СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ МЕТОДОМ АЛЮМИНОТЕРМИИ Российский патент 2000 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству лигатур в электрических печах методом алюминотермии.

В последнее время все большее значение в производстве стали уделяется комплексным ферросплавам типа FeMnA1 или FeMnVAl, которые находят широкое применение для конечного раскисления стали. Последний применяется также для микролегирования стали и чугуна. При содержании V 0,05-0,20 мас.% значительно повышаются эксплуатационные свойства большой группы марок сталей и чугунов. Раскисляющая способность алюминия в комплексных ферросплавах увеличивается в присутствии марганца сильнее, чем в присутствии кремния. При раскислении стали этими сплавами уменьшается количество неметаллических включений по сравнению с расселением стали поочередно ферромарганцем и алюминием, а также улучшается качество поверхности слитка.

Использование метода алюминотермии для производства лигатур дает преимущество также в том, что алюминий служит одновременно восстановителем шихты и источником металла для получения комплексного сплава.

Известен способ выплавки лигатуры, содержащей железо, марганец, ванадий и алюминий, алюминотермическим методом (Ванадий в черной металлургии. Н.П. Лякишев, Н.П.Слотвинский-Сидак и др, М.: Металлургия, 1983, c.66-67).

Способ обеспечивает высокое извлечение ванадия в сплав и получение лигатуры высокого качества с минимальным содержанием примесей углерода и кремния. Однако в качестве ванадийсодержащего компонента используется пентоксид ванадия, являющийся дорогим товарным продуктом, что отрицательно влияет на себестоимость комплексной лигатуры и, в конечном итоге, резко удорожает выплавляемую сталь.

Известен способ выплавки лигатуры на основе железа и марганца алюминотермическим методом из шихты, состоящей из марганцевого концентрата и ванадиевого шлака (Чумарова И.В. и др. Производство и использование ванадийсодержащих сплавов.// Обзорная информ. Сер. Ферросплавное производство./ Ин-т "Черметинформация". - М., 1987. - Вып. 2. - С. 11-23).

Основным недостатком способа является низкое качество получаемой лигатуры из-за высокого содержания в ней примесей углерода, кремния, фосфора и серы. Кроме того, в результате выплавки лигатуры образуется шлак, не имеющий ценности для дальнейшего использования и являющийся отвальным, что загрязняет окружающую среду. При этом требуются значительные расходы на складирование шлаков и содержание отвалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения лигатуры методом алюминотермии, включающий загрузку в электропечь шихты, состоящей из марганец- и кремнийсодержащих материалов, флюсующих добавок, проплавление и восстановление алюминием с получением лигатуры и шлака. Плавку осуществляют в индукционной печи. До загрузки шихты тигель разогревают до 900^oC, затем загружают шихту, содержащую шлам производства двуокиси марганца, отсевы подготовки вторичного алюминиевого сырья, порошок известняка. После проплавления расплав выдерживают в течение 5-10 мин при 1400-1450^oC (Авторское свидетельство СССР N 1713964, кл, C 22 C 33/04, 1992).

Основным недостатком известного способа является низкое качество лигатуры из-за повышенного содержания фосфора (0,4 мас.%) и цинка (2,5 мас.%), что потребует при использовании лигатуры для раскисления дополнительного расхода материалов на дефосфорацию стали, при этом удлиняется продолжительность плавки, что увеличивает расходы на передел и себестоимость стали.

Лигатура, полученная по данному способу, не может использоваться для легирования, так как не содержит легирующих металлов, в частности ванадия, что также является недостатком способа.

Образующиеся после проплавления шлаки не содержат ценных элементов и направляются в отвал, что ухудшает экологическую обстановку.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества лигатуры и получение шлака, являющегося товарным продуктом.

Это обеспечивается в способе получения лигатуры методом алюминотермии, включающем приготовление шихты, состоящей из чернового марганцевого концентрата, полученного от переработки сливных вод ванадиевого производства, и плюсующей добавки при массовом соотношении 1:0,15-0,2, брикетирование, загрузку в электропечь, проплавление в атмосфере инертного газа и восстановление алюминием с получением лигатуры и шлака.

Технический результат достигается также тем, что используют черновой марганцевый концентрат состава, мас.%: V₂O₅ 3-6, Mn 10-25, Fe 2-5, SiO₂ 3-6, Al₂O₃ 1,5-4,0, CaO 15-22, MgO 0,1-0,7, Na₂O 0,2-0,6, S_общ. 10-20.

Сущность изобретения заключается в следующем. В процесс производства пентоксида ванадия гидрометаллургическим методом на стадиях осаждения V₂O₅ из раствора и фильтрации образуются сливные воды, содержащие 0,3 г/л V₂O₅, 3-20 г/л MnO, которые поступают на очистку, где подвергаются активной агитации и воздушному аэрированию при обработке раствора известковым молоком (pH 9,0-9,5). В результате очистки раствора получают техническую оборотную воду и черновой марганцевый концентрат вышеприведенного состава. В настоящее время концентрат является отвальным продуктом и направляется в шламонакопители, что неблагоприятно влияет на экологическую обстановку.

