Шихта для получения феррованадия Советский патент 1993 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству феррованадия.

Целью изобретения является повыше- нив качества металла за счет увеличения в нем содержания ванадия и уменьшения примесей марганца и снижение его себестоимости без нарушения нормативных требований к товарному продукту.

Это достигается тем, что шихта, включающая техническую пятиокись ванадия, металлоотсев, конвертерный ванадиевый шлак, алюминий, известь ферросилиций, коксик и оборотный шлак, согласно изобретению дополнительно содержит ванадийсо- держащую золу тепловых электростанций (ТЭС) с содержанием и ,15% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

GO

Техническая пятиокись ванадия 12,0-17,0 Металлоотсев 1,5-8,0 Конвертерный ванадиевый шлак 5,0-11,0 Известь 32,0-45,0 Ферросилиций 7,0-10,0 Алюминий 0,5-2,5 Коксик 0,4-0,7 Ванадийсодержащая зола ГЭС 1.0-8,5 Оборотный шлак Остальное Введение в шихту дополнительной ва- надийсодержащей фазы - ванадийсодержа- щей золы ТЭС с содержанием VaOs более 15% и Р менее 0,15% позволило устранить отмеченные недостатки. Это в значительной мере объясняется отличием химического и фазово-минералогического составов золы ТЭС от конвертерного ванадиевого шлака. Ванадийсодержащая зола ТЭС содержит менее тугоплавкие (чем в шлаке) со- единения, что позволяет уменьшить интервал расплавления шихты, создать благоприятные условия для более полного восстановления ванадия из шихты в сплав и повысить его содержание в металле.

Экспериментально установлено, что применение в шихте ванадийсодержащей золы ТЭС позволило получить кипящие, легкоподвижные, менее вязкие шлаки, чем по существующей технологии без ее добавки в шихту, Это объясняется тем, что в золе ТЭС, кроме наличия фаз с невысокой температурой плавления содержится некоторое количество углерода (1-5%), который, восстанавливая при сравнительно невысоких температурах (1600-1750°С) железо, ванадий и другие компоненты, образует оксиды углерода, которые, фильтруя шлаковый слой, способствуют образованию кипящих шлаков, улучшают условия их перемешивания, увеличивая поверхность соприкосновения фаз, интенсифицируют и ускоряют процесс восстановления оксидов ванадия из шлака, тем самым повышая его содержание в сплаве.

Использование в шихте при выплавке феррованадия ванадийсодержащей золы ТЭС позволило снизить содержание в нем вредных примесей марганца, а следовательно улучшить качество металла.

Замена в шихте части ванадиевого шлака эквивалентным по VzOs количеством ванадийсодержащей золы ТЭС рационально с экономической точки зрения, т.к. стоимость 1 т ванадия в ней составляет 2910 руб., а в шлаке 3520 руб.

Применение при производстве феррованадия сравнительно чистой

по содержанию вредных примесей ванадийсодержащей золы ТЭС позволяет привлечь в производство новый менее дорогостоящий, чем техническая пятиокись ванадия,

вид ванадийсодержащего сырья, улучшить качество ванадиевой продукции, увеличить коэффициент сквозного извлечения ванадия в результате использования побочного ванадиевого продукта и снизить себестоимость феррованадия.

Вовлечение в производство нового источника ванадиевого сырья позволит не только улучшить качество феррованадия, снизить расход дорогостоящей и дефицит5 ной технической пятиокиси ванадия, но и сократить выбросы токсичных соединений ванадия в окружающую среду в результате утилизации золы ТЭС при воспроизводстве ванадиевой продукции.

.0 Нижний предел (1%) содержания ванадийсодержащей золы ТЭС в шихте установлен исходя из получения ощутимого повышения качества феррованадия путем увеличения в нем содержания ванадия и

5. уменьшения вредных примесей марганца. Верхний предел ограничен содержанием требований стандарта на готовый продукт. При введении в шихту ванадийсодержащей золы ТЭС с содержанием VaOs более 15% и

0- р менее 0.15% более 8,5% повышается содержание фосфора в феррованадии более норм, допустимых ГОСТ 27130-86 (более 0,1 %Р).

Нижний и верхний пределы остальных

5 ингредиентов изобретения выбраны с целью повышения качества феррованадия, снижения в продукте ванадия и вредных примесей марганца, фосфора, серы, углерода и других элементов. Данные по их опти0 мизации представлены в табл.1.

Техническая пятиокись ванадия выполняет функцию основного ванадийсодержащего компонента (80-85% V20s) шихты. Верхний предел ограничен увеличением се5 бестоимости феррованадия (более 3420 руб./т), содержанием в нем ванадия более 45%, нижний предел - минимальным содержанием ванадия в готовом продукте. При введении в шихту V20s менее 12 % содержа0 ние VaOs в феррованадии снижается менее норм (менее 35%), предусмотренных ГОСТ 27130-86..

