислородом подают шлакообразующие материалы, выпускают сталь, оставляют в конвертере до половины от общей массы полученного известково-ванадиевого шлака в качестве шлакообразующего материала для последующей плавки и сливают остальной шлак в чашу [2].

Однако этим способом также не достигается использование в процессе значительных количеств металлолома, обеспечивающих конкурентоспособность способа по сравнению с кислородно-конвертерным переделом передельных чугунов. Другим недостатком способа является то, что в связи с тем, что ванадиевый чугун продувают кислородом без присадки окислителей-охладителей на первой стадии процесса уменьшается окислительный потенциал шлака, снижается количество зародышей ванадиевого шпинелида и в результате резко увеличивается остаточная концентрация ванадия в низкокремнистом углеродистом металле (до 0,30% У). По этой причине качество товарного ванадиевого шлака, получаемого на первой стадии процесса, весьма невысокое из-за низкой концентрации в нем пентооксида ванадия, соответственно пониженного отношения (Y)/(Fe) и меньшего размера шпинелидного зерна.

Поставлена задача увеличить использование лома при выплавке стали из ванадиевого чугуна (снизить расход чугуна), повысить качество товарного ванадиевого шлака на первой стадии, получить товарный известково-ванадиевый шлак на второй стадии.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе передела ванадиевого чугуна, включающем продувку кислородом через фурму ванадиевого чугуна в конвертере, присадку твердого окислителя-охладителя с получением на первой стадии низкокремнистого металла и ванадиевого шлака, слив в ковш низкокремнистого металла, повторную его заливку в конвертер с последующей продувкой кислородом до определенной концентрации углерода в металле, присадку шлакообразующих материалов и получение на второй стадии стали и известково-ванадиевого шлака, на первой стадии ванадиевый чугун продувают кислородом до температуры металла 1450-1500^oC при положении фурмы, равном 15 - 20 калибров ее сопла от уровня ванны в спокойном состоянии, причем твердый окислитель-охладитель присаживают в количестве, равном 10 - 20 кг/т стали, при этом полученный низкокремнистый металл заливают в тот же или другой конвертер на предварительно загруженный в него металлолом и продувают его кислородом до концентрации углерода в металле 0,02 - 0,15%. Оптимальное количество металлолома составляет 150 - 250 кг/т стали.

Сущность способа заключается в том, что на первой стадии процесса за счет оптимального расхода твердых окислителей-охладителей, определенного положения дутьевой фурмы и увеличения конечной температуры деванадации, достигается улучшение теплофизических параметров низкокремнистого металла, что на второй стадии (продувки до стали) позволяет использовать повышенное количество металлолома. В то же время формирование структуры ванадиевого шлака при данных параметрах процесса позволяет улучшить качество товарного ванадиевого шлака. С другой стороны повышается остаточное содержание ванадия в низкокремнистом металле (0,05 - 0,06% кремния) до 0,10 - 0,20% и на стадии выплавки стали из низкокремнистого металла осуществляется возможность получения еще одного товарного продукта - известково-ванадиевого шлака.

Таким образом, в одном способе получаем две разновидности товарного ванадиевого шлака.

Ванадиевый шлак первой стадии процесса используется в дальнейшем в основном для химического передела в пентооксид ванадия, а также для производства в электропечах ванадиевых сплавов и лигатур.

Известково-ванадиевый шлак второй стадии процесса (конечный) используется по трем направлениям:
- для выплавки низкопроцентных сплавов и лигатур, употребляемых для производства низколегированных ванадийсодержащих сталей, например, транспортного металла;
- в качестве реакционной добавки при химическом переделе ванадиевого шлака на техническую пятиокись ванадия по известковой технологии;
- в качестве шихты доменных печей при производстве ванадиевого чугуна с целью увеличения в нем концентрации ванадия.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения, базового варианта и способа-прототипа показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что он гарантирует повышение степени извлечения ванадия из чугуна в шлак до 98,7 - 99,1% (см. табл.), и, соответственно, увеличение абсолютной концентрации ванадия в шлаке, обеспечивает повышенное качество товарного ванадиевого шлака за счет существенного возрастания отношения снижения количества металловключений в шлаке и повышения среднего размера шпинелидного зерна.

При производстве сплавов и лигатур отношение и количество металловключений в перерабатываемом шлаке имеет определяющее значение для технико-экономических показателей процесса: увеличивается концентрация ванадия в сплавах, повышается производительность агрегата, снижается себестоимость лигатур и сплавов.

При химическом переделе шлака повышение размеров шпинелидного зерна сопровождается ростом производительности обжиговых печей, улучшению условий вскрываемости шлака и снижению потерь ванадия в хвостах.

С другой стороны, повышение теплофизических свойств низкокремнистого металла позволяет использовать на второй стадии процесса металлический лом в количестве 150 - 250 кг/т стали, что весьма существенно снижает расход жидкого чугуна и увеличивает выход годной стали до 92,9 - 93,3%.

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. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемые параметры установлены экспериментальным путем при переделе ванадиевого чугуна в 160-т конвертере с верхним кислородным дутьем.

