СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ИЛЬМЕНИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ Российский патент 2009 года по МПК C22B34/12 C22B4/00 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству титановых шлаков, являющихся сырьем для получения пигментного диоксида титана и металлического титана, и природно-легированных передельных чугунов.

Известен способ получения титановых шлаков и металлического полупродукта из ильменитовых концентратов, заключающийся в том, что в состав брикетов или окатышей с увлажняющим раствором вводят соединения бора (авт. свед. СССР №188011, С22В 34/12, 4/00, 1966 г.). Введение соединений бора по указанному способу приведет к загрязнению титанового шлака и снижению его качества.

Известен способ выплавки титановых шлаков и металлического полупродукта из ильменитовых концентратов в руднотермической электропечи, позволяющей с целью упрощения технологических схем, исходные железотитановые концентраты, нагретые до 1400-1500°С, продувать природным газом (авт. свед. СССР №191817, С22В 4/00, 1967). Указанный способ предусматривает газотермическое восстановление железотитановых концентратов, что приводит к значительному удорожанию процесса.

Известен способ получения ферросиликотитановой лигатуры и титанового шлака, позволяющий использовать кремний-титановый и титаномагнетитовый концентраты и углеродистый восстановитель в соотношении 1:(0,05-0,15):(0,25-0,55) соответственно и проплавление шихты в руднотермической электропечи при температуре 1750-1850°С (патент РФ №2177049, С22С 33/00, 33/04, 35/00, 2000 г.). По указанному способу нельзя получить титановый шлак с содержанием SiO₂ ниже 9,0%.

Наиболее близким известным способом к заявляемому является способ переработки железотитановых (ильменитовых) концентратов углетермическим процессом в руднотермической электропечи, описанной под рубрикой двухстадийная плавка титановых концентратов (В.А.Гармата, А.Н.Петрунько, Н.В.Галицкий и др. Титан. - М.: Металлургия, 1983 г., стр.215-219). В качестве шихтовых материалов при выплавке используют лемненский и самотканские ильменитовые концентраты, содержащие 50,5-64,0% ТiO₂, 0,2-4,3% FеО и 26,5-28,7% Fе₂О₃; соколово-сарбайский магнетитовый концентрат, содержащий 77,48% Fе₂О₃ и 8,17% FеО; и черногорский каменный уголь, содержащий углерода общего 55,7% и серы 0,3%. Шихта перед изготовлением окатышей измельчается до размера частиц 74 мкм (0,074 мм), увлажняется 5%-ным раствором поверхностно-активного вещества, влажность перед окомкованием 4-5%, расход связующего (сульфитного щелока) 4-5%, температура сушки окатышей по зонам, °С: первая - 80, вторая - 120, третья - 150. Металлизацию окатышей производят в трубчатой печи при температуре 1050-1100°С, при этом степень металлизации составляет 44,7-90,5%, а плавку осуществляют в 10 т сталеплавильной электропечи с загрузкой горячей шихты на откосы печи. Плавку ведут при температуре 1650-1700°С. Содержание ТiO₂ в титановых шлаках составляет 78,8-87,5%.

Основным недостатком приведенного способа является то, что по этому способу нельзя производить титановые шлаки с содержанием ТiO₂ более 90%.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке технологии получения титанового шлака с содержанием не менее 90% ТiО₂.

Поставляемая задача решается тем, что шихту, состоящую из ильменитового концентрата и углеродистого восстановителя в соотношении 1:(0,09-0,15) соответственно измельчают до размера частиц 40-73 микрона, смешивают со связующим и с добавлением воды в количестве 6-7,3% от массы, изготавливают сырые окатыши и сушат их при температуре 200-400°С, металлизацию окатышей производят в трубчатой печи при температуре 1100-1300°С, затем горячие окатыши проплавляют в электропечи при температуре 1830-1870°С и выдерживают расплав в электропечи перед разливкой. Расплав перед разливкой выдерживают в печи в течение 3-5% от общей продолжительности плавки.

