Способ получения высокоглиноземистого шлака и алюмотермическая смесь для его получения Советский патент 1992 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к переработке доменных, сталеплавильных, ферросплавных шлаков черной металлургии и применяется при получении высокоглиноземистого шлака для производства цемента.

Известна переработка бокситов доменным процессом с получением чугуна и высокоглиноземистого шлака для цементной промышленности.

Технология доменной плавки бокситов была усовершенствована с целью снижения себестоимости и повышения качества шлака путем внедоменного обогащения его за счет введения в расплав шлаков алюмотер- мического производства.

Известный способ получения сплавов (чугуна) и высокоглиноземистого шлака имеет ряд недостатков: эольшая энергоемкость процесса, использование дефицитного металлургического топлива - кокса (его расход составляет 600 - 700 кг на 1 т чугуна и шлака), использование в шихте доменной плавки высококачественного дефицитного боксита с процентным отношением АЬгОз к ЗЮ2 больше 7, наличие в чугуне относительно высокого содержания титана (не менее 1,2%), что затрудняет передел его на сталь,

а в машиностроении ухудшает литейные свойства, снижение производительности труда.

Цель изобретения - снижение энергозатрат при получении высокоглиноземистого шлака.

Сущность изобретения заключается в использовании сливного, огненножидкого шлака ферросплавного производста и алю- мотермической смеси для восстановления шлака и легирующих элементов из их окислов.

Сливной шлак ферросплавного производста характеризуется высоким содержанием кремнезема 3102(19,0-21,0%), оксида кальция СаО (62,0 - 64,0%) и низким содержанием глинозема А120э{5,0 - 10,0%). Использованиепредварительноподготовленной смеси, состоящей из боксита, алюминия и окалины, и подобранной экспериментально с оптимальным массовым соотношением компонентов в результате проведенных опытных плавок, позволяет получить высокоглиноземистый шлак с содержанием глинозема А1аОз 38%, соответствующей шлаку для производства цемента и металлический расплав с высоким содерСП

С

2

КЗ

со

жанием легирующих элементов железа, кремния,титана, ванадия, марганца и хрома, эквивалентный по содержанию кремния 45%-ному ферросилицию.

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что высокоглиноземистый шлак и металлический (легирующий) сплав получают внепечным способом в чаше с использованием алюмотермической смеси в результате проведения алюмотермической реакции.

Предлагаемый способ получения высокоглиноземистого шлака осуществляют путем плавки ферросплавов, слива расплавленного шлака и введения в него алюмотермической смеси, содержащей боксит и алюминий. При этом расплавленный шлак с температурой не ниже 1600°С, в качестве которого используют шлак производства феррованадия после первого и второго периодов плавки, сливают в чашу на часть алюмотермической смеси, содержащей дополнительно окалину, при этом общее количество вводимой в шлак смеси составляет 46-48% от массы сливаемого шлака.

Высокая температура сливаемого шлака обеспечивает не только зажигание алюмотермической смеси, но и достаточное количество тепла для нагрева и расплавления добавок боксита и окалины, а также для проведения восстановительных реакций и высокую скорость процесса.

В ходе алюмотермической реакции происходит восстановление окислов железа, марганца, титана, хрома, ванадия и кремния. Восстановленные элементы образуют металлический расплав типа Fe-Si-V-Mn с высоким содержанием легирующих элементов; оставшиеся окислы совместно с А(20з. внесенным бокситом и образовавшимся от восстановительных реакций, образуют высокоглиноземистый шлак с содержанием и СаО не менее 40%. Поскольку и интенсивность, и полнота восстановления окислов, и степень осаждения металлического расплава в значительной степени зависят от вязкости шлака, то в качестве флюсующей добавки используют окалину. Практически алюмотермическая реакция заканчивается по окончании слива шлака в чашу, т.е. через 5-8 мин.

