Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащих шлаковых отходов для получения титаноалюминиевых сплавов или лигатур.
Известен способ переработки шлаков производства ферротитана, включающий добавление к жидкому или твердому шлаку извести, кварцита порошка алюминия, железной руды, ферросилиция и восстановление оксидов металлов путем плавки в электросталеплавильной печи с получением силикотитана, содержащего 17-20% Ti, 18-24% Si, 25-30% Al, <0.35% С, 0.02% S, 0.05% P, или ферросиликотитана, содержащего 20-35% Ti, 15-25% Si, 2-8% Al, и высокоглиноземистого полупродукта (Гасик М.И., Лякишев И.Л., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. М.: Металлургия, 1988, с.466-467).
Недостатками данного способа являются многостадийность, сложное аппаратурное оформление процесса и невысокая комплексность использования исходного сырья.
Известен способ переработки жидкого титанистого шлака, получаемого при переработке титаномагнетитовой руды, включающий помещение его в плавильный агрегат, в котором с помощью электромагнитного поля создается вращение жидкого сплава, восстановление оксидов металлов на поверхности вращающегося жидкого сплава при температуре 1750°С с использованием в качестве металлического восстановителя алюминия или ферросилиция с получением титаносодержащего сплава и шлакового алюминиево-кремниевого расплава (Патент РФ №2206630, МПК С22В 33/00, С22В 37/00, опубл. 20.06.2003).
Недостатками известного способа являются высокая себестоимость и высокая энергоемкость процесса.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ производства высокотитаносодержащей лигатуры, в котором полученный после расплавления и восстановления ильменитового концентрата шлак, содержащий оксиды титана, восстанавливают в плавильном агрегате алюминием при температуре 1600-1800°С с введением оксида кальция до его содержания 20-30% с получением высокотитаносодержащей лигатуры и шлака, содержащего оксиды алюминия и кальция, и отделяют лигатуру от шлака (Патент РФ №2250271, МПК С22С 35/00, 38/14, опубл. 20.04.2005).
Недостатками известного способа являются:
- недостаточно высокое качество получаемого сплава, обусловленное повышенным содержанием в сплаве кислорода (более 4%), азота (более 1%) и, соответственно, неметаллических включений вследствие большого сродства титана к кислороду;
- невысокое извлечение титана из оксидов в титаноалюминиевый сплав;
- проблемы разделения металлической и шлаковой фаз.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества сплава и извлечения титана в сплав, улучшение процесса разделения сплава и шлака.
Указанный результат достигается тем, что используют способ переработки титановых шлаков, включающий восстановительную плавку титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом и отделение сплава от шлака, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего материала используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция при поддержании в шихте соотношения диоксид титана: алюминий:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):0,28-1,1):(0,09-0,32), а восстановительную плавку ведут при температуре 1450-1750°С. При этом в качестве оксидного титансодержащего шлака используют титансодержащий шлак от производства ферротитана, плавки титаномагнетитовой руды в электро- или доменной печи.
Использование в качестве кальцийсодержащего материала фторида кальция с оксидом кальция, кальцием или их смесью позволяет селективно перевести в титаноалюминиевый сплав титан и ограничить переход в него кислорода и азота. При этом поддержание заявляемого соотношения между диоксидом титана, алюминием, кальцием и/или оксидом кальция и фторидом кальция обеспечивает, с одной стороны, максимальную степень извлечения титана в титаноалюминиевый сплав при восстановлении диоксида титана из исходного шлака и образование легкоплавкой подвижной шлаковой системы и, с другой стороны, форсирование режима процесса восстановительной плавки, уменьшение общей массы образующегося шлака и экономию шихтовых материалов и энергоресурсов. Проведение восстановительной плавки при 1450-1750°С позволяет получить в сплавах интерметаллиды TixAly, характеризующиеся сильными внутренними химическими связями, что обеспечивает высокое содержание титана в сплаве. Получаемый вторичный оксидный полупродукт - алюмокальциевый шлак - может быть использован для последующего производства высококачественного цемента.
