Способ алюминотермического получения ферротитана

ОП ИСАЙ ИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ . СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 922170 Союз СфветснилСоциалистическиересттубпни(51)М. Кд. 1 С 22 С 33/04 с присоединением заявки Мг Гфеударетевлай квинтет СССР аф делам лзееретелий л етеРмтлй/Опубликовано 23.04.82 Бтоллетень М 15Дата опубликования описания 2304.82 Г.ф.Игнатенко, Н.В.Галкин, Г.П. го , бровин и А.П.Гиршенгорн у. г,":" / Ключевский завод ферросплавов и Челябинскийнау 4 но 1 исследовательский институт меаллМии.(54) СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРИИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ фЕРРОТИТАНА Изобретение относится к металлур гии и может быть использовано для ,получения ферротитана алюминотерми ческим способом.Известен способ извлечения металлов иэ шлаков алюминотермического производства, заключающийся в том, что после алюминотермической плавки шихты жидкий шлак сливают в отдель" ную емкость и на его поверхность задают экэотермическую смесь с.избытком восстановителя. В результате взаимодействия экэотемической меси со шлаком получаются высокогли" ноземистый продукт и комплексные сплавы с повышенным против стандартных сплавов, содержанием алюминия и кремния и пониженным содержанием ведущих элементов 1).Ф К недостаткам данного способа относятся значительные потери тепла при переливе шлака в другую емкость, приводящие к резкому снижению температуры шлака, что затрудняет проведение процесса и снижает извлечение металла иэ шлака. Для обеспечения необходимых условий требуется дополнительный подвод тепла за счет увеличения количества экзотермической смеси или,за счет электроподогрева, что связано с дополнительными затратами.Кроме того, получаемые в результа" те обработки шлака экзотермической смесью комплексные сплавы из-эа высоких содержаний в них алюминия и кремния и низкого содержания ведущего элементафпо качеству уступаютстандартным. сплавам и поэтому не находят широкого применения.Наиболее близким по. техническому решению к предлагаемому является способ алюминотермической выплавки ферротитана, включающий загрузку, про" плавление шихты, содержащей титановый концентрат,и алюминий, загрузку на поверхность расплава железо922170 3термитного осадителя, слив части шлака в чугунный нефутерованный металлоприемник для образования на его стенках шлакового гарниссажа, проплавление остального количества шихты и железотермитного осадителя, слив продуктов плавки в металло- приемник 2 3.Недостатками известного способа являются низкое извлечение титана 10 и невозможность одновреиенного получения ферротитана и высокоглиноземистого продукта, пригодного для получения синтетических рафинирующих шлакОв и клинкера высокоглинозеиис того цемента. Целью изобретения является одновременное получение ферротитана и высокоглиноземистого продукта, повышение20 извлечения титана.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему загрузку и проплавлейие шихты, выпуск продуктов, вначале проплавляют шихту, содержащую 20-50 ь титанового концентрата от общей его массы на плавку при отношении количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых30 элементов из их окислов 0,9-1,3, затем загружают и проплавляют шихту с отношением количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаеиых элементов 1,7-3,5, производят выдержку расплава в течение 0,1-0,6 времени проплавления второй части шихты, сливают высокоглинозеиистый продукт, затем на оставшийся расплав загружают и проплавляют шихту, содержащую 30-70140 титанового концентрата, с отношением колицества алюминия к стехиометрически необходииому для восстановления извлекаемых элементов 0,6-1,0 и производят слив продуктов плавки.Кроме того, перед сливом продуктов плавки на расплав загружают и проплавляют четвертую часть шихты при отношении количества алюминия к стехиометрицески необходимому для восстановления извлекаемых элементов 1,7-3,0.При этом в состав шихты вводят хлориды щелочных или щелоцноземельных металлов в количестве 0,2"5 Ф, а в состав второй и четвертой частей шихты вводят от 2 до -203 окислов кремния от массы всего алюминия на плавку. 4При проплавлении на первой стадии плавки шихты с отношением заданного количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов (титана, железа, кремния), равном 0,9-1,3, получается шлак с более высоким содержанием окислов титана, чем по извест- ному способу.