Способ выплавки ванадиевых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВГОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) (57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ВАнАДИЕЮХ СПЛАВОВ, включакщий загрузку ирасплавление.шихты, восстановлениекремнием ванадия из пятиокиси ванадия и ванадиевого шлака в первомпериоде, рафинирование полученногосплава от кремния пятиокисью ванадия, доводку сплава до заданногосостава во втором периоде и выпускготового сплава, о т л и ч а ю щ и й;с я тем, что, с целью уменьшениярасхода шихтовых материалов и злек 808495 А 3(59 С 21 С 5/52; С 22 С 35/00; С 21 С 7/00 троэнергии, увеличения производительности процесса и снижения себестоимости, в первом периоде ванадиевый шлак вводят на поднну печи до ввода остальной части шихты, содержащей пятиокись ванадия, ферросилиций и известь при их соотношении 1.(1,65 - 2,25) : (4,75 - 6,75), во втором периоде дополнительно осу" ществляют восстановление ванадия из шлака при вводе в расплав последовательно по 10 - 15 смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести в соотношении 1:(3,20 - 4,0).: (7 - 8,7), а доводку расплава осуществляют дополнительным введением в него известняка, извести Я и ферросилиция в соотношении 1:1:1,2Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что ванадиевый шлак вводят в первом периоде в количестве 23,1 - 24,4 вес. от веса шихты.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что при доводке ванадиевого расплава расход ферросилиция выбирают 12 - 17 от его количества в первом периоде.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке способов выплавки в дуговых электро- печах ванадиевых сплавов.цИзвестен способ выплавки ванадиевых сплавов в дуговой электропечи, 5 включающий восстановительный период плавки, восстановление ванадия ведут из оборотного шлака периода рафинировки и технической пятиокиси ванадия кремнием ферросигипия и алюминием, используя в качестве флюсующей добавки известь, а в качестве растворителя - стальную обрезь, металлотсев ванадиевого шлака, получаемый при его магнитной сепарации и т.д. Во второй период полученный сплав обогащают ванадием за счет восстановления его из присаживаемой совместно с известью технической пятиокиси ванадия. Восстановление так. же преимущественно ведут кремнием ферросилиция и алюминия. Полученный сплав (35 - 403 ванадия, 9 - 12 кремния) рафинируют (третий период) от кремния, загружая в печь техническую пятиокись ванадия (окислитель) и известь (флюсуюгщий реагент) для связи образующейся двуокиси кремния и повышения полноты рафинирования сплава от кремния, По окончании третьего периода наряду с рафинированным от кремния сплавом получают основной шлак, содержащий 10 - 1 б=; пятиокиси ванадия, который используется Б первом г.ериоде гослгдующей плавки Г 1 135Недостатком известного способа является примекенис в качестве основного ванадийсодержащего продукта дорогостояг.,ей 13000 руб/т)технической пятиокиси ванадия. К тому же 4 г 3 применяемая для выплавки феррованадия пятиокись ванадия содержит ДО 0 г 1 о фссфОРа и сеРы ( кажДОГО) и ЯБ ляется основным поставщиком фосфора и серы в готовый ферросплав.Наибслее близким по технической сущности и дОстигаемОму результату к предлагаемому является способ выплавки ванадийсодержащих сплавов в два периода, включающий загрузку и расплавление шихты, восстановление ванадиевого шлака и пятиокиси ванадия кремнием и рафинирование полученного сплава технической пятиокисью ванадия, доводку сплава во втором периоде и выпуск готового сплава 2)Йедостатками известного способа выплавки ванадийсодержащих сплавов являются не высокая производительность процесса, высокое содержание окиси ванадия в шлаке, ведущее к дальнейшей его перераоотке, и ограниченное применение ванадиевогошлака, вызывающее увеличение стоимости получаемых сплавов. 