Полученный предлагаемым способом высокоглиноземистый шлак в кусковом виде представляет собой хорошо очищенный высокоглиноземистый шлак, так как примеси, содержащиеся в сливном шлаке, во время алюмотермической реакции переходят в сплав, т.е. в ферросилиций, который может быть использован для комплексного раскисления и легирования качественных и высококачественных сталей, Степень восстанов- , ления металлов из их окислов составляет, %: V205 95; МпО 90; ТЮ2 75; SI02 45.

Высокоглиноземистый шлак, полученный по предлагаемому способу, удовлетворяет требованиям технических условий на высокоглиноземистые шлаки для производства цемента.

П р и м е р. В дуговой электропечи ДС-3

0 выплавляют феррованадий различных марок за три периода. Сливной шлак первого и второго периодов плавки используют для получения высокоглиноземистого шлака, а шлак третьего периода - рафинировочный 5 загружают в электропечь на первом периоде.

С целью отработки технологии получения высокоглиноземистого шлака проведено несколько опытных плавок (табл. 1),

0 результаты которых приведены в табл. 2.

Из опытных плавок по химическому составу и достигаемым результатам наиболее соответствует высокоглиноземистый шлак плавки № 416.

5 Сливной шлак первого и второго периодов плавки феррованадия содержит, мас.%: СаО 61,8; 10,0; SI02 20,2; МдО 3,3; ТЮ2 2,7; FeO 1,1; V20s 0,35; МпО 0,24; Сг20з 0,03; прочие 0,28.

0 992 кг сливного шлака при 1600 - 1700°С интенсивно скачивают в чашу на часть предварительно подготовленной смеси, содержащей боксит марки МБ, алюминий марки АВ87 и окалину при соотношении

5 компонентов, мас.%;

Боксит54,45

Алюминий30,90

Окалина14,65

С первых же порций расплавленного

0 шлака в чаше начинается алюмотермическая реакция восстановления окислов шлака и растворение окислов боксита и окалины, оставшуюся часть смеси задают в чашу по мере наполнения ее шлаком так, что

5 количество смеси не превышает 46-48% от массы сливаемого шлака. Наличие в боксите остаточной влаги приводит к интенсивному барботажу расплава. Практи.чески через 5 - 8 мин реакция восстановления заканчивает0 ся и чашу со шлаком и металлическим расплавом подвергают интенсивному охлаждению водовоздушной смесью на специально оборудованном участке, затем высокоосновный шлак и ферросилиций

5 кантуют из чаши, дробят и без особых усилий отделяют друг от друга.

В результате восстановления сливного шлака в чаше получают высокоглиноземистый шлак, содержащий, мас.%: СаО 38.24; 38,0; Si02 14,5; MgO 3,3; TI02 2,7; FeO

2,2; VaOs 0,35; MnO 0,10; CraOs 0,03; прочие 0,58, и металлический (легирующий) сплав, содержащий, мас.%: SI 23,3; Fe 51,85; AI 17,5; V 0,9; Мп 1,2; Сг 0,6; Р 0,12; С 0,09; S 0,008; прочие 0,32 (табл. 3). Масса восстановленного шлака составляет 1335 кг, а легирующего сплава 97 кг.

Алюмотермическую смесь готовят следующим образом.

Чушковый алюминий марки АВ87 предварительно гранулируют в гранустановке, боксит марки МБ фракцией от 1 до 100 мм и более, содержащий до 12% влаги, дробят до 5 мм, подвергают сушке в горячей колоде при 100°С. Затем 261,4 кг боксита и 70,3 кг окалины смешивают, размалывают совместно до фракции 2 мм и к ним добавляют, перемешивая, 148,3 кг гранулированного алюминия.

Алюмотермическое восстановление шлака и легирующего сплава осуществляют с одним и тем же химическим составом исходного шлака (плавка № 416) при разном соотношении компонентов смеси. Поэтому в качестве примеров на граничные значения смеси приведены результаты плавки №416 (табл. 1 - 3), которые соответствуют требованиям технических условий на высокоглиноземистый шлак для производства цемента марок 300 и 400.