В предлагаемом изобретении черновой марганцевый концентрат используют в качестве исходного продукта, который перерабатывают в индукционной печи методом алюминотермии с получением раскисляюще-легирующей лигатуры и шлака заданного состава. Крупность чернового марганцевого концентрата составляет 30-100 мкм. Такое сырье без предварительного окускования плавить в электродуговой печи нецелесообразно из-за высоких потерь с пылевыносом. Исходя из тонкодисперсности и повышенной влажности чернового марганцевого концентрата, в предлагаемом изобретении окускование осуществляют брикетированием с использованием в качестве вяжущего извести. Шихту, состоящую из чернового марганцевого концентрата и флюсующей добавки, взятых в соотношении 1:0,15-0,20, перемешивают в барабанном грануляторе с целью усреднения, а затем брикетируют. Приготовленные сырые брикеты сушат на воздухе и подают в электродуговую печь на плавку. Брикеты характеризуются структурной и химической однородностью, что обеспечивает тесный контакт реагентов. При этом заданное соотношение концентрата и флюсующей добавки обеспечивает получение шлака с высоким содержанием ценного компонента сульфида кальция.

Алюминий и брикеты, содержащие черновой марганцевый концентрат и флюсующую добавку (известь) в соотношении 1:0,15-0,20, загружают в электродуговую печь в шлаковый расплав, составленный от предыдущей плавки в количестве 10-12 мас. % от массы слитого шлака. Процесс выплавки ведут алюминотермическим методом в атмосфере инертного газа, что позволяет создать в объеме электропечи нейтральную атмосферу, которая предотвращает окисление образовавшегося сульфида кальция (CaS).

Указанный интервал соотношения чернового марганцевого концентрата и флюсующей добавки от 1:0,15 до 1:0,2 является необходимым и достаточным для получения шлака, содержащего от 50 до 75 мас.% CaS.

При введении в шихту флюсующей добавки меньше, чем соотношение 1:0,2, оксидно-шлаковый расплав будет иметь недостаточную основность для интенсивного проведения восстановительных процессов. Кроме того, в расплаве будет недостаточно флюсующей добавки для связывания O^2- и вероятны процессы окисления CaS, что приведет к получению шлака с содержанием сульфида кальция менее 50 мас.%. Такой шлак нецелесообразно использовать в качестве восстановителя.

Введение в шихту флюсующей добавки больше, чем соотношение 1:0,15, не способствует дальнейшей интенсификации восстановительных процессов, а для связывания кислорода и предотвращения процессов окисления достаточно указанного количества.

В результате осуществления предлагаемого способа получают лигатуру, содержащую мас. %: Mn 55-65, V 10-20, Al 2-6, Si 0,3- 0,5, S 0,01, C 0,1, Fe остальное и шлак состава, мас.%: CaS 50- 75, CaO 10-20, MnO 1-4, Al₂O₃ 1-2, SiO₂ 3-6.

Полученная в результате плавки лигатура улучшенного качества по сравнению с известным способом, так как содержит легирующие элементы, в частности ванадий, и не содержит вредных примесей и может использоваться для проведения процессов как раскисления, так и легирования.

Образующийся при плавке шлак является товарным продуктом, так как содержит 50-75 мас. % CaS и может использоваться в качестве восстановителя в процессе выщелачивания в ванадиевом производстве. При этом собственно технология гидрометаллургического производства оксида ванадия становится малоотходной и снижается вредное воздействие на окружающую среду.

Пример осуществления способа.

Пример 1. В качестве марганецсодержащего материала использовали черновой марганцевый концентрат, полученный от переработки сливных вод ванадиевого производства, следующего состава, мас. %: 3,0 V₂O₅; 10,0 Mn; 5,0 Fe; 6,0 SiO₂; 4,0 Al₂O₃; 22,0 CaO; 0,7 MgO; 0,6 Na₂O; 10,0 S_общ..

Для получения 1 т лигатуры в электродуговую печь под шлаковый расплав, оставленный на почине от предыдущей плавки в количестве 10 мас.% от массы вылитого шлака, загружали 450 кг алюминия и 3400 кг брикетированной шихты, содержащей черновой марганцевый концентрат и известь, взятых в соотношении 1:0,15.

Процесс выплавки лигатуры проводили алюминотермическим способом. В период плавки над шлаковым расплавом пропускали инертный газ, что позволяло создать в объеме электропечи нейтральную атмосферу и предотвращало окисление образовавшегося сульфида кальция. После завершения восстановительных процессов сплав и шлак выливали из печи и проводили химический анализ.

