СПОСОБ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ РУД Российский патент 2003 года по МПК C21B5/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству в доменных печах природно-легированного ванадием чугуна, а также титанистых шлаков, пригодных для переработки на пигментный диоксид титана.

Известен способ доменной плавки титаномагнетитовых руд [1] с применением для разжижения шлака щелочных соединений в количестве, обеспечивающем их массовую долю в шлаке 1,5-2,5%. Щелочи вводят в шихту в виде кусковых нефелиновых сиенитов или в кокс при коксовании углей в виде поваренной соли.

В современных условиях этот способ не может быть использован из-за улетучивания части щелочей, что приводит к ухудшению экологии, а также из-за снижения стойкости кладки печи и образования настылей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ (прототип) доменной плавки титаномагнетитовых руд [2], включающий вдувание углеводородных заменителей кокса в горн печи, загрузку и проплавку рудных составляющих шихты, кокса и флюсов в соотношении, обеспечивающем основность конечного шлака (CaO:SiO₂) в пределах от 0,9 до 1,2, причем вдувание углеводородов, в частности природного газа, является существенным признаком способа, обеспечивающим снижение температур в фурменных очагах, что способствует получению низкокремнистых чугунов (0,15-0,35% Si) при достаточно высоком извлечении ванадия (80-85%).

Основные недостатки прототипа обусловлены неравновесностью титанистых шлаков в восстановительных условиях доменной плавки. В избытке углерода и при температурах доменного процесса исходный диоксид титана восстанавливается с образованием оксидов титана низших валентностей, а также тугоплавких карбидов и оксикарбонитридов титана, загромождающих при определенных условиях (например, при горячем ходе печи или в случае длительных остановок) горн печи неплавкими массами. В таких случаях, а также для профилактики, промывают горн печи сварочным шлаком и (или) марганцевым агломератом [2, с. 122], что приводит к ухудшению средних технико-экономических показателей.

При нормальном ходе печи 7-10% титана восстанавливается и переходит в металлическую фазу, но по мере науглероживания металла растворимость в нем титана уменьшается и избыточный титан выделяется, концентрируясь (вместе с вновь образующимся) на контактных поверхностях металл-шлак, шлак-кокс, повышая адгезию металла к шлаку и шлака к коксу. Это является причиной плохой фильтруемости шлака через коксовую насадку, что выражается, в частности, в появлении шлака на фурмах, особенно перед выпусками и при снятии дутья, а также причиной повышенных потерь металла со шлаком, главным образом, в виде так называемой гренали, представляющей собой корольки металла в шлаковой оболочке, обогащенной карбидами и оксикарбонитридами титана.

По мере повышения содержания диоксида титана в исходной руде отмеченные осложнения нарастают и уже при 30% TiO₂ в конечном шлаке работа доменной печи становится крайне неустойчивой и характеризуется частыми загромождениями горна неплавкими массами. Обобщая этот опыт, например, И.П. Семик приходит к выводу, что длительная плавка на шлаках с 30% ТiO₂ и более "...неизменно приводила к расстройству хода доменной печи" [Известия АН СССР, О.Т.Н, 1941, 9, С.59].

В связи с изложенным возникает задача уменьшить потери металла со шлаком и повысить устойчивость технологии доменной плавки титаномагнетитовых руд в широком диапазоне концентраций ТiO₂.

Это достигается тем, что в известном способе доменной плавки титаномагнетитовых руд, включающем загрузку и проплавку рудных составляющих шихты, кокса, флюсов и марганецсодержащих добавок, вдувание в горн печи углеводородных заменителей кокса, выпуск чугуна и титанистого шлака, согласно изобретению марганецсодержащие добавки вводят в агломерационную или в доменную шихту в количестве, обеспечивающем отношение в конечном доменном шлаке массовой доли монооксида марганца к диоксиду титана в пределах от 0,05 до 0,2. В качестве марганецсодержащих добавок используют марганцевые руды, колошниковую пыль, шламы и шлаки от выплавки ферромарганца в доменных печах и электропечах.