Поддержание соотношения титана, алюминия, фторида кальция, кальция и/или оксида кальция в шихте ниже заявляемых пределов не позволяет достичь высокого извлечения титана в титаноалюминиевый сплав. Поддержание количеств титана, алюминия, фторида кальция, кальция и/или оксида кальция в шихте выше заявляемых пределов не способствует увеличению степени извлечения в титаноалюминиевый сплав титана и приводит к уменьшению содержания в сплаве титана до 30% и излишнему переходу в этот сплав кислорода и азота.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: готовят шихту смешением титансодержащего шлака (титансодержащий шлак от получения ферротитана, плавки титаномагнетитовой руды в электро- или доменной печи) с алюминием, кальцием и/или оксидом кальция, фторидом кальция при поддержании соотношения между ними по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32) и ведут восстановительную плавку шихты в воздушной или нейтральной атмосфере при температурах 1450-1750°С в печах сопротивления, индукционных или дуговых электропечах, после чего отделяют титаноалюминиевый сплав от шлака.
Заявленный способ испытан в лабораторных условиях.
Пример 1. Шихту массой 150-200 г, состоящую из титансодержащего шлака производства ферротитана, состава, %: 30,0 TiO2, 0,1 FeO, 51,0 Al2O3, 10,5 CaO, 4,0 MgO (крупность менее 1 мм), порошка алюминия (крупность менее 0,1 мм), оксида кальция (CaO) и фторида кальция (CaF2), смешивали и постепенно загружали в корундовый тигель, установленный в лабораторной печи сопротивления, и расплавляли при температурах 1450-1600°С. Соотношение масс TiO2:Al:CaO:CaF2 варьировали в пределах 1:(0,5-1,65):(0,25-1,05):(0,08-0,35). После проплавления шихты расплав выдерживали 10-20 минут при температурах 1400-1800°С и затем вместе с тиглем извлекали из печи и охлаждали на воздухе. Общая продолжительность процесса не превышала 30 мин.
Результаты опытов по получению титаноалюминиевого сплава приведены в таблице. При отношении алюминия к количеству диоксида титана в шихте менее 0,58 не достигается степень извлечения в титаноалюминиевый сплав титана более 70% и увеличивается содержание кислорода в сплаве более 1%. Осуществление процесса с отношением алюминия к количеству диоксида титана в шихте более 1,62 не способствует увеличению степени извлечения в титаноалюминиевый сплав титана и приводит к уменьшению содержания в сплаве титана - менее 30%.
Данные таблицы свидетельствуют, что проведение алюминотермической плавки с получением титаноалюминиевого сплава, содержащего более 30% Ti, в контролируемых температурных условиях при 1450-1750°С и отношении масс TiO2:Al:CaO:CaF2 в пределах 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32) обеспечивает (при сопоставимой с прототипом интенсивности процесса) повышение степени извлечения титана в целевые продукты - титаноалюминиевые сплавы (в сравнении с прототипом в 1,2-1,6 раза), повышение качества этих сплавов и получение вторичного оксидного полупродукта - алюмокальциевого шлака, пригодного для последующего производства высококачественного цемента. Содержание кислорода в титаноалюминиевых сплавах заметно ниже, чем по способу-прототипу. При этом обеспечивается также низкое содержание в сплавах Ti-Al азота, что важно для качества сплава, так в этом случае практически исключается образование нитридных включений. В указанных условиях извлечение в титаноалюминиевый сплав Ti составило 91,2-99,1%. Содержание кислорода в сплавах равнялось 0,1-0,9%, а азота - 0,06-0,09%.
Пример 2. Шихту массой 1 кг, состоящую из титанового шлака производства ферротитана, состава, %: 18.3 TiO2, 8.6 FeO, 62.0 Al2O3, 11.2 CaO, 4.0 SiO2, порошка алюминия (крупность менее 0,1 мм), гранул кальция крупностью 0,1-0,2 мм и фторида кальция, смешивали в соотношении масс TiO2:Al:Ca:CaF2 как 1:0,65:0,5:0,15 и постепенно загружали в корундовый тигель, установленный в индукционной электропечи, и, расплавляли в течение 30-40 минут. Температура шлаковой ванны составляла 1600-1700°С. По окончании плавления шихты расплав выдерживали в течение 15-20 минут, затем сливали в изложницу, охлаждали и проводили разделение продуктов плавки. Общая продолжительность процесса плавки не превышала 40 мин. В результате получили сплав, содержащий, %: 32,1% Ti и 0,2% кислорода, 0,08% азота. Извлечение в сплав Ti составило 95,8%.
