Способ алюминотермического получения ферротитана

(55 С 22 С 33/04 О ИЕ ИЗОБРЕТЕН О РСКО К ИДЕТЕЛЬСТВ ГО ургический ферроспла,А, Гладких, В. В,Тре гутермия. М.: тан глюм ением шл 141 - Ф - ический , Двуреу ферро(тех 01,1 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОС ПАТЕ НТ С С С Р)(56) Лякишев Н.П. и др. АлюминМеталлургия, 1978, с,323,ТИ 141 - Ф.1-86. Фер ротнотермический с довосстановлка, КЗФ, Двуреченск, 1986,Изобретение относится к металлургии, а именно к производству ферротитана алюминотермическим способом.При производстве ферросплавов и лигатур широко используют алюминотермический способ восстановления металлов из их оксидов (см.кн. "Алюминотермия "автЛякишева Н.П, и др, - М Металлургия, 1978, с.323), В качестве восстановителя при производстве ферротитана применяют алюминиевый порошок и ферросилиций,Процесс характеризуется получением ферротитана с повышенным содержанием алюминия, низким использованием алюминия, как восстановителя; значительным переходом алюминия в металл, как балластной составляющей; высоким содержанием титана в шлаке; низкой жидкоподвижностью шлака и уменьшенным выходом сплава.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ алюминотермического получения ферротитана(54) СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКО ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА(57) Использование: производство ферротитана алюминотермическим способом, Сущность изобретения: перед введением довосстановительных частей шихты в каждом цикле отдельным приемом загружают и проплавляют восстановительно-известковую смесь, состоящую из алюмокремниевого сплава и извести при соотношении компонентов (3,0 - 25,0);1 в количестве 0,016-0,17 от массы соответственно заданного в каждом цикле ильменитового концентрата. а затем загружают и проплавляют довосстановительную часть шихты с термичностью 15.5 - 17,5 ккал/г-атом шихты, 1 табл. нологическая инструкция ТИ - 86 "Ферротитан элюминотер довосстановлением шлака", КЗ нск, 1986), по которому выплав тана ведут в два цикла по три стадии, две из которых составляют загрузку и проплавление частей основной шихты, третья - загрузку и проплавление довосстановительной части шихты, затем производят выдержку и выпуск продуктов плавки,Ведение плавки ферротитана начинают с загрузки в горн титановых отходов, задают в два приема части основной шихты и затем производят довосстановление оксидов титана из жидкого шлака и формирование полупродукта глиноземистого, путем дачи довосстановительной смеси, После окончания проплавления довосстановительных частей шихты и полного прохождения восстановительных реакций произвоят частичный слив высокоглиноземистого полупродукта. После слива полупродукта задаюти расплавляют вторую часть основной шихты, присаживают на расплав довосстановительную часть, выдерживают расплав в горне до окончания кипения и производят слив продуктов плавки (металла и полупро дукта) в изложницу.Наиболее существенными технологическими недостатками прототипа являются получение к концу расплавления основных частей шихты вязкого тугоплавкого шлака, 10 содержащего большое количество титана, кокс в металлической форме - в виде корольков, так и в виде оксидов титана, Применение довосстановительной шихты в виде смеси алюминиевого порошка, ферро силиция, железорудных окатышей и извести приводит к перерасходу алюминия от стехиометрически необходимого для восстановления оксидов титана и железа, который частично выносится из горна, а частично 20 переходит в металл, как балластная добавка с образованием алюминидов ТЦ+АЦ -Т, АЦ. При этом происходит замедление процесса формирования шлака и ухудшение довосстановления оксидов титана из-за 25 наличия оксидной пленки на порошке алюминия; уменьшается скорость ассимиляции извести, образующийся за счет окисления кремния оксидами железа, кремнезем, связывая в первую очередь известь по реакции 30 (СаО+Я 02) (СаО Я 02) повышает тем самым активность оксида алюминия и снижает выход основного элемента - титана согласно уравнению;353(Т 02)+4 А Ц ТЦ+2(А 20 з)7 то д 1ТЦ -а АОз40 т.к. выход титана обратно пропорционален активности глинозема,Образующийся глинозем остается свободным вплоть до полного восстановления кремнезема алюминием по схеме 45(Я02)+А Ц -Б Ц+(А 203)и только затем идет связывание глиноземаизвестью 50(СаО)+(АлОз) -(СаО А 20 з)Поэтому процесс формирования шлака затягивается и алюминий не выполняет 55 предназначенные ему функции,Все указанные недостатки приводят к тому, что конечный сплав содержит повышенное количество алюминия, а также цветных металлов, перешедших в сплав из алюминия, в шлаке остается повышенное количество окисного и металлического титана, что снижает степень перехода его в сплав, наблюдается повышенный расход и ферросилиция,Минимальное соотношение сплава и извести (3:1) соответствует максимальному содержанию алюминия в сплаве и образованию первичных алюминатов кальция СаО х А 20 з, Дальнейшее снижение этого соотношения ведет к наличию свободной извести, снижению термичности процесса, повышению тугоплавкости и вязкости шлака (т.