Металлоотсев является комплексным железо-ванадийсодержащим компонентом

5 (15-20% V205 и 60-70% Ре) шихты,

Верхний предел количества металлоот- сева в шихте ограничен повышенным содержанием в нем марганца (до 7% МпО)и зашлакованностью. Наличие тугоплавкой лаковой фазы в металлоотсеве (20-50%)

приводит к повышению температуры плавления железо-ванадиевого раствора, ухудшению условий для перехода ванадия из шихты в сплав, снижению его содержания в металле и увеличению потерь /zOs со шлаком. Нижний предел (1,5%) ограничен содержанием ванадия и железа в металле.

Конвертерный ванадиевый шлак, аналогично металлоотсеву, является железова- надйевым компонентом в шихте, Однако, в отличие от металлоотсева, содержание МпО в шлаке достигает 12 %. Поэтому при применении в шихте конвертерного ванадиевого шлака более 11% увеличивается содержание марганца более 6% в феррованадии, что приводит к нарушению норм ГОСТа на феррованадий, ухудшению его качества. При введении конвертерного ванадиевого шлака менее 5% снижается в металле содержание ванадия ниже норм вышеуказанного ГОСТа.

Нижний и верхний пределы извести в шихте выбраны с целью образования легкоплавких жидкоподвижных шлаков, способствующих более быстрому расплавлению шихты и более полному восстановлению ванадия кремнием из шихты в расплав, а следовательно, повышению его содержания в металле и качества феррованадия.

Кроме того, применение СаО способствует более полному разделению металлической и шлаковой фаз вследствие снижения плотности шлака.

Ингредиенты изобретения ферросилиций, алюминий и коксик являются восстано- вйтелями ванадия и сопутствующих элементов (железа, марганца и др.) из шихты в расплав. Верхний предел вышеуказанных восстановителей в шихте ограничен их содержанием в феррованадии согласно ГОСТ 27130-86, При введении в шихты ферросилиция, алюминия и коксика соответственно.менее 7,0: 0,5 и 0,4% снижается степень извлечения ванадия и его содержание в металле ниже требуемых ГОСТом 27130-86.

С целью повышения степени извлечения ванадия в целом в процесс выплавки феррованадия и ввиду повышенного содержания Х/20б (9-18%) оборотный шлак рафинировочного периода возвращается в электропечь на первый период очередной выплавки. Количество оборотного шлака, образующегося при выплавке феррованадия, зависит от технологических параметров1 плавки и массы шихтовых материалов.

Выплавку феррованадия из заявляемой шихты можно осуществить по известной технологии его получения силикотермичеким способом на одном из предприятий, выпускающем ванадиевую продукцию.

Ниже даны примеры получения феррованадия из заявляемой шихты, не исклю- 5 чающие других вариантов в объеме изобретения.

В ферросплавном цехе Чусовского металлургического завода в электропечи № 1 были проведены опытно-промышленные 0 испытания по выплавке феррованадия из предлагаемой шихты.

Все компоненты предлагаемой шихты перед подачей в электропечь для выплавки феррованадия предварительно готовили 5 следующим образом.

Конвертный ванадиевый шлак дробили на щековой дробилке до фракции не более 80 мм.

С целью оценки качества шлака и соот- 0 ветственно его химического состава установленным нормам (таблица 2) отбирали среднюю пробу и определяли содержание УаОб- фосфора, оксидов кальция, марганца, кремния и металловключёний. 5 Техническую пятиокись ванадия использовали плавленную в виде пластин (гранул) размером в поперечнике не более 75 мм и с содержанием VaOs не менее 82%, а фосфора не более 0,08%.

0После рассева отбирали металлоотсев фракцией 0-15 мм с зашлакованностью около 50%.

Крупность кусков извести находилась в пределах 5-55 мм,

5 По технологии выплавки феррованидия допускается содержание фракции ниже указанных пределов не более 10%,

В шихте использовали обожженную известь с содержанием СаО более 80% и 0 фосфора менее 0,01 %.

Алюминий перед подачей в электропечь расплавляли в подовой печи и гранулировали,

Коксик подвергали предварительному 5 рассеву и отбирали фракцию менее 5 мм.

После предварительной подготовки шихтовые материалы загружали раздельно в дозировочный бункер и взвешивали. Из дозировочного бункера компоненты шихты 0 загружали в поворотный бункер, установленный над электропечью, а из него через завалочную воронку в электропечь.

После расплавления шихты, получения 5 металла с содержанием кремния менее 2%, производили слив рафинировочного (оборотного) шлака, а затем выпуск и разливку феррованадия.

Примеры конкретного состава заявляемой шихты и основные показатели эффективности процесса выплавки феррованадия приведены в табл.1 (например, см,опыты 1,5:10,14).

Как следует из табл.1, при введении в основную шихту ванадийсодержащей золы ТЭС с содержанием V20s 15% и-Р 0,15% повысилось содержание ванадия в металле с 36,2% (опыт 1, по прототипу) до 44,5% (например, рпыт 5 с использованием золы ТЭС) и снизилось соответственно содержа- ние вредной примеси марганца с 4,3 до 3,1 %, что свидетельствует об улучшении качества феррованадия. При добавке в шихту золы ТЭС выплавлен феррованадий улучшенного качества - марки ФВД 40У0.75. В качестве сравнения следует отметить, что при выплавке феррованадия без добавки в шихту золы ТЭС (по прототипу) получен феррованадий с повышенным содержанием марганца -марки ФВД 40У1Д

Введение в шихту ванадийсодержащей золы ТЭС (стоимость 1 т ванадия в золе - 2910 рублей) взамен эквивалентного по содержанию V2U5 конвертерного ванадиевого шлака (стоимость 1 т ванадия в нем - 3520 рублей) позволило снизить себестоимость при выплавке металла на 17,1 руб./т шихты.

