ЖЕЛЕЗОФЛЮС ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИЙ
IRON FLUX CONTAINING VANADIUM

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству в доменных печах передельного ванадийсодержащего чугуна.
Известен способ доменной плавки титано-магнетитового сырья [1], применяемый на Нижнетагильском металлургическом комбинате, заключающийся в совместной проплавке окатышей основностью 0,3-0,5, агломератов и флюсов в виде сырых карбонатов щелочно-земельных металлов. Расход сырых флюсов составляет 10-12 кг/т чугуна на каждые 10% окатышей от массы железорудной шихты.
Основным недостатком данного способа является необходимость дополнительных затрат тепла в доменной плавке на разложение карбонатов, что приводит к повышенному расходу кокса и пониженной производительности печи.
Данный недостаток устраняется использованием в качестве флюса, вместо сырых карбонатов щелочно-земельных металлов, высокоосновного агломерата - железофлюса.
2
2
3
2
3
Известен состав высокоосновного агломерата [2], мас.%: SiO 3-6; СаО 10-30; MgO 2,0-6,5; AlO 0,5-1,5; MnO 1-4; FeO 12-18; FeO 45-55.
Недостатком данного изобретения является то, что в составе агломерата отсутствуют соединения ванадия и высокое содержание марганца. Использование этого агломерата в качестве флюса для выплавки ванадиевого чугуна недопустимо, так как приводит [4] к недостаточному содержанию ванадия и чрезмерно высокому содержанию марганца в металле, что не обеспечивает получения должного состава товарного ванадиевого шлака при дальнейшей переработке.
Более близким по технической сущности и достигаемому результату является состав агломерата, приведенный в п.4 формулы изобретения [3] и который содержит, мас.%:
Fe
49-52
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
45,3-47,3
FeO
22,9-24,9
SiO<sub>2</sub>
5,1-7,1
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,8-2,6
СаО
5,8-11,22
MgO
2,2-3,1
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
1,0-1,47
MnO
2,41-2,56
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,01-2,13
TiO<sub>2</sub>
2,9-4,1
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,04-0,06
С
0,42-0,52
2
2
5
общ
Основность (CaO/SiO) этого ванадиевого агломерата заявлена в пределах 0,7-2,2, и он может использоваться в качестве железофлюса ванадийсодержащего при значениях основности ближе к верхнему пределу. В составе агломерата выдержано необходимое соотношение VO/FeO, но ограничение по содержанию марганца, при повышенном расходе агломерата, может привести к получению некондиционного чугуна [4].
Основным же недостатком данного изобретения является относительно невысокая основность агломерата, что, с одной стороны, затрудняет использование его в качестве флюса, с другой - не в полной мере обеспечивает требуемые металлургические свойства (восстановимость, размягчаемость, прочность) [5, стр.167-169; 6, стр.143-146]. При малых расходах подобного агломерата сырые карбонатные флюсы выводятся из доменной шихты не полностью. При высоких расходах подобного агломерата его металлургические свойства будут оказывать существенное влияние на показатели доменной плавки. Еще одним недостатком указанного изобретения является отсутствие в требованиях к составу материала ограничения по содержанию серы, что также может привести к получению некондиционного чугуна [4].
Задачей настоящего изобретения является получение и использование в доменной плавке вместо сырых карбонатных флюсов высокоосновного агломерата - железофлюса ванадийсодержащего, отличающегося повышенными металлургическими свойствами. Это обеспечит выплавку ванадиевого чугуна надлежащего качества с более низкими удельными расходами кокса и железорудных материалов при повышенной производительности печи и более высокой степенью извлечения ванадия в чугун.
Поставленная цель достигается тем, что состав железофлюса ванадийсодержащего ограничивается следующими условиями:
2
5
общ
VO/FeO≥0,005
2
CaO/SiO=3÷9,5
общ
Мn=0,2÷2%.
Дополнительно предусматривается ограничить в составе железофлюса содержание серы - не более 0,08%.
Выбранное ограничение по соотношению окислов ванадия и железа в железофлюсе обеспечивает требуемое содержание ванадия в чугуне.
