Ванадийсодержащий шлак Советский патент 1993 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к пирометаллургической переработке ванадийсодержащего сырья. Применимо к составам ванадийсодержащих шлаков, наиболее пригодных для производства легированных ванадием сталей, лигатур и ванадиевых сплавов.

Целью изобретения является получение ванадиевого шлака с пониженной окислен- ностьго (Fe0kic менее 25,0%) и температурой плавления менее 1100° С при сохранении в нем высокой концентрации оксидов ванадия.

Поставленная цель достигается тем, что при деванадации чугуна в конвертер присаживают доломит и плавиковый шпат

в определенном соотношении компонентов.

Сущность изобретения заключается в изменении состава как силикатной так и шпинелидной фаз шлака, путем замещения ионов железа ионами кальция в силикатах и ионами магния а шпинелидах.

Положительное воздействие вводимого в шлак доломита и плавикового шпата сказывается не только нз уменьшении окислен- ности ванадиевых шлаков, но и приводит к резкому снижению температуры начала плавления таких шлаков.

Произведены замеры температур нэча ла плавления проб ванадиевых шлаков различного Химического состава. Известно,что шлаки как многокомпонентные системы пеш ы о

реходят из твердого в расплавленное состояние в определенном температурном интервале, т.е. не имеют конкретной температуры плавления. Для определения температур начала плавления шлака каждого состава производили не менее трех замеров и рассчитывали среднее значение с точностью до 5° С (табл.1).

Обработка экспериментальных данных методом множественного корреляционного и регрессионного анализов позволила количественно оценить зависимость температуры начала плавления от содержания компонентов ванадиевого шлака.

Уравнение множественной регрессии зависимости температуры начала плавления от концентрации компонентов ванадиевого шлака имеет вид:

Т™. 1633,74 - 25,91-CaF2- 16.79 СаО - -11,80-5102 - 8,69 V20s + 6,19 -MgO + + 2,69-1102-2,21- MnO-2,01-Fe0kic ,

при следующих значениях корреляционных коэффициентов Пирсона (R) и коэффициентов частных корреляций (R4):

R - 0,87 CaF2 - 0,88 CaO + 0,14 SlOa - -0,37 VaOs - 0,78 MgO + 0,65 ТЮ2 + + 0,10 MnO + 0.75 Feokic.

R4 - - 0,47 CaF2 - 0,41 CaO - 0,39 SI02 -0,33 V20s + 0,10 MgO + 0,05 Tl Cte - 0,04 MnO -0,08 Feokic.

Из приведенных данных видно, что наибольшее влияние на снижение температуры начала плавления ванадиевых шлаков оказывает увеличение концентраций фтора в соединениях и оксида кальция. Остальные компоненты играют сопутствующую роль, т.к. имеют низкие значения корреляционных коэффициентов.

Полученные данные хорошо корреспондируют с минералогическим составом и особенностями межфазного распределения элементов в ванадиевых шлаках различного состава.

Компонентами повышающими коэффициент активности оксидов железа в ванадиевых шлаках могут быть оксиды щелочных и щелочноземельных металлов К20, Na20, CaO и MgO.

При увеличении концентрации оксида кальция более 8-10% в силикатной связке появляются ферриты кальция и происходит интенсивное разрушение шпинелидных ва- надийсодержащих кристаллов с переходом

ванадия в новую фазу по своим кристаллографическим характеристикам близкую к перовскиту.

Из отмеченных оксидов металлов только MgO может растворяться в заметных количествах в шпинелидных кристаллах и даже образовывать чистую магнезиально- ванадиевую шпинель MgV204, значительно снижая окисленность ванадиевых

0 шлаков, Состав силикатной составляющей довольно сложен, она неоднородна и многофазна, в ней преобладают железо- магнийкальцевые оливины с повышенным содержанием оксидов марганца. Увеличе5 ние концентрации MgO более 12% ухудшает технологичность шлака, очевидно, из-:;1 повышения термодинамической устойчивости шпинелидных и силикатных соединений при замене в них ионов железа на ионы

0 магния.