Плавки проводили при исходной температуре чугуна 1350-1400^oC. Вес жидкого чугуна составлял 135-150 т. Состав чугуна был следующий,%: 4,5 - 4,6 C; 0,45 Y; 0,22 - 0,24 Si; 0,20 - 0,22 Mn; 0,16 - 0,20 Ti; 0,05 Cr; 0,05 P; 0,024 - 0,028 S. Низкокремнистый металл, получаемый в результате продувки кислородом ванадиевого чугуна на первой стадии процесса, содержал,%: 3,6 - 4,0 C; 0,10 - 0,20 Y; 0,04 - 0,06 Si; 0,05 - 0,07 Mn. Металлолом заваливали в конвертер перед заливкой низкокремнистого металла в количестве 24 - 34 т.

Интенсивность подачи кислорода во время продувки составляла 350 - 380 м³/мин. Шлакообразующие компоненты (известь и плавиковый шпат) присаживали на металлолом в первой половине продувки второй стадии процесса. Окалину в качестве твердого окислителя-охладителя вводили на поверхность ванадиевого чугуна. Альтернативной (эквивалентной) заменой прокатной окалины в качестве твердого окислителя-охладителя являются неофлюсованные железорудные окатыши, например производства Качканарского ГОКа, содержание в которых свободного кислорода (связанного с железом) как и в окалине, составляет 24-26%.

В качестве дополнительного теплоносителя и для снижения окисленности шлака на второй стадии процесса возможно использование выбойки электролизеров алюминиевых ванн, содержащей 50 - 60% C.

Оптимальные параметры процесса следуют из данных опытных плавок, приведенных в таблице.

Оптимальное положение фурмы на первой стадии процесса, расход окалины взаимосвязаны с получением температуры низкокремнистого металла в интервале 1450 - 1500^oC и процессом формирования ванадиевого шлака. Повышение температуры металла более 1500^oC, также как и снижение менее 1450^oC, ухудшает качество ванадиевого шлака, получаемого на первой стадии, характеризуемое показателями, приведенными в таблице.

Расход металлолома на второй стадии определяется тепловым балансом процесса. Увеличение количества металлолома свыше 250 кг/т стали приводит к необходимости значительного передува плавок, что повышает окисленность шлака и металла и соответственно снижает выход годной стали. Снижение концентрации углерода в стали менее 0,02% приводит к такому же результату.

Нижний предел расхода лома (150 кг/т стали) и верхний предел концентрации углерода в стали (0,15%) определяются заданной температурой стали, необходимой для разливки металла.

Таким образом, предлагаемое решение позволит при значительном расходе металлического лома (до 250 кг/т стали) и соответственно снижении расхода жидкого чугуна и увеличения выхода годной стали получить степень извлечения ванадия из металла в шлак на уровне 98,7 - 99,1% и получить два типа товарного ванадиевого шлака повышенного качества.

Источники информации
1. Производство ванадиевого шлака и стали в конвертерах, технологическая инструкция ТИ 102-СТ.КК-66-95. Нижний Тагил.

2. Российский патент 2023726, C1, C 21 C 5/28, 5/36, 30.11.94.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам передела ванадиевых чугунов в конвертерах. Способ передела ванадиевого чугуна включает продувку кислородом через фурму ванадиевого чугуна в конвертере, присадку твердого окислителя охладителя с получением на первой стадии низкокремнистого металла и ванадиевого шлака. Слив в ковш низкокремнистого металла, повторную его заливку в конвертер с последующей продувкой кислородом до определенной концентрации углерода в металле, присадку шлакообразующих материалов и получение на второй стадии стали и известково-ванадиевого шлака. На первой стадии ванадиевый чугун продувают кислородом до температуры металла 1450 - 1500°С при положении фурмы, равном 15 - 20 калибров ее сопла от уровня ванны в спокойном состоянии. Твердый окислитель-охладитель присаживают в количестве, равном 10 - 20 кг/т стали. Полученный низкокремнистый металл заливают в тот же или другой конвертер на предварительно загруженный в него металлолом и продувают его кислородом до концентрации углерода в металле 0,02 - 0,15%. Оптимальное количество металлолома составляет 150 - 250 кг/т стали. Использование способа передела ванадиевого чугуна повышает выход ванадия в товарный шлак (степень извлечения ванадия из металла в шлак), качество шлака, характеризуемое отношением V/Fe, количеством металловключений и размерами шпинелидного зерна при одновременном использовании в процессе значительного количества металлолома, что резко снижает расход жидкого чугуна, повышает выход годного и соответственно снижает себестоимость стали. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ передела ванадиевого чугуна, включающий продувку кислородом через фурму ванадиевого чугуна в конвертере, присадку твердого окислителя-охладителя с получением на первой стадии низкокремнистого металла и ванадиевого шлака, слив в ковш низкокремнистого металла, повторную его заливку в конвертер с последующей продувкой кислородом до определенной концентрации углерода в металле, присадку шлакообразующих материалов и получение на второй стадии стали и известково-ванадиевого шлака, отличающийся тем, что на первой стадии ванадиевый чугун продувают кислородом до температуры металла 1450 - 1500^oС при положении фурмы, равном 15 - 20 калибров ее сопла от уровня ванны в спокойном состоянии, причем твердый окислитель-охладитель присаживают в количестве, равном 10 - 20 кг/т стали, при этом полученный низкокремнистый металл заливают в тот же или другой конвертер на предварительно загруженный в него металлолом и продувают его кислородом до концентрации углерода в металле 0,02 - 0,15%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлолом загружают в конвертер в количестве 150 - 250 кг/т стали.