2
Выбранная основность (CaO/SiO) железофлюса, помимо полного исключения сырого известняка из доменной шихты при соответствующих его расходах, формирует структуру агломерата, состоящую преимущественно из однокальциевого феррита, который является наиболее легковосстановимым сложным соединением железа. К преимуществам материала, состоящего из однокальциевого феррита, относятся также высокая холодная и горячая прочность и весьма узкий температурный интервал размягчения [6, стр.143-146]. Основность более 3 исключает наличие в составе железофлюса хрупкого стекла [5, стр.167-168]. Основность менее 9,5 ограничивает образование в составе железофлюса трудновосстановимого двухкальциевого феррита [6, стр.144].
Исключение из состава доменной шихты карбонатных флюсов имеет еще ряд положительных моментов, а именно: снижение концентрации углекислого газа в сухой области доменной печи, снижение удельного выхода колошниковых газов, стабилизация теплового состояния распара и заплечиков. Снижение концентрации углекислого газа в сухой области доменной печи усиливает косвенное восстановление за счет смещения равновесия реакции
в прямом направлении. Данная реакция в отличие от реакции прямого восстановления экзотермическая. Снижение удельного выхода колошниковых газов уменьшает потерю с ними тепла и вынос пыли. При наличии известняка в шихте, он в любом случае приходит в высокотемпературные зоны дискретно и локально, что объясняется как относительно небольшим его расходом, так и возможностями применяемых загрузочных устройств. Стабилизация теплового состояния распара и заплечиков (при отсутствии карбонатов) способствует более полному восстановлению ванадия и увеличению коэффициента извлечения ванадия в чугун. Все это также обеспечивает повышение технико-экономических показателей плавки.
Пределы содержания в железофлюсе марганца обусловлены задачей, с одной стороны, улучшения условий для десульфурации чугуна и снижения карбидообразования титана, с другой - получение из ванадиевого передельного чугуна кондиционного товарного ванадиевого шлака [4].
Дополнительное ограничение по содержанию в железофлюсе серы минимизирует вероятность получения некондиционного чугуна.
Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения. В частности, в составе аглошихты для получения железофлюса возможно использование дополнительно окалины, железо- и ванадийсодержащих шламов и шлаков (например, сталеплавильных и ферросплавных), руд и концентратов.
Пример конкретного выполнения.
Железофлюс ванадийсодержащий получали в процессе окускования методом агломерации. В состав агломерационной шихты входили следующие компоненты: смесь аглоотсева и аспирационной пыли, колошниковая пыль от доменных печей, выплавляющих ванадиевый чугун из окускованного сырья Качканарского месторождения, марганцевый концентрат Жайремского ГОК, известняк, коксовая мелочь. Средний состав шихты для производства железофлюса приведен в табл.1.
Таблица 1
Состав агломерационной шихты
№
Компонент
Расход
%
кг/т
1
смесь аглоотсева и аспирационной пыли
65,3
784
2
колошниковая пыль
8,9
107
3
известняк
21,2
255
4
марганцевый концентрат
2,5
30
5
коксовая мелочь
2,1
25,2
Спекание железофлюса осуществлялось на агломашине МАК-75. Процесс спекания железофлюса характеризовался следующими средними параметрами:
- влажность шихты - 6,5-7,0%;
- высота слоя шихты - 290-300 мм;
- разрежение перед эксгаустером - 873 мм вод.ст.;
- скорость аглоленты - 1,36 м/мин;
- температура зажигания шихты - 1053°С;
3
3
- расход газа на зажигание - 530 м/час (6,6 м/т);
- доля возврата - 15,8%.
Средневзвешенный химический состав полученного железофлюса представлен в табл.2.
3
Исходная доменная шихта состояла из окатышей (естественной основностью ~0,3) и офлюсованного агломерата Качканарского ГОК, кокса, марганцевой добавки, известняка, что соответствует шихте по способу [1]. Соотношение в шихте окатышей КГОК и агломерата КГОК поддерживалось постоянным - 60:40. Плавки проводилась на доменной печи объемом 2200 м и включали три периода:
период 1 - работа по способу [1];
период 2 - работа с использованием агломерата по прототипу [3];
период 3 - работа с использованием в шихте железофлюса ванадийсодержащего по предлагаемому изобретению (работа с использованием агломерата по патенту [2] не рассматривалась, так как расчетное содержание ванадия в чугуне составляет менее 0,4% при расходе данного материала свыше 5%).
