СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ ПРИ КОНВЕРТЕРНОМ ПЕРЕДЕЛЕ ПРИРОДНО-ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА
METHOD FOR EXTRACTION OF VANADIUM DURING CONVERSION OF NATURALLY DOPED CAST IRON

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам передела ванадиевых чугунов в две стадии с получением на первой стадии ванадиевого шлака и углеродистого полупродукта, а на второй стадии в другом конвертере - стали.
Известны различные, применяемые в промышленных условиях, схемы переработки ванадиевых чугунов дуплекс-процессом, на первой стадии которого получают ванадиевый шлак и углеродистый полупродукт. Ванадий - важный для металлургии легирующий элемент имеет низкую активность и соответственно обладает слабым сродством к кислороду. Его активность значительно ниже активности углерода. По данной причине окисление ванадия и переход его в шлак возможны только при относительно низких температурах до начала активного окисления углерода.
Ванадиевый чугун содержит кремний - до 0,30%, титан - до 0,25%. При окислении этих элементов ввиду их значительно большей активности, чем у углерода и ванадия, выделяется 945800 и 935500 Дж тепловой энергии соответственно [2]. Для поглощения тепловыделения и понижения температуры металла при деванадации чугуна вводится охладитель.
Во всех описанных и применяющихся способах деванадации чугуна в качестве окислителей-охладителей используются: твердый чугун совместно с окалиной, металлический лом в количестве до 12% от массы чугуна как в холодном виде, так и нагретом до 400-700°С, окалину и/или окатыши.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом, включающий деванадацию чугуна с использованием в качестве окислителя-охладителя агломерата, окалины и/или неофлюсованных окатышей, агломерата и окалины, агломерата и неофлюсованных окатышей [1].
Данный способ обеспечивает деванадацию чугуна. Расход окислителя-охладителя определяется в зависимости от содержания кремния в чугуне. Как уже отмечено, тепловой эффект реакции окисления титана идентичен таковому при окислении кремния. Содержание титана в чугуне при одном и том же содержании кремния различное. По данной причине расчет количества охладителя-окислителя, исходя из содержания кремния, не дает стабильных результатов по извлечению ванадия из чугуна в шлак. В результате наблюдаются значительные колебания по содержанию остаточного ванадия в углеродистом полупродукте, и соответственно, коэффициента ошлакования ванадия.
Таким образом, применение окалины, и/или агломерата, и/или неофлюсованных ванадийсодержащих окатышей в качестве окислителя-охладителя в зависимости только от содержания кремния в ванадиевом чугуне не обеспечивает стабильное глубокое извлечение ванадия из чугуна, что является существенным недостатком данного способа переработки ванадиевого чугуна.
Известен способ передела ванадийсодержащих чугунов вводом на завершающей стадии накопления ванадиевого шлака в качестве окислителей-охладителей шлака моно-процесса и стального шлака дуплекс-процесса [3]. Недостатком данного способа является наличие СаО до 45% в предлагаемых добавках, что не обеспечит стабильное выполнение по ограничению содержания СаО в ванадиевом шлаке не более 3%.
Поставленная задача стабильного извлечения ванадия из чугуна различного химического состава достигается вводом в расплав в качестве окислителя-охладителя
агломерата следующего состава: содержание железа 56-66%;
оксида кальция CaO до 3%,
окалины следующего состава: содержание железа 60-67%;
оксида кальция СаО до 0,7%,
неофлюсованных окатышей с содержанием железа 60-62%;
оксида кальция СаО до 3%
или смеси из этих материалов в количестве, зависящем от суммарного содержания кремния и титана в чугуне.
Расход окислителей-охладителей при суммарном содержании кремния и титана до 0,10% должен быть от 40 до 70 кг/т чугуна. При увеличении суммарного содержания кремния и титана количество вводимой окалины и/или окатышей увеличивается на 0,5-1,5 кг/т чугуна на каждые 0,01% суммы титана и кремния. При вводе меньшего количества окислителя-охладителя не будут обеспечены температурные условия окисления ванадия, а при большем количестве вводимого окислителя-охладителя произойдет переохлаждение расплава с невозможностью дальнейшей переработки углеродистого полупродукта.