Для повышения технико-экономических показателей шихту окомковывают методом изготовления окатышей, в качестве связующего используют органические, например лигносульфонат или синтетические, например Floform 1049 реагенты в количестве 0,46-3,9% от массы шихты на плавку.

Для достижения основной цели - получения титановых шлаков с содержанием не менее 90% ТiO₂ в качестве ильменитового концентрата используют железотитановые концентраты с низким содержанием примесей 50-55% ТiO₂, 32-36% FеО, 10-15% Fе₂O₃; до 0,5% Al₂O₃; до 0,8% SiO₂; до 0,1% Сr₂О₃; до 0,6% МnО; до 0,05% Р₂O₅; до 0,3% V₂О₅; до 0,1% СаО и до 0,7% Мg0. Используемый при восстановительных процессах углеродистый восстановитель - металлургический кокс, пековый кокс, нефтяной кокс, каменный уголь содержит активного углерода не менее 80% и серы не более 1%.

Отличительной особенностью заявляемого способа является то, что использование в качестве ильменитового концентрата железотитановые концентраты с содержанием 50-55% TiO₂, 32-36% FeO, 10-15% Fe₂O₃ и примесей ∑ (AL₂O₃+SiO₂+Cr₂O₃+ МnO+P₂O₅+V₂O₅+СаO+МgO) не более 3,15% в заданном соотношении с углеродистым восстановителем и указанными технологическими приемами позволяет получить титановые шлаки с содержанием не менее 90% ТiO₂ и попутно с ним переделанный чугун за один металлургический передел. Титановый шлак используется в качестве сырья для получения пигментов и металлического титана, а передельный чугун в черной металлургии для выплавки сталей.

Известные способы по переработке ильменитовых концентратов не позволяют получить титановые шлаки с содержанием не менее 90% ТiO₂.

Изменение соотношения компонентов шихты в меньшую сторону приведет к невоcстановлению оксидов железа из железотитановых концентратов и повышенному содержанию FеО в титановом шлаке.

Изменение соотношения компонентов шихты в большую сторону приведет к восстановлению оксидов титана из железотитановых концентратов, образованию карбидов титана, что приведет к зарастанию ванны электропечи и выхода печи из строч.

Снижение температуры плавления шихты ниже 1830°С приведет к уменьшению выхода титанового шлака из печи при разливке, а повышение температуры более 1870°С к дополнительному расходу электроэнергии на плавку.

Измельчение шихты с размером частиц менее 40 мкм приведет к дополнительному расходу электроэнергии и значительному улету частиц шихты при изготовлении окатышей, измельчение более 73 мкм к прочности сырых окатышей.

Снижение воды ниже 6% от массы шихты при изготовлении окатышей приведет к плохой комкуемости и низкой прочности сырых окатышей, добавление воды более 7,3% приведет к образованию окатышей большого размера с низкой прочностью.

Сушка окатышей при температуре ниже 200°С приведет к удлинению процесса сушки и повышенной влаге в окатышах, что может привести к разрушению окатышей при металлизации. Сушка при температуре выше 400°С приведет к дополнительному расходу энергоресурсов.

Снижение температуры при металлизации окатышей ниже 1100°С приведет к понижению степени металлизации и в итоге к повышению расходы электроэнергии при выплавке титанового шлака. Повышение температуры более 1300°С приведет к образованию жидкой фазы в трубчатой печи и образованию настылей.

Снижение количества связующего при изготовлении сырых окатышей менее 0,46% от массы шихты на плавку приведет к частичному разрушению окатышей - снижается их прочность, а повышение более 3,9% приведет к повышенному расходу связующего и снижению прочности сырых окатышей.

Снижение времени выдержки расплава перед разливкой менее 3% от общей продолжительности плавки приведет к потерям металла со шлаком (маленькие частицы «королки» металла не успевают опуститься в слиток), а повышение времени выдержки более 5% - к увеличению удельного расхода электроэнергии.

