СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ ЧУГУНОВ Российский патент 2010 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу переработки ванадийсодержащих чугунов с получением полупродукта и ванадийсодержащих шлаков, пригодных для производства оксида ванадия.

При конвертировании ванадийсодержащего чугуна ванадийсодержащие шлаки получают с использованием верхнего кислородного дутья или продувкой снизу воздухом, обогащенным кислородом, с добавкой в ванну охладителя и окислителя, например, окалины. В связи с понижением температуры (1350-1400°С) в реакционной зоне конвертера происходит окисление (выгорание) элементов в ряду Si, Ti, Cr, Mn, V. Регулированием температурой и продолжительностью конвертирования можно сдвинуть равновесие реакций окисления перечисленных элементов и перевести их в шлак при выгорании углерода.

Известен способ переработки ванадийсодержащего чугуна с получением ванадиевого шлака продуванием кислородом в конвертере и присаживания в качестве охладителя и окислителя: окалины 88-93% и флюса 7-12%. Применение флюса позволяет повысить извлечение ванадия из чугуна в шлак и из шлака в техническую пятиокись ванадия (патент RU №2113497, опубл. 1998.06.20).

В способе переработки ванадиевого чугуна дуплекс-процессом в качестве присадки шлакообразующих материалов используют карбонаты кальция и магния в виде доломита, магнезита, дунита, извести (патент RU №1272705, опубл. 2000.09.20).

Вышеуказанные способы не позволяют снизить содержание металловключений в шлаке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки ванадийсодержащих чугунов в конвертере, включающий загрузку охладителя и шлакообразующих материалов (окалина, окатыши, чугун чушковый и др.), заливку ванадийсодержащего чугуна в конвертер, продувку воздухом, обогащенным кислородом, выпуск полупродукта в ковш и выкантовывание шлака в шлаковую чашу (RU 2105072 C1, C21B 5/28, 20.02.1998).

На первой стадии существующего конвертерного передела ванадийсодержащего чугуна получают ванадиевый шлак следующего химического состава, мас.%: 12-18 V₂O₅, 1-3 CaO, 8-12 MnO, 4-7 Cr₂O₃, 8-10 TiO₂, 15-22 SiO₂, 28-30 Fe₂O₃, 1-3 Al₂O₃ и 15-20 металловключений. Процесс конвертирования ванадийсодержащего чугуна приостанавливается при содержании в полупродукте 3,2-2,8% углерода, а температура полупродукта в ковше после выпуска из конвертера не должна превышать 1400°С. В процессе выкантовывания из конвертера ванадийсодержащий шлак находится в вязком состоянии с высокой неоднородностью химического состава шпинелидной фазы, распределенной в объеме силикатных компонентов, при этом в шлаке находится более 15% металловключений в виде корольков и дисперсного железа. Корольки, источником которых является высокоуглеродистый полупродукт, в густых шлаках дуплекс-процесса не сливаются с полупродуктом и зависают в шлаке. Дисперсное железо есть результат химического распада алюмината и хромата железа при высоких температурах в твердой фазе. Известно, что вюстит с корундом и трехоксисью хрома взаимодействуют по реакциям:

которые сопровождаются значительным уменьшением энтропии (ΔS=-17 Дж (моль·K)^-1 и ΔS=-12 Дж (моль К)^-1 соответственно.

Однако эти реакции не обратимы, так как при высоких температурах в твердой фазе происходит их диссоциация с образованием дисперсного железа по уравнениям:

Выделяющиеся газы в вязкой массе обусловливают образование пористой структуры шлака. Физико-химические свойства конвертерного шлака как в процессе его формирования по ходу плавки, так и в твердом состоянии определяются соотношением между шпинелидной, силикатной и металлической фазами.

В технологии переработки ванадиевого конвертерного шлака предусмотрен способ магнитной сепарации металловключений. Однако поэтапное измельчение и двукратное отмагничивание не позволяет получать шлак с низким содержанием металловключений. Приемов механического отделения силикатной от шпинелидной фазы на данный момент не существует, поэтому в дальнейшей переработке участвуют обе фазы.

Существующей технологии присущи следующие недостатки:

- введение «охладителя» и шлакообразующего материала разбавляет ванадиевый шлак до 12-18% V₂O₅ и не позволяет добиться равномерного химического состава шпинелидной фазы;

- низкая температура (1350-1400°С) и высокая вязкость ванадиевого шлака не позволяют удалить корольки железа в процессе конвертирования и, как следствие, на последующих переделах вводятся дорогостоящие промежуточные помолы с двукратной магнитной сепарацией металловключений;

- шпинелидная ванадийсодержащая фаза шлака в виде неоднородного анизотропного продукта должна смешивается с реакционным агентом и, тем самым, снижает производительность печи окислительного обжига шихты;

- невысокие температуры полупродукта приводят к напряженному балансу тепла на переделе его в сталь на второй стадии мартеновского или конвертерного передела.