Указанные пределы отношения обусловлены следующим.При производстве ферротитана используют в качестве титансодержащего материала, кроме титановых концентратов, металлические отходы титана и его сплавов, загружаемые на дно плавильного агрегата перед плавкой. При увеличении количества титановых отходов на плавку увеличивается количество алюминия в шихте с той целью, чтобы отношение алюминия к титану в полученном сплаве было примерно постоянным и таким, чтобы предотвратить значительное окисление титана отходов и переход его в шлак. Повышение отношения заданного количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов выше 1,3 нецелесообразео, так как при несущественном повышении извлечения титана значительная часть алюминия переходит в металл и практически не участвует в дальнейшем довосстановлении титана.На второй стадии процесса преследуется цель максимального восстановления титана из шихты и шлака, получаемого на первой стадии процесса, и получение шлака с низким содержанием окислов титана, который может использоваться как товарный высокоглиноземистый продукт, Это достигается проплавлением шихты с большим избытком алюминия и сливом полученного шлака из плавильного агрегата. Образующийся при этом сплав с высоким содержанием алюминия имеет плотность, меньшую чем сплав, полученный на первой стадии, и поэтому, располагаясь на его поверхности, в течение некоторого времени не смешивается с основным сплавом.В результате уСтанавливается равновесие реакции восстановления титана из оксидного расплава, в котором некоторое время участвует не вся масса металла, а только вновь5 9221образовавшийся слой с высоким содержанием восстановителей, и, какследствие, снижается содержание ти.тана в расплаве.Кроме того, проплавление вначалешихты с недостатком или с небольшимизбытком алюминия, а затем шихтыс большим избытком алюминия позволяет существенно повысить извлечениетитана по сравнению с проплавлением 10обоих частей шихты вместе моноших"ты ). При проплавлении моношихты впервую очередь идет в основном восстановление окислов, железа из титанового концентрата и железной руды, 5задаваемой в шихту. Образовавшиесякапли железа, обогашенные алюминием,. опускаются на подину плавильного аг-,регата, в результате чего значитель"ное количество алюминия в дальней" 26шем процессе восстановления титанапрактически не участвует. При проплавлении вначале шихты с недостатком или небольшим избытком алюминия,полученный шлак практически не со здержит окислов железа, что создаетблагоприятные условия для восстановления из него титана алюминием, задаваемым в избытке второй частью шихты. 30При отношении заданного количества алюминия в шихте к стехиометрически необходимому для восстановле"ния извлекаемых элементов менее1,7 не достигается требуемая степеньвосстановления титана и получениешлака нужного качества. Увеличениеотношения более 3,5 приводит к образованию сплава, обладающего малойплотностью из-за высокого содержанияалюминия. В этом случае значительноеего количество запутывается в шлаке,что ухудшает качество высокоглиноземистого продукта. Кроме того, вы"сокое содержание алюминия в основном металле создает трудности прирафинировании его от алюминия на1следующей стадии.,Выдержка расплава перед сливом шлака необходима для осаждения из шлака капель образовавшегося сплава и формирования защитного слоя. Выдержка в течение менее 0,1 времени проплавления второй части шихты не обесИ печивает полного осаждения капель сплава и формирования защитного слоя, в котором восстановители имеют повышенную активность, выдержка бо 70 6лее 0,6 времени проплавления приводит к растворению защитного слоя1 в основном сплаве, снижению активности восстановителей в слое на границе металл - шлак, и, как следствие к переходу титана из сплава в шлак. Кроме того, продолжительная выдержка приводит к резкому охлаждению расплава, что затрудняет проплавление последующих частей шихты и полноту слива шлака и металла из плавильного агрегата.