Способ выплавки ванадиевых сплавов Советский патент 1984 года по МПК C21C5/52 C22C35/00 C21C7/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке способов выплавки в дуговых электропечах ванадиевых сплавов.

Известен способ выплавки ванадиевых сплавов в дуговой электропечи, включающий восстановительный период плавки, восстановление ванадия ведут из оборотного шлака периода-рафинировки и технической пятиокиси ванадия кремнием ферросилиция и алюминием, используя в качестве флюсующей добавки известь, а в качестве растворителя - стальную обрезь, металлотсев ванадиевого шлака, получаемый при его магнитной сепарации и т.д. Во второй период полученный сплав обогащают ванадием за сче восстановления его из присаживаемой совместно с известью технической пятиокиси ванадия. Восстановление также преимущественно ведут кремнием ферросилиция и алюминия. Полученный сплав (35 - 40% ванадия, 9 - 12% кремния) рафинируют (третий период) от кремния, загружая в печь техническую пятиокись ванадия (окислитель) и известь (флюсующий реагент) для связи образующейся двуокиси кремния и повышения полноты рафинирования сплава от кремния. По окончании третьего периода наряду с рафинированным от кремния сплавом получают основной шлак, содержащий 10 - 16% пятиокиси ванадия, который используется в первом периоде последующей плавки 1 .

Недостатком известного способа является применение в качестве основного ванадийсодержащего продукта дорогостоя1 1ей (3000 руб/т) технической пятиокиси ванадия. К тому же применяемая для выплавки феррованадия пятиокись ванадия содержит до 0,1% фосфора и серы (каждого) и является основным поставщиком фосфора и серы в готовый ферросплеш.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки ванадийсодержаагих сплавов в два периода, включающий загрузку и расплавление шихты, восстановление ванадиевого шлака и пятиокиси ванадия кремнием и рафинирование

полученного сплава технической пятиокисью ванадия, доводку сплава во тором периоде и выпуск готового плава 2 .

Недостатками известного способа ыплавки ванадийсодержащих сплавов являются не высокая производительость процесса, высокое содержание киси ванадия в шлаке, ведущее к альнейшей его переработке, и ограиченное применение ванадиевого лака, вызывающее увеличение стой-

ости полу аемых сплавов.

Пелью изобретения является уменьшение расхода шихтовых материалов и электроэнергии, увеличение производительности процесса и снижение себестоимости ванадиевого сплава.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу выплавки ванадиевых сплавов, включающему загрузку и расплавление щихты, восстановление кремнием ванадия из.ванадиевого шлака и пятиокиси ванадия в первом периоде, рафинирование полученного сплава от кремния пятиокись ванадия, доводку сплава до заданног состава во втором периоде и выпуск готового сплава,в первом периоде ванадиевый шлак вводят на подкну печи до ввода остальной части ших-ты, содержащей пятиокись ванадия, ферросилиций и известь при их соотношении 1:(1,б5 - 2,25) : (4,75-6,5 во втором периоде, дополнительно осуществляют восстановление ванадия из шлака при вводе в ра сплав последовательно по 10 - 15% смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести в соотношении 1:(3,20-4,0 ): : (7 - 8,7), а доводку расплава осуществляют дополнительным введением в него известняка, извести и ферросилиция в соотношении 1:1:1.

При этом ванадиевый ьчлак вводят в первом периоде в количестве 23,1 24,4 вес. а от веса шихты.

Кроме того, при доводке ванадие вого сплава расход ферросилиция составляет 12 - 17% от его количеств в первом периоде плавки„

1елесообразность применения ванадиевого шлака взамен технической пгтиокиси ванадия при производстве феррованадия обусловлена не только меньшей стоиг.юстью ванадия в ванад евом шлаке, (стоимость 1 т Vj Oj в ва-надиевом ишаке с.оставляет 1.400 ру.б но у повышением сквозного из.влечени ванадия из ванадиевого шлака в сплг1 так как для этой части шлака стадиг пол ---:ения технической плтиокиси ванадия, при которой теряется до 20% ванадия; содержам,его в шлаке, исклю I а е 1 с я .