Задача изобретения - разработка способа переработки ванадийсодержащих чугунов с получением товарного высокомарганцовистого ванадиевого шлака с однородной высокогомогенной шпинелидной фазой и низкого содержания металловключений, не выше 8%.

Техническим результатом изобретения является снижение содержания металлической фазы в конвертерном шлаке, повышение массовой доли пентаоксида ванадия и оксида марганца в шлаке и получение высокогомогенного смешения ванадия с реакционным агентом в шлаке.

Техническое решение данной задачи сводится к снятию ограничений по массовой доле оксида марганца в ванадиевом конвертерном шлаке, поддержанию отношения массовой доли марганца к ванадию в интервале 1,5-1,7. Для увеличения выхода годного в конвертерном переделе деванадацию чугуна завершают при содержании 2,8-2,0% углерода в полупродукте при температуре выше 1400°С, максимально снижая массовую долю вюстита (FeO) в шлаке за счет повышения оксида марганца (MnO) в шлаке более 20%. Для повышения температуры процесса деванадации ванадийсодержащего чугуна на завершающей стадии подачу охладителя не проводят, а длительность продувки увеличивают, обеспечивая перегрев металла на 100°С более над линией Ликвидуса.

Заявляемые параметры позволяют получить конвертерный шлак с заданными свойствами, перевести вюстит (FeO) в металлическую фазу, снизить вязкость шлака и содержание металловключений, получить однородный высокогомогенный шпинелид марганца и ванадия и повысить массовую долю ванадия и марганца в шлаке.

В качестве охладителя вместо бессемеровского агломерата используют оборотный высокомарганцевый агломерат, который обеспечивает получение шлаков с высоким содержанием ванадия и марганца в жидком состоянии. В таких конвертерных шлаках резко снижается общее содержание железа и металлических включений.

Повышение температуры выше 1400°С и содержания в шлаке MnO более 20% при снижении содержания углерода в полупродукте до 2,8-2,0% приводит к максимальному снижению массовой доли вюститного железа и металловключений в шлаке и повышению в нем концентрации оксидов ванадия и марганца.

В предварительных опытах по разделению железа и титана из титаномагнетита в восстановительных (домна) и окислительных (конвертер) в печи Таммана было изучено распределение сопутствующих элементов ванадия, хрома, марганца и титана между чугуном и шлаком в зависимости от содержания углерода в металлической фазе. Результаты представлены на чертеже, из которого видно, что минимальные концентрации этих элементов в металле находятся в интервале содержания углерода 2,8-2,0%. Увеличение содержания углерода в металлической фазе приводит к повышению остаточных концентраций ванадия, хрома, марганца и титана.

Пример осуществления способа

Опыты проводили в металлургическом комплексе, оснащенном конвертерами емкостью 20 тонн.

Перед заливкой чугуна в конвертер загружали твердый высокомарганцовистый агломерат. Расход агломерата увеличивали от плавки к плавке, чтобы концентрация марганца и ванадия возрастала.

В конвертерах было проведено 6 плавок при деванадации ванадийсодержащего чугуна, состав которого по Mn регулировали агломератом, содержащим, мас.%: Fe_общ. 25,58; FeO 15,30; CaO 4,80; MgO 1,91; SiO₂ 18,71; TiO₂ 2,27; Аl₂O₃ 2,60; V₂O₅ 0,83; Cr₂O₃ 1,23; MnO 19,56; MnO₂ 211,97; P₂O₅ 0,42; SO₃ 0,35; R₂O 0,42. Основность 0,26.

В результате продувки плавок с расходом воздуха 30000-32000 м³/ч получили полупродукт с температурой 1385-1460°С, химический состав которого приведен в табл.1.

При этом за счет снижения вязкости ванадийсодержащих шлаков при повышении в них концентрации оксидов марганца с 11,7 до 26,4% и снижения концентрации вюстита (FeO) с 32,1 до 5,8%, содержание металловключений в шлаках сократилось с 23,0 до 3,2%, а выход годного полупродукта увеличился на 1,5-1,8% (табл.2).

Высокомарганцовистые ванадийсодержащие шлаки в конвертере получали в жидком состоянии. При сливе в шлаковые емкости эти шлаки практически не реагируют с попадающим полупродуктом и после кристаллизации содержат меньше дисперсного железа и металловключений.

После охлаждения шлаки выкантовывали на шлаковый двор, дробили до фракции менее 200 мм и отбирали пробу.

Полупродукт передавали в мартеновский цех для переработки на сталь.

Использование предлагаемой технологии по сравнению с известной позволит при сохранении всех преимуществ переработки ванадийсодержащих чугунов в конвертерах получать товарные ванадийсодержащие шлаки с заданными физико-химическими свойствами для переработки по различным технологиям, увеличить выход годного и повысить в шлаке концентрации оксидов ванадия и марганца.