Химический состав полученной лигатуры, мас.%: 55,0 Mn; 10,0 V; 2,0 Al; 0,3 Si; 0,01 S; 0,1 C; Fe - остальное. Лигатура на воздухе не распыляется и ее поверхность не корродирует.

Химический состав шлака, мас.%: 50 CaS; 4,0 MnO; 2,0 Al₂O₃; 6,0 SiO₂; CaO - остальное. Шлак по химическому составу удовлетворяет техническим условиям при использовании его в качестве восстановителя.

Пример 2. В качестве марганецсодержащего материала использовали черновой марганцевый концентрат, полученный от переработки сливных вод ванадиевого производства, следующего состава, мас.%: 4,5 V₂O₅; 17,5 Mn; 3,5 Fe; 2,75 Al₂O₃; 18,5 CaO; 0,4 MgO; 0,4 Na₂O; 15 S_общ.; 4,5 SiO₂.

Для получения 1 т лигатуры в электродуговую печь под шлаковый расплав, оставленный на подине от предыдущей плавки в количестве 11 мас.% от массы вылитого шлака, загружают 587,5 кг алюминия и 3525 кг брикетированной шихты, содержащей черновой марганцевый концентрат и известь, взятых в соотношении 1: 0,175. Процесс выплавки лигатуры проводили алюминотермическим методом в атмосфере инертного газа. После завершения восстановительных процессов сплав и шлак выливали из печи и проводили химический анализ.

Химический состав полученной лигатуры, мас.%: 60 Mn; 15 V; 4 Al; 0,4 Si; 0,01 S; 0,1 C; Fe - остальное. Лигатура на воздухе не распыляется и ее поверхность не корродирует.

Химический состав шлака, мас.%: 62,5 CaS; 2,5 MnO; 1,5 Al₂O₃; 4,5 SiO₂; CaO - остальное.

Пример 3. B качестве марганецсодержащего материала использовали черновой марганцевый концентрат, полученный от переработки сливных вод ванадиевого производства, следующего состава, мас.%: 6,0 V₂O₅; 25 Mn; 2,0 Fe; 3,0 SiO₂; 1,5 Al₂O₃; 15 CaO; 0,1 MgO, 0,2 Na₂O; 20 S_общ..

Для получения 1 т лигатуры в электродуговую печь под шлаковый расплав, оставленный на подине от предыдущей плавки в количестве 12 мас.% от массы вылитого шлака, загружают 800 кг алюминия и 3600 кг брикетированной шихты, состоящей из чернового марганцевого концентрата и извести, взятых в соотношении 1:0,2.

Процесс выплавки лигатуры осуществляли, как в примерах 1 и 2. Химический состав полученной лигатуры, мас.%: 65 Mn; 20 V; 6 Al; 0,5 Si; 0,01 S; 0,1 C; Fe - остальное. Лигатура на воздухе не распыляется и ее поверхность не корродирует.

Химический состав шлака, мас.%: 75,0 CaS; 1,0 MnO; 1,0 Al₂O₃; 3,0 SiO₂; CaO - остальное. Шлак uo химическому составу удовлетворяет техническим условиям на материал для приготовления восстановителей на основе кальция.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения в промышленных условиях позволит проводить очистку сточных вод ванадиевого производства по безотходной и замкнутой технологии, позволяющей получать из чернового марганцевого концентрата лигатуру и шлак, являющиеся товарными продуктами.

Изобретение относится к черной металлургии, к производству лигатур в электропечах методом алюминотермии. Способ включает приготовление шихты, состоящей из черного марганцевого концентрата, полученного от переработки сливных вод ванадиевого производства, и флюсующей добавки при массовом соотношении, равном 1:0,15-0,2, брикетирование шихты перед загрузкой в электропечь, проплавление в атмосфере инертного газа с получением лигатуры и шлака. Способ обеспечивает повышение качества лигатуры и получение шлака, являющегося товарным продуктом. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ получения лигатуры методом алюминотермии, включающий загрузку в электропечь шихты, состоящей из марганецсодержащего материала и флюсующей добавки, проплавление и восстановление алюминием с получением лигатуры и шлака, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего материала используют черновой марганцевый концентрат, полученный от переработки сливных вод ванадиевого производства, перед загрузкой в электропечь шихту брикетируют при массовом соотношении чернового марганцевого концентрата и флюсующей добавки, равном 1 : 0,15 - 0,2, а проплавление ведут в атмосфере инертного газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют черновой марганцевый концентрат, полученный от переработки сливных вод ванадиевого производства состава, мас. %: V₂O₅ 3 - 6, Mn 10 - 25, Fe 2 - 5, SiO₂ 3 - 6, Al₂O₃ 1,5 - 4,0, CaO 15 - 22, MgO 0,1 - 0,7, Na₂O 0,2 - 0,6, S общ. 10 - 20.