При введении доломита в процессе де- ванадации происходит окисление трехвалентного ванадия с получением четырех- и пятивалентного ванадия и образуются ва5 надаты кальция, а двухвалентное железо переходит в трехвалентную форму, В результате происходит разрушение тугоплавких ванадиевых шпинелидов (tnn. 1750° С), составляющих основную часть ванадие0 вых шлаков и температура плавления шлака за счет образования ванадатов кальция снижается.

Ванадиевый шлак различного состава использовали для прямого легирования ва5 надием спокойных и низколегированных марок стали в кислородных конвертерах НТМК. Ванадиевый шлак присаживали в ковш при выпуске металла из конвертера до ввода раскислителей и без увеличения их

0 количества.

При использовании ванадиевых шлаков, выплавленных без присадки кальций и магнийсодержащих добавок, получены низкие и нестабильные результаты по со5 держанию ванадия в готовом металле (0,010-0,030%) и низкие значения коэффициента извлечения ванадия в пределах от 17 до 48% (табл.2).

Использование ванадиевых шлаков, вы0 плавленных с добавками доломита и плавикового шпата, для прямого легирования стали ванадием позволяет стабилизировать содержание ванадия в готовом металле на уровне 0,030-0,049% и увеличить коэффи5 циент извлечения ванадия с 17-48% до 68-82%.

На основании результатов, полученных при использовании ванадиевых шлаков различного состава для прямого легирования стали ванадием, определении температур

начала плавления ванадиевых шлаков и обработки экспериментальных данных методом множественного корреляционного и регрессионного анализов можно сделать следующие выводы:

1.Повышение концентрации оксидов кальция до 15%, магния до 10% и фтора в соединениях до 5% в ванадиевых шлаках путем введения доломита и плавикового шпата в процессе деванадации чугуна при- водит к изменению минералогического состава силикатной связки и шпинелидов, сокращению концентрации железа в оксидах с 32-34% до 22-25% и кремнезема с 19% до 12%, при сохранении пентаоксида ванадия на уровне 20% и более, а также снижению температуры начала плавления шлаков с 1200-1265° С

до 940-1000° С.

2.Использование ванадиевых шлаков, выплавленных с добавками доломита и плавикового шпата, для прямого легирования стали ванадием позволяет стабилизировать содержание ванадия в готовом металле на уровне 0,030-0,049% и увели- чить коэффициент извлечения ванадия с 17-48% до 68-82%.

Формула изобретения

Ванадийсодержащий шлак для производства ванадийсодержащих продуктов, включающий оксиды ванадия, железа, кальция, магния, кремния, титана, марганца, хрома, алюминия, фосфора, серы, отличающийся тем, что шлак дополнительно содержит фторид кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Пентаоксид ванадия 14-24 Оксиды железа20-30

Оксид кальция6-14

Оксид магния3-8

Диоксид кремния12-17

Диоксид титана5-8

Оксид марганца7-10

Оксиды хрома, алюминия, фосфора и серы (в сумме)2-5 Фторид кальция1-5 при отношении в шлаке содержания оксидов:

V205/FeoK 0,5-1,0,

(CaO + MgO)/SI02 1,0-1.5.

Изобретение может быть использовано в области металлургии при переработке ванадийсодержащего сырья. Сущность: ванадиевый шлак для производства вана- дийсодержащих продуктов, включающий оксиды ванадия, железа, кальция, магния, кремния, титана, марганца, хрома, алюминия, фосфора, серы, дополнительно содержит фторид кальция при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: пента- оксид ванадия 14-24, оксиды железа 20-30, оксид кальция 6-14, оксид магния 3-8, диоксид кремния 12-17, диоксид титана 5-8, оксид марганца 7-10, оксиды хрома, алюминия, фосфора и серы (в сумме) - 2-5, фторид кальция - 1,5, при отношении в шлаке содержания оксидов: V20s/Fe0K - 0,5-1,0, (СаО + MgO)/Sl02 1,0-1,5. 2 табл.

Химический состав и температура начала плавления ванадиевых шлаков

Таблица 1

Примечание: оксиды хрома, фосфора, серы не имеют значительного влияния и в таблицу не включены,

Таблица 2 Основные показатели плавок при легировании стали ванадиевым шлаком

Продолжение табл. 1