Таблица 1 Показатели плавок при деванадации чугуна с использованием высокомарганцовистого агломерата Показатели Средние значения плавок текущего производства Номера опытных плавок 1 2 3 4 5 6 [C] чуг. 4,60 4,60 4,65 4,64 4,68 4,70 4,82 [V] чуг. 0,46 0,46 0,47 0,47 0,48 0,48 0,51 [Si] чуг. 0,28 0.28 0,29 0,28 0,28 0,29 0,30 [Ti] чуг. 0,23 0,23 0,24 0,23 0,23 0,24 0,25 [Mn] чуг. 0,35 0,35 0,33 0,35 0,34 0,35 0,36 [Cr] чуг. 0,22 0,22 0,24 0,23 0,23 0,24 0,26 [S] чуг. 0,023 0,023 0,024 0,025 0,024 0,025 0,026 [P] чуг. 0,056 0,056 0,055 0,056 0,055 0,056 0,058 Расход бессем. агл., кг/плавку. 1000 0 0 0 0 0 0 Расход марг. агл., кг/плавку 0 500 600 800 900 1000 1400 Расход воздуха, м³/ч 30000 30000 30500 31000 31500 32000 32000 Длительность продувки, мин 3,0 3,0 3,2 3,4 3,8 4,0 4,2 [C] полупр. 3,2 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,0 [V] полупр. 0,04 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,09 [Si] полупр. 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 [Ti] полупр. 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 [Cr] полупр. 0,02 0,02 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 [Mn] полупр. 0,02 0,02 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 [S] полупр. 0,023 0,024 0,023 0,024 0,023 0,023 0,022 [P] полупр. 0,054 0,053 0,054 0,054 0,054 0,054 0,054 Температура полупр, °С 1360 1390 1400 1450 1450 1460 1460 FeO 32,1 28,3 25,7 19,3 15,4 10,3 5,8 V₂O₅ 17,2 17,5 17,8 18,6 18,8 19,2 21,2 MnO 11,7 17,0 18,6 20,5 21,5 22,7 26,4 SiO₂ 18,4 21,9 22,5 24,3 25,2 27,1 27,2 CaO 1,6 4,0 4,2 4,4 4,3 4,4 4,6 Сr₂O₃ 6,3 4,1 4,6 5,1 6,1 6,1 6,2 TiO₂ 10,0 7,1 7,8 8,5 9,6 10,5 10,6 Mn/V 0,68 1,32 1,45 1,52 1,58 1,64 1,72 Коэфф. ошлаков., % 95,2 96,7 94,2 91,6 86,1 82,1 78,3 Металл. вкл., % 23,0 15,0 12,0 8,0 5,3 3,4 3,2

Таблица 2 Зависимость выхода годного (железа) в полупродукт и массовой доли V₂O₅ от массовой доли MnO в конвертерном шлаке Параметры Показатели Содержание MnO в шлаке, % 11,7 17,0 18,6 20,5 21,5 22,7 26,4 Отношение Mn/V 0,68 1,32 1,45 1,52 1,58 1,64 1,72 Повышение выхода годного (Fe),% - 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 1,8 Повышение массовой доли V₂O₅ в шлаке, абс.% - 0,3 0,6 1,4 1,6 2,0 4,0

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу переработки полиметаллических чугунов с получением полупродукта и ванадийсодержащих шлаков. Способ включает загрузку охладителей и шлакообразующих материалов, заливку ванадийсодержащего чугуна в конвертер, продувку воздухом, обогащенным кислородом, выпуск полупродукта в ковш и выкантовывание шлака в шлаковую чашу. В качестве охладителя и шлакообразующего материала в конвертер вводят оборотный высокомарганцевый агломерат до содержания в расплавленном шлаке MnO более 20%, предпочтительно 25-27%, и поддерживают соотношение Mn:V в пределах 1,5-1,7. Деванадацию чугуна завершают при содержании углерода 2,0-2,8 в полупродукте при температуре выше 1400°С, предпочтительно 1450°С. Использование изобретения позволяет снизить содержание металлической фазы в конвертерном шлаке, повысить извлечение хромофоров из полупродукта в шлак и получить высокогомогенное смешение ванадия с реакционным агентом в шлаке. 1 ил., 2 табл.

Способ переработки ванадийсодержащих чугунов в конвертере, включающий загрузку охладителей и шлакообразующих материалов, заливку ванадийсодержащего чугуна в конвертер, продувку воздухом, обогащенным кислородом, выпуск полупродукта в ковш и выкантовывание шлака в шлаковую чашу, отличающийся тем, что в качестве охладителя и шлакообразующего материала в конвертер вводят оборотный высокомарганцевый агломерат до содержания в расплавленном шлаке MnO более 20%, предпочтительно 25-27%, и поддерживают соотношение Mn:V в пределах 1,5-1,7, при этом деванадацию чугуна завершают при содержании углерода 2,0-2,8 в полупродукте при температуре выше 1400°С, предпочтительно 1450°С.