Применение Е анадиевого увеличи}зает количество печного шлака. Последнее при одной и той же основности шлака полезно, так как уменьшает концентрацию фосфора и серы в шлаке, а следовательно, их концентрацию в металле. Применение ванадиевого шлака полезно- и с .. зрения получения в сплаве низкого содержания углерода. Окислы железа ванадиевого шлака при сравнительно высоких температурах процесса (1600 - 1750°С) легко восстанавливаются растворенным в ванне углеро дом, образуя окись углерода, которая фильтруя шлаковый слой, способствует ускорению и увеличению полноты восстановления окислов ванадия из шлака.

Ванадиевый шлак, как материал, содержащий железо (40% в виде окислов и 20% в виде металлических включений) , заменяет применяегушй (по известному способу) в первом периоде стальную обрезь и (или) металлоотсев, загружаемых на подину печи, причем его применение, как материала, изолирующего подину печи от агрессивного воздействия пятиокиси ванадия, более эффективно, так как тугоплавкий ванадиевый шлак химически взаимодействует с легкоплавкой пятиокисью ванадия, нейтрализуя. ее разрушающее воздействие, в то. время как известные материалы химически инер.тны к шлаковому расплаву, содержавшему пятиокись ванадия.

Однако при этом содержание ванадиевого шлака от всей шихты (ванадиевый шлак, пятиокись ванадия, известь, ферросилиций) не превышает 24,4%, так как при дальнейшем увеличении доли ванадиевого шлака в шихте продолжительность периода воЗ растает, существенно увеличивается расход восстановителя и извести и повышается расход электроэнергии. Расход ванадиевого шлака должен . быть выше, чем во второй период. Экспериментально доказано, что расход ванадиевого шлака, с точки зрения получения оптимальной продолжительности первого и второго периода при максимально возможном количестве ванадиевого шлака, в первом периоде должен быть в 3-4 раза больше чем во второй период. Напротив, расход технической пятиокиси ванадия, способствующий быстрому образованию жидкоподвижного peaкционнеспособного шлака, в первый период должен быть в 3-4 раза меньше, чем во второй период.

Концентрация кремния в смеси, присаживаемой на поверхность проплавляемого ванадиевого шлака, рассчитывается из условий практически полного восстановления окислов железа, марганца и ванадия, в том числе вносимых пятиокисью ванадия, 50-75% восстановления окислов титана, хрома и фосфора, а также степени усвоения его непосредственно расплавом.

Содержание извести в смеси учитывает получение шлака с основностью 2,2 - 2,5. При большой основности шлака плавление шихты резко ухудгиается вследствие раннего выхода электрических дуг на поверхность расплава. Продолжительность первого периода плавки при этом существенно увеличивается .

При получении шлака меньшей осовности восстановление ванадия следствие образования весьма устойивых силикатов ванадия тормозится доводка шлака в этом случае до ребуемых параметров зачастую невозожна.

Последовательное введение в печь ерросилиция, смеси пятиокиси ванаия и извести способствует ускореию прогрева и плавления шихты, быстрому набору нагрузки печи и устойчивому горению электрических дуг под слоем твердой шихты.

Соотношение между содержаниями в шихте ванадиевого шлака и пятиокисью ванадия во втором периоде подбирается экспериментально. Это соотношение должно быть 1:(3 - 4).

При введении в шихту большего количества ванадиевого шлака, продолжительность плавления шихтовых материалов заметно увеличивается.

Содержание извести в шихте второго периода рассчитывается из тех же условий, что и в первом периоде, т.е. для обеспечения необходимой основности шлака.

Завалка шихты второго периода производится последовательно по 10-15% от веса всей шихты этого периода, по мере проплавления предыдущей порции. Быстрая завалка шихты, так же как и увеличение веса порции шихты более 15%, приводит к образованию жидкоподвижного шлакового расплава и выходу электрических дуг на поверхность расплава. Это приводит к снижению стойкости футеровки и замерзанию плавки. При весе порции меньше 10% продолжительность проплавления шихты в целом затягивается, увеличивая время второго периода и в целом плавки.