Пример передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом:
производят заливку ванадиевого чугуна в конвертер и его деванадацию путем продувки окислительным газом с присадкой окислителей-охладителей с целью получения углеродистого полупродукта и ванадиевого шлака. При этом в качестве окислителей-охладителей используют агломерат, агломерат с окалиной и/или неофлюсованными ванадийсодержащими окатышами в количестве, зависящем от суммарного содержания кремния и титана в чугуне:
при суммарном содержании кремния и титана в чугуне до 0,10% количество окислителя-охладителя 40-70 кг/т чугуна;
при увеличении суммарного содержания кремния и титана на каждые 0,01% количество окислителя-охладителя увеличивают на 0,5-1,5 кг/т чугуна. Подвергали переработке ванадиевый чугун, содержащий, %:
углерод С
4,5-4,8;
ванадий V
0,40-0,50;
кремний Si
0,04-0,20;
титан Ti
0,07-0,10;
марганец Mn
0,28-0,35;
хром Сr
0,05; Сu 0,01;
фосфор Р
0,04;
сера S
0,022,
3
имеющий температуру 1280-1305°С. Интенсивность подачи кислорода во время продувки находилась в пределах 320-350 нм/мин.
Данные по результатам опытных плавок, произведенных по предлагаемой технологии и сравнительных плавок по существующей технологии предоставлены в табл.1, и табл.2.
Из представленных таблиц следует, что по технологии заявляемого способа коэффициент ошлакования ванадия составляет 92,4% при 88,8% по используемой технологии. Повышение коэффициента ошлакования ванадия значительно снижает его потери при дальнейшей переработке полупродукта, т.к. при продувке полупродукта на сталь весь имеющийся в нем ванадий переходит в шлак и отправляется в отвал.
Сравнительный анализ заявляемого технического решения и способа-прототипа показывает, что предлагаемый способ гарантирует стабильное качество товарного ванадиевого шлака, обеспечивает повышение извлечения ванадия из чугуна в шлак, уменьшает экологическую нагрузку, обеспечивает строгое выполнение заказов на сталях с ограниченным содержанием ванадия.
Данные преимущества предлагаемого способа переработки ванадиевого чугуна достигаются с учетом суммарного содержания кремния и титана в чугуне, являющееся главным заявляемым настоящей заявкой элементом способа извлечения ванадия при конвертерном переделе ванадиевого чугуна дуплекс-процессом.
Анализ патентов и научно-технической информации подтвердил, что заявляемая технология актуальна и соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень", поскольку существенные признаки не встречаются в анализируемых источниках информации. Результаты опытного опробования, приведенные в табл.1 и табл.2, доказывают промышленную применимость заявляемого способа.
Предлагаемые параметры установлены экспериментальным путем при переделе ванадиевого чугуна в 160-тонных конвертерах с верхним кислородным дутьем с получением на первой стадии (деванадации) ванадиевого шлака и углеродистого полупродукта, а на второй стадии в другом конвертере - сталь.
Источники информации
1. RU 2201968 C2, C21C 5/28, 10.04.2003.
2. В.А.Кудрин «Теория и технология производства стали», издательство «Мир», 2003 г., стр.74.
3. Патент 2371483 "Способ переработки ванадийсодержащих чугунов", приоритет 30.03.2007.
Извлечение ванадия из чугуна в шлак в опытных плавках
Таблица 1
№ п/п
Si чуг, %
Ti чуг, %
Расход охладителя, т
V остаточный, %
V чуг, %
Степень ошлакования, %*
1
0,07
0,04
9,2
0,03
0,42
92,8
2
0,09
0,10
10,3
0,03
0,43
93,0
3
0,08
0,07
9,7
0,03
0,42
92,8
4
0,07
0,11
9,6
0,03
0,45
93,3
5
0,07
0,07
9,3
0,03
0,43
93,0
6
0,09
0,07
9,4
0,03
0,47
93,6
7
0,06
0,05
9,1
0,04
0,44
90,9
8
0,08
0,07
9,7
0,04
0,43
90,6
9
0,06
0,09
9,7
0,04
0,45
91,1
10
0,09
0,10
10,3
0,03
0,43
93,0
Средние значения
0,033
92,4
* Примечание - степень ошлакования=(Vчуг-Vп/п)/Vчуг
Степень извлечения ванадия из чугуна в шлак в сравнительных плавках
Таблица 2
№ п/п
Si чуг, %
Расход окалины, т
V остаточный, %
V чуг, %
Степень ошлакования, %
1
0,14
12,0
0,03
0,43
93,0
2
0,08
7,0
0,05
0,42
88,0
3
0,11
8,5
0,07
0,46
84,7
4
0,08
6,8
0,06
0,42
85,7
5
0,14
13,2
0,03
0,44
93,2
6
0,10
9,7
0,04
0,41
90,2
7
0,11
7,0
0,07
0,43
83,7
8
0,13
11,8
0,04
0,42
90,4
9
0,07
7,0
0,09
0,43
79,0
10
0,15
12,1
0,03
0,43
93,0
Средние значения
0,051
88,8