СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕГО ФЕРРОСПЛАВА Российский патент 2003 года по МПК C22C33/00 C22C33/04 

Изобретение относится к пирометаллургии и может быть использовано в производстве ферросплавов.

Известны способы получения ванадия из минеральных материалов техногенного происхождения - шлаков, шламов, золы, пеков и др. Ряд способов основан на выщелачивании химических соединений ванадия из исходного сырья и последующем термохимическом восстановлении этих солей, приводящем к формированию ванадийсодержащих ферросплавов.

Выщелачивание солей ванадия производится различными гидрометаллургическими способами. Согласно способу, описанному Patting S., Makheri T.K., Gupta C.U. "Met. Trans", 1984, 814, 1-4, рр. 133-135, в результате выщелачивания солей ванадия образуется щелок, из которого выделяют ванадат железа. Из последнего путем алюмотермической обработки получают феррованадий.

Также известен способ легирования стали ванадием, содержащимся в ванадийсодержащем конверторном шлаке (А.А.Смирнов и др. Ванадийсодержащие легирующие материалы и эффективность их применения. М., Экспресс-информация ЦНИИ и ТЭИЧМ, 1986).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения ванадийсодержащего сплава, включающий загрузку и плавление в печи шихты, состоящей из ванадийсодержащего и углеродсодержащего компонентов, ферросилиция, получение расплава металла и ванадийсодержащего шлака, восстановительную обработку ванадийсодержащего шлака кремнийсодержащим материалом, выпуск продуктов плавки (РЫСС М.А. Производство ферросплавов. М., Металлургия, 1985, с. 303).

Существенным общим недостатком известных способов (и это является причиной, препятствующей достижению ожидаемого технического результата) является возможность получения лишь многокомпонентных ферросплавов, которые, помимо ванадия, содержат повышенные количества марганца, железа, хрома и других металлов.

В основу изобретения поставлена задача в способе получения ванадийсодержащего ферросплава путем изменения параметров процесса и их последовательности, а также введения новых операций достичь раздельного получения феррованадия с высокой концентрацией ванадия и ферросплавов с минимальной концентрацией ванадия.

Поставленная задача решается тем, что углеродсодержащий компонент вводят в шихту в количестве, обеспечивающем содержание углерода в шихте 15-30% от ее массы, а ферросилиций - в количестве 5-10% от ее массы, перед восстановительной обработкой шлакового расплава производят выпуск расплава металла, после восстановительной обработки осуществляют повторный нагрев модифицированного шлакового расплава при этом в качестве кремнийсодержащего материала используют смесь ферросилиция с силикокальцием в количестве 10-20% от массы ванадийсодержащего компонента шихты при соотношении ферросилиция к силикокальцию в смеси 3:1-10:1 соответственно.

Обычно ванадий входит в состав конверторных шлаков, образующихся при переделе ванадийсодержащего чугуна, в состав мазутной золы, пеков, шлаков химических производств и др. Для получения ферросплавов с высоким содержанием ванадия в печи необходимо восстановить и отделить от ванадия максимальное количество железа и других металлов шихты. При плавлении нагретой шихты в электропечи в присутствии углерода и кремния происходит отделение металла от шлака, в котором и содержится практически весь ванадий шихты. Получаемый металл сливают в ковш и далее разливают в отливки (слитки). Жидкий шлак подвергают металлотермической обработке смесью ферросилиция с силикокальцием. Качество такой смеси зависит от состава шлака и составляет 10-20% от ванадийсодержащего компонента шихты. После перемешивания шлака со смесью и совместного плавления производят раздельный слив ванадийсодержащего материала и шлака. Ванадийсодержащий материал представляет собой ферросиликованадий с содержанием ванадия 50% и выше. Его разливают в изложницы. При необходимости получения феррованадия производят дополнительную обработку ферросиликованадия технической пятиокисью ванадия. Обработку можно производить в печи или в ковше. Шлак, образовавшийся после получения феррованадия из ферросиликованадия, при помощи технической пятиокиси ванадия вводят в шихту, которую плавят для отделения тяжелых металлов от ванадийсодержащего шлака. Образующийся после получения ферросиликованадия отвальный шлак может быть подвергнут переработке на строительные материалы.

Пример конкретного выполнения
Отмеченные выше параметры заявляемого способа первоначально были получены путем соответствующего моделирования основных термохимических реакций. Далее этот способ и параметры, при которых он реализуется, были подтверждены в лабораторных условиях в электропечи мощностью 200 кВ•А. В печи плавили золу, образующуюся на ТЭС при сжигании мазута. Состав золы: 20% V₂O₅; 4,5% NiO; 0,5% MnO; 20% Fе₂О₃; 1% Сr₂О₃; 7% (CaO+MgO); 4% S; 10% С; 20% SiO₂; 6% (K,Na)₂О; 7% А1₂О₃.

