СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ ТИТАНОМАГНЕТИТОВ ПРИ ПРЯМОМ ЛЕГИРОВАНИИ СТАЛИ ВАНАДИЕМ
PROCEDURE FOR PROCESSING VANADIUM CONTAINING TITAN-MAGNETITE AT DIRECT ALLOYING STEEL WITH VANADIUM

Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке ванадийсодержащих титаномагнетитов и выплавке легированных ванадием сталей.
Известны способы переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов при прямом легировании стали ванадием [1-3].
В этих способах используется в качестве источника восстановительных сред природный газ, уголь или углеродсодержащие материалы.
В известных способах [3-5] используется комбинированный способ восстановления ванадийсодержащих титаномагнетитов: жидкофазное восстановление в агрегате прямого жидкофазного восстановления (ПЖВ) и твердогазофазное восстановление в агрегатах металлизации. При этом агрегат ПЖВ работает в смешанном режиме: с получением жидкого чугуна и горячих восстановительных газов, направляемых в агрегат металлизации.
Однако недостатком этих способов является сравнительно высокое содержание фосфора в чугуне, что усложняет процесс извлечения ванадия в сталь в восстановительный период в электродуговой печи. В этом случае приходится для предварительного извлечения ванадия дополнительно вводить в технологическую схему агрегат деванадации, что усложняет технологический процесс.
Кроме того, при большом содержании оксидов железа в рудных материалах и большой доле жидкофазного восстановления в агрегате ПЖВ в шлак переходит значительное количество оксидов железа, что приводит к снижению степени извлечения ванадия и может явиться причиной аварийного вспенивания шлака.
Таким образом, известен способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего железорудного сырья [3]. Однако недостатком этого способа является повышенное содержание фосфора в чугуне агрегата ПЖВ, что затрудняет протекание восстановительного процесса в электродуговой печи и большое содержание оксида железа в шлаке агрегата ПЖВ, что приводит к снижению степени извлечения ванадия и риску вспенивания шлака. Кроме того, расход угля на протекание процессов жидкофазного восстановления значителен.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение увеличения извлечения ванадия в металл, снижение расхода угля на жидкофазное восстановление и снижение риска вспенивания шлака в агрегате ПЖВ.
Эта задача решается следующим образом.
Способ переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов с прямым легированием стали ванадием включает восстановление титаномагнетитовых ванадийсодержащих рудных материалов углем или углесодержащими материалами в агрегате прямого жидкофазного восстановления с одновременным получением чугуна и горячих восстановительных газов, металлизацию в агрегате металлизации окисленных ванадийсодержащих окатышей при подаче горячих восстановительных газов из агрегата прямого жидкофазного восстановления, подачу жидкого чугуна, металлизированных окатышей и лома в дуговую электропечь и плавку с получением легированной ванадием стали, отличается тем, что часть горячих металлизированных окатышей из агрегата металлизации загружают в агрегат прямого жидкофазного восстановления, при этом доля металлизированных окатышей в шихте агрегата прямого жидкофазного восстановления m определяют из соотношения
ж.к
м.o.
где FeO и FeO - содержание FeO в титаномагнетитовом ванадийсодержащем рудном материале или в пересчете оксидов железа на FeO по кислороду и в металлизированных окатышах соответственно.
Как известно, нормальный ход плавки в агрегате ПЖВ (печи РОМЕЛТ) характеризуется содержанием FeO в шлаке на уровне 3,0-3,5% [4]. Различные факторы неточностей в управлении процессом (избытки или недостаток угля, увеличение его крупности и зольности) могут приводить к увеличению содержания FeO в шлаке и возникновению риска вспенивания шлака.
Этот риск увеличивается с содержания оксидов железа в рудных материалах и с увеличением расхода угля на протекание процессов восстановления оксидов железа. С увеличением расхода угля увеличивается и содержание фосфора в получаемом чугуне, что приводит к необходимости установки агрегата деванадации и усложнению технологической схемы. Прямое же использование богатого фосфором чугуна в электродуговой печи затрудняет протекание восстановительного периода плавки вследствие синхронного перехода ванадия и фосфора в металл.
Дополнительная задача металлизированных окатышей в ванну агрегата ПЖВ снижает расход угля, что в свою очередь уменьшает содержание фосфора в чугуне.
Кроме того, так как содержание оксида железа FeO в металлизированных окатышах невелико (на уровне 7,5-16,7% [5]), то восстановительные процессы в ванне проходят более спокойно, степень жидкофазного восстановления соответственно снижается, а возможность увеличения содержания FeO в шлаке также уменьшается.
Необходимая пропорция рудных материалов и металлизированных окатышей в шихте агрегата ПЖВ оценивается, прежде всего, по необходимости поддержания на требуемом уровне содержания FeO в шлаке. Концентрация FeO в шлаке, равная 6-7%, уже является предельной, приводящей к риску вспенивания шлака и аварийному состоянию процесса [4]. Учитывая, что нормальное протекание процесса РОМЕЛТ обеспечивается при содержании FeO в шлаке на уровне 3,0-3,5%, можно считать двухкратный запас по снижению содержания FeO в шлаке достаточной гарантией безаварийности процесса. При этом требуемое соотношение металлизированных окатышей и титаномагнетитового ванадийсодержащего рудного материала, обеспечивающее двухкратный запас по содержанию FeO в шлаке, определится из выражения
ж.к
м.о.