1 телью изобретения являетсяуменьшение расхода шихтовых материалов и электроэнергии, увеличениепроизводительности процесса и снижение себестоимости Банадиевогосплава,Указанная цель достигастся тем,что согласно способу выплавки ванадиевых сплавов, включающему загрузку и расплавление шихты, восстановление кремнием ванадия из.ванадиевого шлака и пятиокиси ванадия впервом периоде, рафинирование полученного сплава от кремния пятиокисьюванадия, доводку сплава до заданногосостава во втором периоде и Бь:пускготового сплава,в первом периодеванадиевый шлак вьодят на подинупечи до ввода остальной части шихты, содержащей пятиокись ванадия,ферросилиций и известь при их соотношении 1: 11,б 5 - 2,25) : (4 г 75 - 6,5)во втором периоде, допо.пнительноОСУЩЕСтВЛЯЮт ВОССтаНОВЛЕНтИЕ БаиаДИ;из шлака гри вводе в расплав последовательно по 10 - 15 смеси Банадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести в соотношении 1:(3 лг 20-4 гО );:(7 - 8,7), а доводку расплава осуществляют дополнительным введениемв него известняка, извести и ферро 1: 1: 1.При этом ванадиевый Блак вводятБ ПЕРВОМ ПЕрИОдЕ В КОЛИЧЕСТБЕ 23 г 124,4 вес.-; от веса шихты,РОгМЕ ТОГО г ГтРИ ДОВОДКЕ ББНаДИСвого сплава расход ферросигиция СОставляет 12 - 17 л от ет.о количес.вгв первом периоде плавки 1 елесообразность применения Бан-. - ДИЕБОГО ШЛБКа ВЗаМЕН ТЕХ:гИЧЕСКОй и тиокиси ванадия при произволстве феррова ат 1 ия обусловлена не только МСН ЬШСй СГОИМОСтттЮ Бан ат 1 И Я Б Б ан авт - ЕВОЫ ШлаКЕ ( СТОИМОСТЬ 1 ГГл бг, Б Ва" налиевом шлаке составляет 1400 руб ) НО И ПОБЫШЕНИЕМ СКВОЗНОГО ИЗВЛЕЧЕНг.Я вандия из ванадиевого шлака Б сплав, так как для этой части шлака стили;: ПОЛУтгЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПятнгОКИСИ Ба наДИЯ, пРи гкстоРОй теРЯетсЯ До О; ВанаДИЯ, СОллгЕРжатГЕГО В ШлаКЕг ИСКЛК;- гается.Применение ванадиевого шлака увеличивает количество печного шлака. Последнее гри одной . той же основности шлака полезно, т-к как уменьшает концентрацию фосфора и серы в шлаке, а следовательно, их конценрацию в металле, Применение ванадиевого шлака полезно и с точки зрения получения в сплаве низкого содержания углерода. Окислы железа Банадиевого шлака г;ри сравнительно высоких температурах процесса (1 бОО - 1750 гтС) легко восстанавливаются растворенньгл Б ванне углеродом, образуя окись углерода, которая фильтруя шлаковый слой, способствует ускорению и увеличению полноты восстановления окислов ванадия из шлака.Ванадиевый шлак, как материал, 5 содержащий железо (40 в виде окислов и 20 в виде металлических включений),заменяет применяемый (по известному способу) в первом периоде стальную обрезь и (или) металлоот сен, загружаемых на подину печи, причем его применение, как материала, изолирующего подину печи от агрессивного воздействия пятиокиси ванадия, более эффективно, так как тугоплавкий ванадиевый шлак химичес. ки взаимодействует с легкоплавкой пятиокисью ванадия, нейтрализуя. ее разрушающее воздействие, в то время как известные материалы химически инертны к шлаковому расплаву, содержащему пятиокись ванадия.Однако при этом содержание ванадиевого шлака от всей шихты (ванадиевый шлак, пятиокись ванадия, известь, Ферросилиций) не превышает 24,4, так как при дальнейшем увеличении доли ванадиевого шлака в шихте продолжительность периода воз растает, существенно увеличивается расход восстановителя и извести и повышается расход электроэнергии. Расход ванадиевого шлака должен быть выше, чем во второй период. Экспериментально доказано, что расход ванадиевого шлака, с точки зре- З 5 ния получения оптимальной продолжительности первого и второго периода при максимально возможном количестве ванадиевого шлака, в первом периоде должен быть в 3-4 раза больше, 40 чем во второй период. напротив, расход технической пятиокиси ванадия, способствующий быстрому образованию жидкоподвижного реакционноспособного шлака, в первый период должен 45 быть в 3-4 раза меньше, чем во второй период.