Пример 3. Шихту (1,5 кг), состоящую из титансодержащего шлака доменного производства состава, масс.%: 17.9 TiO2, 0.6 Fe, 0.4 Mn, 15.4 Al2O3, 15.2 CaO, 38.6 SiO2 (крупность менее 2 мм), алюминиевой крупки (0,1-3,0 мм), гранул кальция крупностью 0,1-0,2 мм, оксида кальция и плавикового шпата (CaF2), смешивали в соотношении TiO2:Al:(Ca+CaO):CaF2 1:0,7:(0,1+0,9):0,15 и расплавляли в двухэлектродной электропечи с магнезитовой футеровкой в течение 30-40 минут. Температура шлаковой ванны составляла 1500-1600°С. По окончании плавления шихты расплав выдерживали в течение 15-20 минут, затем сливали в изложницу, охлаждали и проводили разделение продуктов плавки. Общая продолжительность процесса плавки не превышала 60 мин. В результате получили сплав, содержащий, %: 36,7% Ti и 0,1% кислорода, 0,06-0,12% азота. Извлечение в сплав Ti составило 93,8%.
Предложенный способ позволяет повысить качество получаемого титаноалюминиевого сплава при высокой степени извлечения титана из титансодержащего шлака и улучшении разделения сплава и шлака за счет образования легкоплавкой подвижной шлаковой системы.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНОАЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА ИЗ ОКСИДНОГО ТИТАНСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА | 2012 |
|
RU2485194C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА С СОДЕРЖАНИЕМ ЦИРКОНИЯ БОЛЕЕ 30% ИЗ ОКСИДНОГО ЦИРКОНИЙСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) | 2013 |
|
RU2560391C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЦЕНТНОГО ФЕРРОТИТАНА | 2008 |
|
RU2398907C2 |
СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА | 2006 |
|
RU2338805C2 |
СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЖЕЛЕЗНЫХ ГРАНУЛ И ТИТАНОВАНАДИЕВОГО ШЛАКА | 2008 |
|
RU2399680C2 |
СПОСОБ ПОПУТНОГО ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА ФЕРРОСИЛИКОТИТАНА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ | 2013 |
|
RU2563068C2 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВОЙ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ РУДЫ НА ТИТАНИСТЫЙ ЧУГУН, ВАНАДИЕВЫЙ ШЛАК И ТИТАНОСОДЕРЖАЩИЙ СПЛАВ | 2001 |
|
RU2206630C2 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТИТАНОСОДЕРЖАЩЕЙ ПРОДУКЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА | 2005 |
|
RU2311469C2 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОТИТАНОСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ | 2003 |
|
RU2250271C1 |
Шихта для получения ферротитана | 1982 |
|
SU1027258A1 |
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака на титано-алюминиевый сплав. Способ включает приготовление шихты смешением титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом, в качестве которого используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция, при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:порошок алюминия:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), восстановительную плавку шихты при температуре 1450-1750°С и отделение сплава от шлака. Изобретение позволяет повысить качество сплава и извлечение титана в сплав, а также улучшить процесс разделения сплава от шлака. 2 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.
1. Способ переработки титановых шлаков, включающий восстановительную плавку титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом и отделение сплава от шлака, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего материала используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:алюминий:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), а восстановительную плавку ведут при температуре 1450-1750°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего шлака используют шлак от производства ферротитана.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего шлака используют шлак от плавки титаномагнетитовой руды в электро- или доменной печи.
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОТИТАНОСОДЕРЖАЩЕЙ ЛИГАТУРЫ | 2003 |
|
RU2250271C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ, СОДЕРЖАЩИХ ОКСИД ТИТАНА | 2005 |
|
RU2295582C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТИТАНСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ | 2002 |
|
RU2215053C1 |
Устройство для гашения гидравлических ударов | 1983 |
|
SU1126766A1 |
SI 9800280 A, 28.02.1999 | |||
US 3704114 A, 28.11.1972 |
Авторы
Даты
2014-07-20—Публикация
2012-12-03—Подача