где m - доля металлизированных окатышей в шихте; FeO и FeO - содержание FeO в титаномагнетитовом ванадийсодержащем рудном материале (в пересчете оксидов железа на FeO по кислороду) и в металлизированных окатышах соответственно.
Тогда из формулы (1) получаем
ж.к
м.о.
Например, при FeO=80% и FeO=15% величина
.
При добавлении в шихту металлизированных окатышей требуемый расход угля на восстановление оксидов железа снижается. Это снижение оценивается по доле снижения кислорода в шихте при добавлении металлизированных окатышей, и оно будет соответствовать двухкратному снижению содержания FeO в шихте, т.е. требуемый расход угля на восстановление оксидов железа также при этом снижается в два раза.
При снижении содержания FeO в шлаке увеличивается извлечение ванадия в чугун агрегата ПЖВ. Так, при снижении содержания FeO в шлаке с 5% до 0,5% степень извлечения ванадия увеличивается с 30% до почти 80% [4].
При этом будет снижено и содержание фосфора в чугуне, так как основным источником фосфора в чугуне является уголь. Даже простое «разбавление» шихты металлизированными окатышами, практически не содержащими фосфора, приводит к соответствующему их доле в шихте снижению содержания фосфора в чугуне. Это облегчает протекание восстановительного периода в дуговой электропечи и позволяет увеличить долю ванадия в стали.
На чертеже приведено устройство, реализующее данный способ. Оно состоит из агрегата ПЖВ (1), шахтной печи металлизации (ШП) (2), дуговой электропечи ЭДП (3) и рекуператоров (4) и (5).
Устройство работает следующим образом. В агрегат ПЖВ (1) загружается титаномагнетитовый ванадийсодержащий рудный материал (6), энергетический уголь (7) и часть металлизированных окатышей из шахтной печи (15). В рекуператор (4) подается кислородно-воздушная смесь (9). Получаемый в агрегате ПЖВ горячий восстановительный газ (10) поступает в рекуператор (4), в который подается и нагреваемая кислородно-воздушная смесь (9). Восстановительный газ с температурой 750-850°С из рекуператора (4) подается на вход ШП (11). Подогретое кислородно-воздушное дутье подается на фурмы агрегата ПЖВ (8). В ШП поступают окисленные окатыши, содержащие оксиды ванадия (12). Металлизированные окатыши ШП (14) подаются в электропечь (3). Часть металлизированных окатышей (15) подается в агрегат ПЖВ (1). В электродуговую печь (3) подается также чугун агрегата ПЖВ (13) и лом (16). Колошниковый газ ШП (17) подается в рекуператор (5) как теплоноситель, в который также подается нагреваемый кислород (18). Далее подогретый кислород поступает на верхние фурмы агрегата ПЖВ (19) для дожигания части восстановительного газа. Часть колошникового газа используется в топливно-кислородных горелках ЭДП (20), а часть подается как экспортный газ (21). Часть металлизированных окатышей используется в виде экспортных (22). Состав металлической части электродуговой печи: 50-60% металлизированных окатышей, 30-40% чугуна, 10-20% металлического лома.
Использование данного способа приводит к увеличению извлечения ванадия в металл, снижает риск вспенивания шлака и облегчает управление плавкой в агрегате ПЖВ, обеспечивает снижение расхода угля на процесс восстановления в агрегате ПЖВ.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Лисиенко В.Г., Соловьева Н.В., Трофимова О.Г. Альтернативная металлургия: проблема легирования, модельные оценки эффективности / Под ред. В.Г.Лисиенко. М.: Теплотехник, 2007. - 440 с.
2. Лисиенко В.Г., Попов В.В. Способ бескоксовой переработки рудного сырья с получением легированной ванадием стали. Патент на изобретение №2318024. Бюл. №6, 27.02.2008.
3. Лисиенко В.Г., Юсфин Ю.С., Смирнов Л.А. и др. Способ бескоксовой переработки ванадийсодержащего рудного сырья с получением легированной ванадием стали, горячих металлизированных окатышей и ванадиевого шлака. Патент на изобретение №2287017. Опубл. 2006.11.10.
4. Процесс Ромелт /В.А.Роменец, B.C.Валавин, А.Б.Усачев и др./ Под ред. В.А.Роменца. - М.: МИСиС, Издательский дом «Руда и Металлы», 2005. - 400 с.
5. Ровнушкин В.А., Смирнов Л.А. Выплавка ванадийсодержащих сталей в электродуговых печах с использованием качканарских металлизированных окатышей. Проблемы производства и применения сталей с ванадием. Материалы Международного научно-практического семинара. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С.144-171.