В опыте по прототипу в качестве железофлюса и вместо марганцевой добавки и части известняка использовался демпферный ванадиевый агломерат вышеприведенного состава (основностью 2,2).
В опыте по предлагаемому изобретению вместо марганцевой добавки и всего известняка использовался железофлюс ванадийсодержащий, следующего состава, мас.%:
Таблица 2
Fe<sub>общ</sub>
СаО
SiO<sub>2</sub>
CaO/SiO<sub>2</sub>
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
Мn<sub>общ</sub>
V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>/Fe<sub>общ</sub>
43,02
25,765
5,58
4,61
0,35
1,00
0,008
Расход железофлюса (демпферного ванадиевого агломерата) как по прототипу, так и по предлагаемому изобретению составлял 10% от общей массы рудной части шихты. Независимые параметры доменной плавки находились на неизменном уровне.
ν
В процессе проведения испытаний фиксировали качество чугуна и шлака, производительность печи, расход кокса, вынос колошниковой пыли, коэффициент распределения ванадия между чугуном и шлаком (L=[V]/(V)), коэффициент извлечения ванадия (КИВ) в чугун. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Таблица 3
Показатели работы доменной печи
Показатели
Периоды
1
2
3
Содержание в шихте, %
марганцевый агломерат
0,4
-
-
известняк
3,8
2
-
железофлюс (демпферный агломерат)
-
10
10
Производительность печи, т/сут
5490
5380
5804
Расход кокса, кг/т:
412
400
383
Расход железа, кг/т
978
970
965
Вынос колошниковой пыли, кг/т чугуна
31
30
25
Степень использования СО без СО<sub>2</sub> флюса, %
48,8
49,2
50,8
Химсостав чугуна, %: Si
0,08
0,08
0,08
Mn
0,31
0,34
0,31
S
0,02
0,019
0,020
V
0,42
0,46
0,430
Ti
0,15
0,16
0,15
Основность шлака, ед.
1,24
1,24
1,24
L<sub>ν</sub> ([V]/(V)), ед.
3,544
3,963
4,513
КИВ, %
81,9
82,7
84
Результаты, приведенные в таблице 3, наглядно показывают, что применение железофлюса ванадийсодержащего заявляемого состава способствует значительному повышению производительности печи, снижению расхода кокса, удельного расхода железа и выноса пыли, а также увеличению КИВ.
По условиям выплавки кондиционных по содержанию серы чугунов в промышленных условиях оценен и рекомендуется предел по содержанию серы в железофлюсе ванадийсодержащем - не более 0,08% (табл.4).
Таблица 4
Влияние содержания серы в железофлюсе при различном его расходе на содержание серы в чугуне
Содержание железофлюса в шихте, %
Содержание S в железофлюсе, %
[S]
5
0,08
0,018
0,09
0,019
0,1
0,019
10
0,08
0,019
0,09
0,020
0,1
0,022
15
0,08
0,024
0,09
0,026
0,1
0,03
20
0,08
0,029
0,09
0,032
0,1
0,035
Анализ приведенных результатов показывает, что заявляемый состав железофлюса ванадийсодержащего, при использовании последнего в доменной плавке титаномагнетитов, обеспечивает получение передельного ванадийсодержащего чугуна надлежащего качества и способствует повышению технико-экономических показателей производства.
Источники информации
1. Патент России № 2063443, заявл. 1993.08.06, опубл. в БИ 1996.07.10.
2. Патент России № 2146296, заявл. 1999.07.06, опубл. в БИ 2000.03.10.
3. Патент России № 2124563, заявл. 1998.01.15, опубл. в БИ 1999.01.10.
4. Стандарт предприятия СТП 102-12-2005. Чугун ванадиевый.
5. Металлургия чугуна / под ред. Ю.С.Юсфина. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: ИКЦ Академкнига, 2004. 774 с.
6. Леонтьев Л.И. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. [Текст] / Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шумаков Н.С. // М.: Металлургия, 1997. - 432 с.