Металл отделяли от шлака путем раздельного их слива. Было проведено пять лабораторных плавок в присутствии кремния с различным добавлением углерода, представленных в таблице 1.

Из табл. 1 следует, что оптимальное содержание углерода в шихте должно составлять 5-15%.

Оставшийся шлак (23% V₂O₅, 16% FeO, 4% Сr₂О₃, 19% SiО₂, 36% CaO, 2% S) восстанавливали ферросилицием (ФС-65) в смеси с силикокальцием (КаСи 15).

Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о целесообразности введения в шлаковый расплав ферросилиция (ФС-65) в смеси с силикокальцием (КаСи 15).

После лабораторной проверки способ был реализован в электропечи ДСП-3. В качестве ванадийсодержащего сырья использовали золу приведенного выше состава. Печь заваливали флюсом (известняк) (≈1,5 т) и золой (≈1,7 т). Засыпали 200 кг кокса и 100 кг ФС-45. На смесь опускали электроды печи, зажигали электрическую дугу, осуществляли плавление шихты. После образования расплава шихты и прекращения открытых дуговых разрядов снижали напряжение на электродах, силу тока увеличивали и нагревали расплав в печи до температуры выше 1500^oС. По завершении процессов плавления и нагрева расплава плавку выпускали по желобу в стопорный ковш. К моменту выпуска в печи сформировались расплав металла (0,15 т сплава железа с 28% Ni) и шлака (23% V₂О₃, 16% FeO, 30% CaO, 19% SiО₂, 5% MgO, 2% S, 5% А1₂О₃).

Металл через разливочный стакан сливали в изложницу. При появлении шлака стопором перекрыли разливочный стакан и ковш вернули краном к печи, из которой выпустили расплавы.

Одновременно в эту печь на дно засыпали смесь из 150 кг ФС-65 и 50 кг КаСи-15. После указанных операций в печь при убранном своде сливали из ковша шлак. На печь опускали свод, опускали в шлак электроды, подавали напряжение и в течение 10 мин нагревали шлак. При достижении температуры шлака более 1500^oС сформировавшиеся расплавы слили из печи в ковш. Из ковша расплавы слили в изложницу, где произошло разделение металла и шлака. После остывания расплавов шлак отделили от металла. Полученный металл имел следующий состав: 48% V, 15% Si, 2% Mn, 0,5% Ni, 2% Cr, 0,09% С, 0,08% S. Количество металла - 250 кг.

Состав шлака: 50% CaO, 40% SiO₂, 8% MgO, 2% S.

Таким образом, как следует из приведенных выше фактических данных, изобретение позволяет достичь раздельного получения феррованадия с существенно высокой концентрацией ванадия и ферросплава с минимальной концентрацией ванадия.

Изобретение относится к металлургии. В предлагаемом способе углеродсодержащий компонент вводят в шихту в количестве, обеспечивающем содержание углерода в шихте 15-30% от ее массы, а ферросилиций - в количестве 5-10% от массы шихты. Перед восстановительной обработкой ванадийсодержащего шлака производят выпуск расплава металла. После восстановительной обработки осуществляют повторный нагрев модифицированного шлакового расплава. В качестве кремнийсодержащего материала используют смесь ферросилиция с силикокальцием в количестве 10-20% от массы ванадийсодержащего компонента шихты при соотношении ферросилиция к силикокальцию в смеси 3:1-10:1 соответственно. Изобретение позволяет достичь раздельного получения феррованадия с высокой концентрацией ванадия и ферросплава с минимальной коныентрацией ванадия. 2 табл.

Способ получения ванадийсодержащего ферросплава, включающий загрузку и плавление в печи при заданной температуре шихты, состоящей из ванадийсодержащего и углеродсодержащего компонентов, ферросилиция, получение расплава металла и ванадийсодержащего шлака, восстановительную обработку ванадийсодержащего шлака кремнийсодержащим материалом, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что углеродсодержащий компонент вводят в шихту в количестве, обеспечивающем содержание углерода в шихте 15-30% от ее массы, а ферросилиций - в количестве 5-10% от массы шихты, перед восстановительной обработкой ванадийсодержащего шлака производят выпуск расплава металла, после восстановительной обработки осуществляют повторный нагрев модифицированного шлакового расплава, при этом в качестве кремнийсодержащего материала используют смесь ферросилиция с силикокальцием в количестве 10-20% от массы ванадийсодержащего компонента шихты, при соотношении ферросилиция к силикокальцию в смеси 3: 1-10: 1 соответственно.