к. СаО имет температуру плавления =2625 С), Кроме того, что наиболее существенно, наличие свободного СаО приводит к связыванию оксидов титана (ТОг)+ + СаО -(СаО Т 02), что резко ухудшает их восстановимость, снижает степень извлечения титана и выход сплава,Максимальное соотношение сплава и извести (25;1) соответствует минимальному содержанию алюминия в сплаве и образованию предельных алюминатов кальция СаО х х 6 А 20 з, Дальнейшее увеличение этого соотношения приведет в первую очередь к образованию свободного глинозема А 20 з, что, как было показано ранее, ведет к снижению степени использования алюминия как восстановителя, повышенному переходу алюминия и кремния в сплав. ухудшению качества сплава,Внесение смеси в количестве меньше, чем 0,016 от массы заданного на предыдущих этапах ильменитового концентрата не может обеспечить эффективного васс-.ановления оксидов титана алюминием, из-за недостатка последнего, а также не позволит получить шлак с оптимальными физико-химическими свойствами из-за недостатка извести.Присадка избытка смеси более 0,17 от массы ильменитового концентрата приведет к не полному использованию алюминия, как восстановителя, к повышенному переходу в сплав алюминия и кремния и как следствие, к ухудшению качества сплава по этим элементам, Избыток смеси также вызовет наличие свободного СаО, который как показано ранее, отрицательно влияет на активность оксидов титана и, в конечном счете, на восстановимость титана.Максимально допустимая термичность довосстановительной части шихты 17,5 ккал/г-атом шихты соответствует максимальному приближению соотношения алюминия к железорудным окатышам к стехиометрически необходимому. Это возможно при предварительной даче в1786170 55 плавильное пространство смеси алюмокФремниевого сплава и извесги с максимальным их соотношением (25;1) и вмаксимальном количестве (0,17 от массыпредварительно заданного ильменитового 5концентрата).Минимальный уровень термичностишихты (15:5 ккал/г-атом шихты) выбран изусловий поддержания необходимой температуры расплава, исключения его замораживания, за счет дачи свежей шихты,обеспечение основного функциональногоназначения присадки как восстановительной и осадительной части и определяетсядачей минимального количества смеси алюмокремниевого сплава и извести (0,016 отмассы предварительно заданного ильменитового концентрата) с минимальным их соотношением 3:1, Минимальная термичность15,5 ккал/г-атом шихты является достаточной, т,к. поддержание необходимых тепловых условий в плавильном пространстведляпроведения довосстановительных и осадительных операций обычной плавки обеспечивается термичностью шихты 13 - 15 ккал, в 25зависимости от состояния оксидного расплава. При любых отклонениях процессаприсадки довосстановительной шихты стермичностью 15,5 ккал/г-атом шихты обеспечивает выполнение ее функционального 30назначения, Дача довосстановительнойшихты меньшей термичности приводит кснижению температуры расплава, ухудшению осаждения корольков восстановленного металла и снижению выхода сплава. 35В промышленных условиях Ключевского завода ферросплавов проведено опробование предлагаемого способа,В качестве шихтовых материалов использовали титановый ильменитовый 40концентрат (55,4% Т 02), железорудныйокатыш, алюминий вторичный (гранулированный и порошковый), ферросилиций 75%ный, известь и алюмокремниевый сплав.Результаты испытаний приведены в 45таблице 1. Для сравнения проводили плавки по способу прототипу, заключающемусяв том, что после подачи в агрегат отходовметаллического титана (92/) процесс осуществляли в два цикла. В первом(приемы 2, 503, 5, таблицы 1) основную шихту вводили вдва приема (прием 2 и 3 таблицы 1); во втором цикле (прием 6, 8, табл,) основную шихту вводили в один прием (6) и затем загружали довосстановительную часть шихты (8). Плавки по заявляемому способу проводили по технологии аналогичной способу-прототипу, включающему два технологических цикла, отличающиеся введением отдельными приемами (4 и 7, табл,) перед довосстановительными частями шихты восстановительной известковой смеси, содержащей алюмокремниевый сплав и известь в заявляемом соотношении и количестве, и изменением терм ичности довосстановительных частей шихты. Количество восстановительно-известковой смеси для каждого цикла принималось согласно заявляемому в зависимости от количества введенного в каждом цикле титанового концентрата.