Оксиды марганца повышают окислительный потенциал шлака, препятствуя тем самым понижению валентности титана и образованию загромождающих горн неплавких масс на основе тугоплавкого карбида титана (температура плавления TiC-3523К). Одновременно по этой же причине уменьшаются потери железа. Известно, что средняя массовая доля титана в гренали в пересчете на ТiO₂ составляет 20-25%, а потери железа в виде гренали - 15-20 кг/т чугуна при невязке баланса по ТiO₂ 3-7 кг/т чугуна [Патент РФ 211707. Бюл. 23, 20.08.98 г.]. Из этих данных следует, что на 1 кг невязки по ТiO₂ (или на 0,75 кг TiC) приходится 3-4 кг потерь железа в виде гренали (или 4-5 кг в пересчете на TiC). Поэтому исчезновение TiC автоматически приведет к исчезновению гренали, т.е. к уменьшению потерь железа со шлаком на 15-20 кг.

Способ осуществляют следующим образом.

1. По заданному составу рудных составляющих, кокса и флюсов, с учетом перехода элементов в чугун и шлак рассчитывают базовые величины:
Р^o - расход руды или смеси руд, кг/т чугуна;
Ш^o - выход шлака, кг/т чугуна;
ТiO₂ ^o и MnO^o - массовые доли ТiO₂ и МnО в шлаке, %.

2. Из указанных пределов выбирают конкретное отношение ТiO₂:МnО=С_Mn.

3. Выбирают марганецсодержащую добавку и рассчитывают выход из нее чугуна (l_Mn) и шлака (Ш_Mn) в кг из 1 кг марганецсодержащей добавки. При этом коэффициенты перехода элементов в чугун и шлак принимают такими же, как в п.1.

4. Рассчитывают расход марганецсодержащей добавки (Р_Mn) по формуле

где (МnO)_Mn и (ТiO₂)_Mn - массовые доли MnO и TiO₂ в марганецсодержащей добавке;
k_Mn - степень перехода марганца в чугун, доли ед.

5. Корректируют базовые величины на расход марганецсодержащей добавки




6. В зависимости от крупности и физического состояния марганецсодержащей добавки вводят ее непосредственно в доменную или агломерационную шихту
7. Заданное отношение МnО: ТiO₂ уточняют по конечным результатам, в частности, по режиму отработки продуктов плавки (стабильность времени выпуска, количество шлака на выпуске и т.п.).

Нижний предел отношения MnO:TiO₂ (0,05) обусловлен тем, что ему соответствует минимум материальных и энергетических затрат, связанных с использованием марганецсодержащих добавок, при котором образование карбидов титана уже заметно тормозится. Дальнейшее понижение отношения нецелесообразно, так как положительное влияние марганецсодержащих добавок становится несущественным.

Верхний предел (0,2) соответствует прекращению образования карбидов титана, поэтому дальнейшее повышение отношения МnО к ТiO₂ также нецелесообразно.

Примеры осуществления
Способ проверен в лабораторных условиях применительно к качканарскому агломерату состава, %: Fe-56,8; TiO₂-2,6; SiO₂-5,4; Аl₂О₃-2,8; CaO-6,67; MgO-2,7; МnО-0,25, а также применительно к агломерату из копансконо коллективного концентрата: Fe-54,4; TiO₂-8,97; SiO₂-3,55; Аl₂О₃-2,4; CaO-4,48; MgO-1,9; V₂O₅-0,8; МnО-0,29.

Из агломератов указанного состава в смеси с древесным углем и золой кокса (из расчета расхода кокса 500 кг/т чугуна) выплавили исходные шлаки 1 и 2 состава соответственно, %: TiO₂-9,2 и 36,2; SiO₂-28,9 и 20,70; Аl₂О₃-15,8 и 13,2; CaO-3,26 и 19,18; MgO-12,2 и 8,0; FeO-0,61 и 0,82; МnО-0,22 и 0,35 при содержании Мn в чугуне соответственно 0,29 и 0,48%.

В качестве марганецсодержащей добавки к качканарскому агломерату выбрали шлак 3 от выплавки ферромарганца в доменной печи, содержащий 14,5 МnО, а к копанскому агломерату - марганцевую руду состава, %: МnО-36,87; Fe-5,09; SiO₂-17,82; CaO-4,46; MgO-1,44; R₂O-0,55; TiO₂-0,2, из которой выплавили (с добавкой 12% CaO) шлак 4, содержащий, %: МnО-31,56; SiO₂-30,52; CaO-28,56; Аl₂О₃-3,61; MgO-2,47; R₂O-0,94; TiO₂-0,38.