Пример

Опробование способа переработки ильменитовых концентратов проводили на Ключевском заводе ферросплавов в условиях экспериментального цеха. Шихту измельчали в шаровой мельнице, окатыши производили на тарельчатом грануляторе с диаметром тарели 1000 мм и высотой борта тарели 140 мм. Сушку окатышей производили в сушильной камере с электрическим нагревом. Металлизацию окатышей проводили в трубчатой печи цилиндрической, наклонной, противоточной, внутри футерованной шамотным кирпичом. Топливо - природный газ. Выплавку титанового шлака и чугуна проводили в трехэлектродной электропечи с мощностью трансформатора 600 кВА и угольной футеровкой. Результаты опробования приведены в таблице.

Анализируя полученные результаты переработки ильменитовых концентратов по предлагаемому способу, можно сделать вывод, что способ позволяет получить титановый шлак с содержанием не менее 90% ТiO₂ и передельный чугун за один металлургический передел. Причем титановый шлак удовлетворяет требованиям ТУ 1715-452-05785388-99 для изготовления пигментов и металлического титана, а чугун ГОСТу 805-80 «Чугун передельный» марки ПВКЗ.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу переработки ильменитовых концентратов для производства титановых шлаков, являющихся сырьем для получения пигментного диоксида титана и металлического титана, и передельного чугуна. Техническим результатом является получение титанового шлака с содержанием не менее 90% ТiO₂. Шихту, состоящую из ильменитового концентрата и углеродистого восстановителя в соотношении 1:(0,09-0,15), соответственно измельчают до размера частиц 40-73 микрона, смешивают со связующим с добавлением воды в количестве 6-7,3% от массы, изготавливают окатыши и сушат их при температуре 200-400°С. Металлизацию окатышей производят в трубчатой печи при температуре 1100-1300°С. Горячие окатыши проплавляют в электропечи при температуре 1830-1870°С и выдерживают расплав в электропечи перед разливкой в течение 3-5% от общей продолжительности плавки. В качестве ильменитового концентрата используют железотитановые концентраты с низким содержанием примесей, содержащие 50-55%% ТiO₂, 32-36% FеО, 10-15% Fе₂О₃, до 0,5% Аl₂О₃, до 0,8% SiO₂, до 0,1% Сr₂O₃, до 0,6% МnО, до 0,05% P₂O₅, до 0,3% V₂O₅, до 0,1% СаО и до 0,7% МgO. Используемый при восстановительных процессах углеродистый восстановитель - металлургический кокс, пековый кокс, нефтяной кокс, каменный уголь содержит активного углерода не менее 80% и серы не более 1%. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки ильменитовых концентратов для производства титановых шлаков, включающих подготовку шихты, состоящей из ильменитового концентрата и углеродистого восстановителя, ее измельчение, изготовление сырых окатышей с использованием связующего, их сушку, металлизацию, плавку в электрической печи и разливку расплава титанового шлака, отличающийся тем, что подготовку шихты ведут из ильменитового концентрата и углеродистого восстановителя в соотношении 1:(0,09-0,15) соответственно, измельчение ведут до размера частиц 70-73 мкм, изготовление сырых окатышей с использованием связующего ведут смешиванием с водой в количестве 6-7,3% от массы шихты, их сушку ведут при температуре 200-400°С, металлизацию окатышей проводят в трубчатой печи при температуре 1100-1300°С, плавку горячих окатышей осуществляют при температуре 1830-1870°С с выдержкой расплава в электропечи перед разливкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ильменитового концентрата используют железотитановые концентраты с содержанием 50-55% ТiO₂, 32-36% FеО, 10-15% Fе₂О₃, до 0,5% Аl₂О₃, до 0,8% SiO₂, до 0,1% Сr₂O₃, до 0,6% МnО, до 0,05%P₂O₅, до 0,3% V₂O₅, до 0,1% СаО и до 0,7% МgO.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют металлургический кокс, пековый кокс, нефтяной кокс, каменный уголь с содержанием активного углерода не менее 80% и серы не более 1%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего при изготовлении сырых окатышей используют органические, например, лигносульфонат или синтетические, например, Floform 1049, реагенты в количестве 0,46-3,9% от массы шихты.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолжительность выдержки расплава в электропечи перед разливкой составляет 3-5% от общей продолжительности плавки.