При выплавке феррованадия по предлагаемому способу после операции баклуширования , CJ-TB которой сводится к вводу деревянных баклуш на границу раздела металл шлак и увеличению поверхности их взаимодействия вследствие выделения газообразных продуктов горения дерева, содержание кремния в сплаве редко снижается ниже 6-7%, а концентрация пятиокиси ванадия шлака ниже 7-8%. Для окончательной, доводки шлака по окончании: второго периода в печь присаживают смесь извести, известняка и ферросилиция. Содержание ферросилиция в смеси состав ляет 12-17% от его расхода в первый период. Связь между расходами ферросилиция в первом и втором периодах сводится к тому, что при расходе его больше указанного наблюдается отставание нагревс металла от полноты восстановления ванадия,что приводит к снижению реакционной способности сплава во втором перио де. Содержание извести и известняка в смеси рассчитывается из условия связи образукяцихся от окисления кремния его окислов и основности шлака на уровне 2,2 - 2,5, При это введенный в смесь известняк имеет больший удельный вес, чем шлак и д тигает поверхности металл - шлак, которая существенно увеличивается вследствие выделения пузырьков дву окиси углерода, образующихся при разложении известняка. Этот прием позволяет повысить полноту рафинирования сплава от кремния и довести концентрацию пят окиси ванадия в шлаке О,20 - 0,30% Пример. В дуговую электропечь (ДС-3) после заправки подины и откосов в печь присаживают ванадиевый шлак. После подачи ванадиевого шлака и включения печи по мер проплавления ванадиевого шлака в печь смесь ферросилиция, из вести и пятиокиси ванадия порционно по мере расплавления и оседания шихты, находящейся в печи. Продолжительность завалки составляет 30- 40 мин. Расплавление шихты ведут при включении обмоток трансформато ра по схеме треугольник при на пряжении 244 В и силе тока 4000- 5000 А, Продолжительность расплавления составляет 1,5 - 2 ч. После расплавления и прогрева расплава обмотки печного трансформатора пер ключают на схему Звезда при напряжении 144 В и той же силе ток Процесс восстановления интенсифици руют присадками на расплав порцион но (20 - 30 кг) ферросилиция к алю МИНИН при одновременном перемешива нии ванны стальным гребком. По окончании первого периода сплав содержит, %: ванадий 20-25; кремний 22-26; марганец 3-5; Р 0,0 0,07; 5 0,04-0,05; С 0,2-0,4. Слитый после первого периода шлак содержит, %: 0/23-0,28; Si 02 25-27; СаО 53-56; М&О. 2-4; де Оз s-Завалку шихты второго периода, состоящую из смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести, проводят порционно по мере расплавления предыдущей порции. Печь вновь включают на напряжение 244 В при соединении треугольник. По расплавлению и прогреву шихты второго периода плавки обмотки трансформатора переключают на схему Звезда при напряжении 144 В и после дополнительного прогрева ванны в течение 5-8 мин начинают баклуширование. Перед загрузкой шихты для доводки шлака трансформатор переключают на треугольник и после расплавления шихты присаживают порционно (20- 30 кг) ферросилиций и алюминий. Компоненты шихты для первого и второго периодов выплавки,феррованадия и его доводки приведены в табл. 1-4 соответственно. После доводки сплав содержит, вес.%: V 38,9-46,9; Si- 1,0-6,4; С 0,35-0,58; Мп ,2; Р 0,040,08; 5 0,03-0,06. Концентрация У2О5 в сливном шлаке составляет 0,28-0,31%. Полученный сплав может отличаться от стандартного только содержанием кремния,в котором концентрация кремния не превышает 3,5.%. По другим компонентам, и в особен-Т ности тем, концентрация которых строго ограничивается (Р,5 ,С) и которые существенно влияют на качество легируемого металла, содержание этих примесей удовлетворяет требованиям, предъявляемым по этим компонентам к высшим сортам феррованадия. Предлагаемый способ исключает период рафинировки сплава, что приводит к экономии материалов (технической пятиокиси ванадия, извести) и электроэнергии, расходуемых в период рафинировки, исключает расходы, связанные со сливом, хранением и применением оборотного ванадий содержащего рафинировочного шлака. Годовой экономический эффект npj переходе на выплавку феррованадия по данному изобретению в полном объеме (40 тыс. т) составляет 3,5 млн.руб./год.

блица 1

Т а

ТаСлица4

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАнАДИЕШХ СПЛАВОВ, включающий загрузку и расплавление, шихты, восстановление кремнием ванадия из пятиокиси ванадия и ванадиевого шлака в первом периоде, рафинирование полученного сплава от кремния пятиокисьвд ванадия, доводку сплава до заданного соста.ва во втором периоде и выпуск готового сплава, отличающий-, с я тем, что, с целью уменьшения расхода шихтовых материалови электроэнергии, увеличения производительности процесса и снижения себестоимости, в первом периоде ванадиевый шлак вводят на подину печи до ввода остальной части шихты, содержащей пятиокись ванадия, ферросилиций и известь при их соотношении 1-