Полученные шлаки смешивали (1-й с 3-им и 2-й с 4-ым) в соотношениях, обеспечивающих заданные соотношения МnО: ТiO₂, переплавляли в нейтральной атмосфере и исследовали фильтруемость через коксовую насадку. Для этого пробу шлака загружали в верхнюю часть тигля с решетчатым дном, заполненного коксиком фракции 10-12 мм и нагревали со скоростью 3^oС в минуту до окончания фильтрации через слой коксика. При этом фиксировали температуру начала и конца фильтрации, количество вытекшего шлака и остаток шлака в коксовой насадке. Вытекший шлак анализировали на карбид титана, количество которого оценивали по массовой доле углерода в шлаке.

Результаты опытов приведены в таблице, в которой указаны также расходные коэффициенты и выход шлака, рассчитанные по формулам (1)-(3).

Из таблицы видно, что по мере повышения отношения МnО:ТiO₂ снижаются температуры начала и конца фильтрации, уменьшается доля остатка шлака в коксовой насадке и массовая доля карбидов в вытекшем шлаке. При MnO:TiO₂=0,05 эти изменения становятся заметными, что и позволяет выбрать это значение в качестве нижнего предела. По мере повышения MnO:TiO₂ свойства шлака улучшаются и при значении 0,2 массовая доля карбидов титана в шлаке становится равной нулю, что свидетельствует о нецелесообразности дальнейшего повышения отношения.

Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что с помощью марганецсодержащих добавок устанавливают и поддерживают заданное отношение МnО к ТiO₂ в шлаке, повышая тем самым окислительный потенциал последнего и препятствуя восстановлению оксидов титана до тугоплавких карбидов. За счет этого уменьшаются потери металла со шлаком и обеспечивается устойчивая работа доменной печи в широком диапазоне изменений концентраций ТiO₂ в шлаке.

Реализация предложенного технического решения позволит улучшить технико-экономические показатели передела качканарских руд, будет способствовать расширению сырьевой базы черной металлургии и лакокрасочной промышленности за счет вовлечения в эксплуатацию высокотитанистых руд Медведевского, Копанского и других месторождений, а также улучшит экологию на заводах, выплавляющих марганцевые сплавы за счет повышения степени утилизации их отходов.

Источники информации
1. Брицке Э. В. , Тагиров К.Х., Шманенков И.В. Доменная плавка титаномагнетиков с применением в шихте нефелиновых сиенитов. Изв. АН СССР, О.Т.Н., 1961, 1, с.13-30, 2, с.9-40.

2. Производство чугуна. Технологическая инструкция. ТИ-102-Д-78-95, ТИ-115-Д-40-87, НТМК, ЧусМЗ.

Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к производству в доменных печах природно-легированного ванадиевого чугуна, а также титанистого шлака, пригодного для переработки на пигментный диоксид титана. Способ заключается в том, что в агломерационную или доменную шихту вводят марганецсодержащие добавки в количестве, обеспечивающем отношение монооксида марганца к диоксиду титана в конечном доменном шлаке в пределах от 0,05 до 0,2. В качестве добавок используют марганцевые руды, а также колошниковую пыль, шламы и шлаки от производства ферромарганца в доменных печах и электропечах. Использование данного изобретения уменьшит потери металла со шлаком и повысит стабильность работы доменных печей, проплавляющих титаномагнетитовые руды. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ доменной плавки титаномагнетитовых руд, включающий загрузку и проплавку рудных составляющих шихты, кокса, флюсов и марганецсодержащих добавок, вдувание в горн печи углеводородных заменителей кокса, выпуск ванадиевого чугуна и титанистого шлака, отличающийся тем, что марганецсодержащие добавки вводят в шихту в количестве, обеспечивающем отношение монооксида марганца к диоксиду титана в конечном доменном шлаке в пределах от 0,05 до 0,2. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащих добавок используют колошниковую пыль, шламы и шлаки от производства ферромарганца в доменных печах и электропечах.