Концентрация кремния в смеси, присаживаемой на поверхность проплавляемого ванадиевого шлака, рассчитывается из условийпрактически полного восстановления окислов железа, марганца и ванадия, в том числе вносимых пятиокисью ванадия, 50-75 носстановления окислов титана, хрома и фосфора, а также степени усвоения его непосредственно расплавом.Содержание извести в смеси учитывает получение шлака с основностью 2,2 - 2,5, При большой основности шлака плавление шихты резко ухудшается вследствие раннего выхода электрических дуг на поверхность расплава, Продолжительность первого периода плавки при этом существенно увеличивается, Ь 5 При получении шлака меньшей основности восстановление ванадия вследствие образования весьма устойчивых силикатов ванадия тормозится и доводка шлака в этом случае до требуемых параметров зачастую невозможна.Последовательное введение в печь ферросилиция, смеси пятиокиси ванадия и извести способствует ускорению прогрева и плавления шихты, быстрому набору нагрузки печи и устойчивому горению электрических дуг под слоем твердой шихты.Соотношение между содержаниями в шихте ванадиевого шлака и пяти- окисью ванадия во втором периоде подбирается экспериментально. Это соотношение должно быть 1:(3 - 4).При введении в шихту большего количества ванадиевого шлака, продолжительность плавления шихтовых материалов заметно увеличивается.Содержание извести в шихте второго периода рассчитывается из тех же условий, что и в первом периоде, т.е, для обеспечения необходимой основ- ности шлака.Завалка шихты второго периода производится последовательно по 10-15 от веса всей шихты этого периода, по мере проплавления предыдущей порции. Быстрая завалка шихты, так же как и увеличение веса порции шихты более 15, приводит к образованию жидкоподвижного шлакового расплава и ныходу электрических дуг на поверхность расплава, Это приводит к снижению стойкости Футеронки и замерзанию плавки, При весе порции меньше 10 продолжительность проплавления шихты в целом затягивается, увеличивая время второго периода и в целом плавки.При выплавке феррованадия по предлагаемому способу после операции баклуширования, с 1 ть которой сводится к вводу деревянных баклуш на границу раздела металл шлак и увеличению поверхности их взаимодействия вследствие выделения газообразных продуктов горения дерева, содержание кремния в сплаве редко снижается ниже б, а концентрация пятиокиси ванадия шлака ниже 7-8, Для окончательной, довод.ки шлака по окончании второго периода в печь присаживают смесь извести, известняка и ферросилиция, Содержание Ферросилиция в смеси состав ляет 12-17 от его расхода в первый период. Связь между расходами ферросилиция в первом и втором периодах сводится к тому, что при расходе его больше указанного наблюдается отставание нагрева металла от полноты восстановпення ванадия,чтоПо окончании первого периодасплав содержит, Ъ: ванадий 20-25;кремний 22-26; марганец 3-5; Р 0,050,07 р 9 0,04-0,05; С 0,2-0,4.Слитый после первого периодашлак содержит, Ъ: У 20 . 0,23-0,28;51 02 25-27; Сао 53-56; Мо, 2-4;Лг О, 5-7. 50 приводит к снижению реакционнойспособности сплава во втором периоде.Содержание извести и известнякав смеси рассчитывается из условиясвязи образующихся от окисления5кремния его окислов и основностишлака на уровне 2,2 - 2,5. При этомвведенный в смесь известняк имеетбольший удельный вес, чем шлак и достигает поверхности металл - шлак,которая существенно увеличиваетсявследствие выделения пузырьков двуокиси углерода, образующихся приразложении известняка,Этот прием позволяет повысить 15полноту рафинирования сплава откремния и довести концентрацию пятиокиси ванадия в шлаке 0,20 - 0,30%.