В качестве примеров с использованием алюмотермической смеси вне заявляемых пределов соотношения компонентов и отношения количества смеси к исходному (сливному) шлаку (менее 46 и более 48% приведены результаты плавки № 1469.

Сливной шлак плавки Мг 1469 берут в разных количествах, т.е. в одном случае его количество составляет 1180 кг, а в другом 460 кг, и одинаковое количество компонентов смеси: 100 кг боксита, 100 кг алюминия и 75 окалины (табл. 1).

Результаты плавки № 1469 приведены в табл. 2 и 3. При количестве сливного шлака, 1180 кг количество алюмотермической смеси составляет по отношению к шлаку 23,3%. Алюмотермическая реакция протекает очень бурно. Однако химанализ полученного высокоглиноземистого шлака после алю- мотермическоговосстановления

показывает непригодность такого шлака для производства цемента ввиду низкого содержания А1аОз (26,9 %) и высокого содержания СаО (56,4%) и Сг2Оз (0,11 %).

Опыт с количеством шлака 460 кг, т.е. отношением алюмотермической смеси к сливному шлаку более 48 мас.%, показал также отрицательные результаты, так как не произошло зажигание смеси.

Использование алюмотермической смеси вне заявляемых пределов соотношения компонентов и отношения количества смеси к сливному шлаку приводит к отрицатель- 5 ным результатам: снижается производительность процесса, получается шлак, не пригодный для производства цемента по содержанию AfcOs, MgO, FeO и других окислов, т.е. совершенно изменяется

0 структура шлака.

По результатам опытных плавок и восстановительных реакций подобрана алюмо- термическая смесь для получения высокоглиноземистого шлака, состоящая из

5 боксита и алюминия, которая дополнительно содержит окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%: Алюминий30,6-31,2

Окалина14,1 - 15,2

0 БокситОстальное

Использование предлагаемого технического решения практически полностью исключает затраты дополнительной тепловой энергии, так как высокоглиноземистый

5 шлак получают как побочный продукт при производстве феррованадия. При этом используется тепло расплавленного шлака первого и второго периодов плавки и тепло алюмотермической реакции. Дополнитель0 но получают (легирующий) сплав, который по содержанию кремния эквивалентен 45%- ному ферросилицию. В качестве шихты используют отходы - конечные шлаки металлургического процесса, которые посу5 ществующей технологии вывозят в отвал, и окалину. Предлагаемое техническое решение позволяет создать безотходную технологию производства феррованадия и улучшить экологическую ситуацию.

0

Формула изобретения 1. Способ получения высокоглиноземистого шлака, включающий плавку ферросплавов, слив расплавленного шлака и

5 введение в него алюмотермической смеси, содержащей боксит и алюминий, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат за счет получения одновременно с высокоглиноземистым шлаком ле0 тирующего сплава, расплавленный шлак с температурой не ниже 1600°С, в качестве которого используют шлак производста феррованадия, после первого и второго периодов плавки-сливают в чашу на часть алю5 мотермической смеси. которая дополнительно содержит окалину, при этом общее количество вводимой в шлак смеси составляет 46-48% от массы сливаемого шлака.

2. Алюмотермическая смесь для получения высокоглиноземистого шлака, содержащая боксит и алюминий, отличающаяся тем, что. с целью снижения энергозатрат за счет дополнительного получения легирующего сплава, она дополнительно содержит окалину при следующем соотношении нентов, мас.%:

Алюминий30,6-31,2

Окалина14,1 - 15,2

БокситОстальное

Таблица t

Использование: получение высокоглиноземистого шлака для производства цемента. Сущность: расплавленный шлак с температурой не ниже 1600°С после первого и второго периодов плавки феррованадия сливают в чашу на алюмотермическую смесь, составляющую 46 - 48% от массы сливаемого шлака и состоящую из 54,2 - 54,7 мас.% боксита, 30,6 - 31,2 мас.% алюминия и 14,1 - 15,2 мас.% окалины. 2 с.п, ф-лы, 3 табл.

ТаблицаЗ