Испытания показали, что извлечение титана из шихты составило 94,8 - 96,1 против 94,6 опо способу-прототипу, содержание алюминия и кремния в ферротитане снизились до 9,4 и 6,2 против 12 и 7,3% по способу-прототипу соответственно, минимальный удельный расход алюминия и ферросилиция 75 -ного из расчета на одну базовую тонну ферротитана (20 ) составил 254,4 кг против 310,7 и 3,7 кг против 34 кг по способу-прототипу соответственно.Формула изобретения Способ алюминотермического получения ферротитана, включающий предварительную подачу в агрегат отходов металлического титана, загрузку и расплавление основных частей шихты, довосстановление оксидов титана, выдержку и выпуск продуктов плавки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения извлечения титана, улучшения качества при снижении удельного расхода алюминия и ферросилиция, перед довосстановлением оксидов титана дополнительно загружают и проплавляют восстановительно-известковую смесь. состоящую из алюмокремниевого сплава и извести при соотношении компонентов (3,0 - 25,0):1 в количестве 0,016 - 0,17 от массы соответственно заданного в каждом цикле ильменитового концентрата, а затем загружают и проплавляют довосстановительную часть шихты с термичностью 15,5 - 17,5 Ккал/г-атом шихты.1786170 Результаты сравнительных плавок по предлагаемому спосоЬу и способу-прототипуНомераприемовплавки Плавки по предлагаемому спосоЬу по вариантамПлавкапо способу-прототипу 750 750 750 750 1600 1600 1 ЬОО 1600650 650 650 650 1)О 460 400 1,) 0 1) О 460 180 4 ьО 400 400 400 алюминиевый порошок алюминиевые гранулы 60 60 60 300300 300 300 350 350 ИзвестьФерросилиций, ФС 75 Алюминий, в т,ч.; 350 350 301360460 30 30 301360460 1360М 0 1360460 алюминиевый порошок алюминиевые г р,нуь 900 900 9100 900 64 36033624 60065426 48 известь 16 600 600 600 180 175 170 600 200 26085032 250 110 10 600 420 453 32 32 32 1 О 10 102800 1760 2 ьча 10 2800 1600 1600 1600 1600 железорудные окатышиизвесть 1 гО 150 150 150 150 740 440 150 740 440 150 740 440 150 740 Алюминий в т.ч. 440 алюминиевый порошок алюминиевые гранупы 300 300 300 300 11410134 26 272 11261 1), 5 Шихта на плавку, технологическиеоперации и показатели плавок Шихта на плавку, кгТитановые отходы, 923Основные части шихты;Титановый концентрат (55,4 ТтО )Железорудные окатышиИзвестьАлюминий в т.ч,: Титановый концентрат (5544 ТТО )Железорудные окатыши Восстаноаительно-известковаясмесь, в т.ч.;сплав алюмокремниеаый Довосстановительная часть шихгы:железорудные окатышиизвестьферросилиций ФС 75алюминиевый порошокВремя плавления шихты, мин Время выдержки расплава в плавигьном агрегате, мин Частичный сплав глиноземистогопродукта, кг Основная часть шихтыТитановый концентрат (554: ТтО) Восстановительно-известковаясмесь, в т.ч,;известьсплав алюмокремниевый 2400 2400 2400 240010 1786170 Продолжение таблицы 2 3 4 5 6 Довосстановительная часть шнхты железорудные окатыши 250 250 250 250 120 105 05 110 известьферросилиций СФ 75алюминиевый порошок 20 115 220 340 160 Время проплавления оставшейсяшихты, мин 17 17 17 17 Время выдержки расплава в плавиль"ном агрегате Слив продуктов плавки (металлаи глиноэемистого продукта) визложницу, кг 10590 10630 10665 105)0 З 55 ЗОЕ 2 З 4 З 5 З 470 Задано шихтовых материаловкг Соотношение компонентов в восстановительно"известковой смеси(алюмокремниевый сплав:известь) 3;1 14;1 25:1 в четвертой части шихты в седьмой части шихты Количество заданной восстановительно-известковой смеси (соотношениесмеси:титановый концентрат); 0,016 О,ОЭ 0,016 О,ОЭ в четвертой части шихтыв седьмой части шихты Термицность восстановительнойчасти шихты, ккал/г"атом шихты: 15,6 16,3 17,5 15,5 16,3 17,5 в пятой части шихты в восьмой части шихты Получено продуктов плавки, кгферротитан (нат,Кг) Ферротитан (баэ. 1(г) 7385 7330 12259 5920 6070 глиноземистого продукта, кг Химический состав Ферротитана,Т 1 33,1 33,1 11,0 11,3 А 1 7,2 7,1 ост,ост,Ге и сопутствующие примеси Извлечение титана в метэлл )94,6 95,1 Химический состав полупродукта(4 по массе) Т 103,7 73,2 14,9 15,9 ост,ост ост,ИВО ГеО и др,примесиУдельный расход алюминия, кг/набазовую тонну ферротитана (20 ь Т 1) 261,5 310,7 г 4 280,3 Удельный расход ферросилиция(ФС 75), кг/на базовую тнФерротитана (204 Т 1) 32,7 15,5 3,7 34,0 Удельный расход алюмокремниевогосплава, кг/на базовую тн Ферротитана (203 ТО 5,6 38,3 75 А 1 тОСаО 730812094 ост, 94,8 3,772,8гост,50зе 33,26,2 ост.96,1 73,6 15,3 0,17 0,17 121326040 3,57 З,Е 729212068,36100,0 33,112,07,3178 б 170 12 Продолжение таблицы 4 5 Удельный расход (алюминий + ферросилиций), кг/на базовую тн ферротитана (204 Т) 313 269,9 274,1 344,7 Удельный расход всех восстанови" телей (алюминий + ферросилиций + алюмокремниевый сплав), кг/на базовую т ферротитана (201 Тх) 318,6 308,2 340,7 344,7 15 20 25 30 35 40 45 50 Составитель М,ГасикТехред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 232 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5