П р и м е р. В дуговую электропечь (ДС) после заправки подины 20и откосов в печь присаживают ванадиевый шлак. После подачи ванадиевого шлака и включения печи по мерепроплавления ванадиевого шлака впечь подают смесь Ферросилиция, извести и пятиокиси ванадия порционно по мере расплавления и оседанияшихты, находящейся в печи. Продолжительность завалки составляет 3040 мин. Расплавление шихты ведут 30при включении обмоток трансформатора по схеме треугольник 1 при напряжении 244 В и силе тока 40005000 А. Продолжительность расплавления составляет 1,5 - 2 ч. Послерасплавления и прогрева расплаваобмотки печного трансформатора переключают на схему Звезда принапряжении 144 В и той же силе тока,Процесс восстановления интенсифицируют присадками на расплав порционно (20 - 30 кг) Ферросилиция и алюминия при одновременном перемешивании ванны стальным гребком. Завалку шихты второго периода,состоящую из смеси ванадиевого шлака, пятиокиси ванадия и извести,проводят порционно по мере расплавления предыдущей порции, Печь вновьвключают на напряжение 244 В присоединении треугольник. По расплавлению и прогреву шихты второгопериода плавки обмотки трансформатора переключают на схему Звездапри напряжении 144 В и после дополнительного прогрева ванны в течение5-8 мин начинают баклуширование.Перед загрузкой шихты для доводкишлака трансформатор переключают на1 треугольник и после расплавленияшихты присаживают порционно (2030 кг) Ферросилиций и алюминий.Компоненты шихты для первого ивторого периодов выплавки,феррованадия и его доводки приведены втабл. 1-4 соответственно.После доводки сплав содержит,вес.Ъ; Ч 38,9-46,9; 51 1,0-6,4;С 0,35-0,58; Мр 2,6-4,2; Р 0,040,08 у 5 0,03-0,06. КонцентрацияУО в сливном шлаке составляет0,28-0,31. Полученный сплав можетотличаться от стандартного толькосодержанием кремния,в котором концентрация кремния не превышает 3,По другим компонентам, и в особен-Тности тем, концентрация которыхстрого ограничивается (Р, 5,С) икоторые существенно влияют на качество легируемого металла, содержание этих примесей удовлетворяеттребованиям, предъявляемым по этимкомпонентам к высшим сортам Феррованадия,Предлагаемый способ исключаетпериод рафинировки сплава, что приводит к экономии материалов (технической пятиокиси ванадия, извести)и электроэнергии, расходуемых впериод рафинировки, исключает расходы, связанные со сливом, хранением и применением оборотного ванади 6содержащего рафинировочного шлака.Родовой экономический эффект пр 1переходе на выплавку Феррованадияпо данному изобретению в полномобъеме (40 тыс. т) составляет3,5 млн.руб./год,1068495 Т а б л и ц а 1 Компоненты шихты первого периодаплавки, кг Соотношение между пятиокисью ванадия, ферросилицием и из- вестью Плавка Ванадиевый шлак Пятиокись Известь Ферросиванадия лиций1150 1 5502-3 600 200 1:2,05:5,751:2,25;6,51:1,75:51:1,65:4,75 410 23,8 450 200 1300 23,5 300 700 1500 525 23,1 930 8-11 400 1900 660 23,9 12-15 1200 450 2400 850 1:1,9 :5,3 24,4 16 и доконцакомпании 1500 600 1100 1:1,8:5,3 3200 23,8 Т а б л и ц а 2 Соотношение между ванадиевым шлаком, пятиокисью ванадияи известью Компоненты шихт второго периода,кг 1 лавка Ванадиевый ПятиокисьИзвестьшлак ванадия 150 1:4,0:8,71:3,5:71:3,2:7,11:3,7.8,61 й 4 : 8,7 600 1300 1400 2-3 200 700 4-7 225 1600 720 240 900 2060 12-15 1200 2600 300 16 и доконца.компании 3500 500 1600 1:3,2:7 Таблица 3 Соотношениемежду известняком, известью и ферросили- цием Количество ферросилиция от его расхода в первомпериоде Компоненты смеси для доводки сплава, кг Плавка Известь Ферросилиций Известняк 1:1:1 160 160 160 14,5 12-34-78-1112-1516 и доконцакомпании 60 70 75 80 145 60 70 75 80 145 60 70 75 80 145 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1;1:1 Количество ванадиевогошлака отобщеговеса шихты, В 14,1 15,5 14,2 12,0 17,010 1068495 Таблица 4 Плавка 1880 2070 520 795 1890 2080 790 530 787 1900 2090 2385-42 535 780 1940 2180 Известный в течениекомпании 2495-43 499 841 2520 2469 Составитель йКосторной Редактор Н.Рогулич Техред В.далекорей Корректор А.ЗимокосоваЛеЗаказ 11400/23 Тираж 544 ПодписноеВнИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 Способ выплавки феррованадия Предлагаемой2-3 16 и доконцакомпании Произво- дительностькг/ч Расход пятиокиси ванадия, кг/тсплаваРасход извести кг/т сплава