Утилизация ванадийсодержащих отходов тепловых электростанций позволит не только получить дополнительно ванадие- вую, но и Сократить земельные площади под золо- и шламонакопители и улучшить экологическую ситуацию в районе ТЭС.

Внедрение изобретения намечено на Чусовском металлургическом заводе, для

его внедрения не требуется дополнительных капитальных затрат.

При переработке 1000 т ванадийсодержащей золы ТЭС с содержанием 20% N/265 на Чусовском заводе на ванадиевую продукцию ожидаемый экономический эффект составит 344,9 тыс.руб.

Формула изобретения Шихта для получения феррованадия, содержащая техническую пятиокись ванадия, металлоотсев, конвертерный ванадиевый шлак, известь, ферросилиций, алюминий, коксик и оборотный шлак, отличающая- с я тем, что, с целью повышения качества металла за счет увеличения в нем содержания пятиокиси ванадия, уменьшения примесей марганца и снижения его себестоимости без нарушения требований к товарному продукту, она дополнительно содержит ванадийсодержащую золу с содержанием VaOs более 15% и Р менее 0,15% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техническая пятиокись

ванадия12,0-17,0

Металлоотсев1,5-8,0

Конвертерный ванадиевый

шлак5,0-11,0

Известь32,0-45,0

Ферросилиций7,0-10,0

Алюминий0,5-2,5

Коксик0,4-0,7

Ванадийсодержащая зола 1,0-8,5

Оборотный шлакОстальное

Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству феррованадия. Сущность изобретения: шихта дополнительно содержит ванадийсодержа,щую золу тепловых электростанций с содержанием Л/205 более 15% и Р менее 0,15% при следующем соотношении компонентов, мас.%: техническая пяти- окись ванадия 12-17, металлоотсев 1,5-8,0, конвертерный ванадиевый шлак 5-11, известь 32-45, ферросилиций 7-10, алюминий 0,5-2,5, коксик 0,4-0,7, ванадмйсодержащая зола ТЭС 1,0-8,5, оборотный шлак остальное. 2 табл. 00 о о ю ел

Реэупьтоты исследований про с использованием в основной вшхте в. и р -Ј0,15

,а

8,0 10,0

7, Э (по прототипу)

33,0 8,0

2,0

1,2

О, 7,9

3 li

5

6

7

8

0

1

2

3

4

5

6

12,0 15.0 17.0 19,0 16,0 16.0 16,0 15,5 15,8 15,5 15,9 5,7 15,3 15,8

7,0

8,0

8,5

7,5

0,5

1,5

5,0

8,0

10,0

в,О

7,0

З.в

2,0

10,0

8,0

6,5

6,7

10,0

9,5

9,0

5,0

5,8

3,0

5,0

11,0

i3,o

Таблица I

.

цссса выплавки феррованадия ,анадийсодержа«еЯ золы с содерчанием

,8

.5 ,2 ,5 ,8 ,0 .8 ,0 ,7 ,0 ,0

,г

,6

.0

,0 ,7

-27.0

-27,0

-24,6

-10,2

-3.4

-23,9

-23,9

-13,7

- 7,1

-18,8

-18.1

-17,1

-13.7

-15.

-10,9

33,1

35,2

39,1

44,3

45,4

39,3

39,5

38,9

37,5

39,1

34,8

37,9

37,8

39,1

39,3

4,3 1,8 .0,52 0,34 0,08

3,9

3,3 3,7 3,5 3,4 3,8 3,6 3,5 3.1 3.4 2,3 2,0 3.3 4,0 1,i

1,1 ,2 .

0.41

0.48 0,61 .75 0,74 ,7 0,58 ,7 0,41 1,8 0,48 1,65 0,i3 ,7 0.44 ,7 O.liZ ,6 0,68 ,S 0,47 i

0,38 0,0

,7

,7

,6

,S

,45 0,1.6 1,65 9,54 1,5 0,53

0,37

0,38

0,43

0,48

0.35

0,36

0.35

0,4

0,38

0,4

0,38

0.35

0,37

0,36

0,08

0,08

0,07

0,06

0,08

0.08

0,08

0,07

0,07

0,07

0,07

0,07

0,07

0.07

Результаты исследований процесса выплавки феррованадия - . с использованием в основной шихте ванадийсодержацей золы с содержанием и ,15

Прим)

В графе 12 приведено снижение себестоимости при выплавке феррованадия в результате имени в внхте части конвертерного ванадиевого тлака эквивалентным по У О количество шэнаднйсодержачей золы ГЭС.

Продолжение табл,1

Таблица 2