Проплавлением на третьей стадии шихты с низким содержанием алюминия (отношение количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов 0,6-1,0) пресследуется цель отрафинировать полученный на предыдущих стадиях сплав от алюминия и получить стандартный металл. При отношении количества алюминия в шихте к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов меньше 0,6 удельная теплота процесса сгорания этой части шихты снижается настолько, что температура продуктов реакций восста. новления снижается на 80- 100 С, а это в свою очередь приводит к резкому смещению реакции восстановления титана в сторону образования исходных веществ, при отношении более 1,0 не обеспечивается нужная степень рафинирования сплава и получение -, стандартного по содержанию алюминия сплава.Проплавление перед сливом продук" тов плавки шихты с высоким содержа-нием алюминия (отношение заданного количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов шихты 1,7-3,0) позволяет дополнительно извлечь титан из конечного шлака и превратить шлак в товарный высокоглиноэемистый продукт. Содержание окислов титана в этом продукте несколько выше, чем в полученном после проплавления второй части шииты, поскольку с увели" чением массы металла в плавильном горне и повышением его температуры к концу рафинировочного. периода зат" рудняется образование защитного слоя на достаточное время, но существенно ниже, чем в шлаке, полученном по известному способу. При отношении за- данного количества алюминия к стехиометрически необходимому для восста7 9221новления извлекаемых элементов шихты меньше 1,7 извлечение титана низкое и содержание окислов титана в шлаке практически не .снижается, при отношении более 3,0 значительное количество алюминия переходит в сплав что не позволяет получить стандартный по содержанию алюминия сплав.П р и м е р 1,(известный). В стационарный наклоняющийся горн заг ружают 500 кг титановых отходов и проплавляют шихту из порошкообразных компонентов следующего состава: 4200 кг титанового концентрата, 350 кг извести; 2100 кг алюминия вто рицного; 40 кг Ферросилиция (Фс 75) . После завершения проплавления на поверхность, шлака задают железо- термитный осадитель (280 кг железной руды, 110 кг алюминия вторичного;140 кг извести; 20 кг ферросилиция) и затем сливают часть шлака в чугунный нефутерованный металлоприемник для образования на его стенках гарниссажа. После первого слива проплав- р 5 ляют оставшуюся часть шихты (1800 кг титанового концентрата; 150 кг извести; 900 кг алюминия вторичного; 30 кг Ферросилиция ) и железотермитный осадитель (120 кг железной. руды;45 кг алюминия вторичного; 50 кг извести; 5 кг ферросилиция), после чего производят полный слив продуктов плавки в металлоприемник. В результате плавки получают стандартный35 ферротитан и шлак, содержащий 15,4 Ф ТО. Извлечение титана из концентрата и отходов составляет 734, Шлакне может использоваться в качестветоварного глиноземистого продукта -40 клинкера ВГЦ (полупродукта синтетического шлака) из-за повышенного содержания окислов титана.П р и м е р 2, На дно стационарного наклоняющегося горна загружают45500 кг титановых отходов и проплавляют шихту следующего состава:1800 кг титанового концентрата;800 кг железной руды; 20 кг ферросилиция (ФС 75); 20 кг хлористого натрия; 500 кг извести и 1200 кг50 алюминия вторичного (отношение к стехиометрически необходимому количеству алюминия 1,1). После расплавления первой части шихты на колошник горна задают шихту, содержащую 200 кг .титанового концентрата; 350 кг железной руды; 200 кг кварцита;200 кг извести; 50 .кг Ферросилиция; 70 855 кг хлористого натрия; 830 кг вторичного алюминия (отношение к стехи;ометрицески необходимому количеству алюминия 2,5). Время проплавпениявторой части шихты 5 мин, Выдержаврасплав в горне в,течение 30 с,сливают шлак следующего состава,Ф:Т 106,3; 5 О1,7; А 1070,0;Сао 19,4;,Мдо 2,0; Гео 0,6.Послеэтого на оставшемся в горне расплаве проплавляют шихту, содержащую4000 кг титанового концентрата;500 кг железной руды; 650 кг извести; 40 кг ферросилиция; 40 кг хлористого натрия, 1540 кг вторичного алюминия (отношение к стехиометрически необходимому количеству алюминия0,78), Затем на расплав загружаюти расплавляют шихту, содержащую200 кг титанового концентрата; 350 кгжелезной руды;. 200 кг кварцита;250 кг извести 50 кг ферросилиция 155 кг хлористого натрия 830 кгвторичного алюминия (отношение к рте"хиометрически необходимому количеству алюминия 2,5), После завершенияпроплавления последней шихты иэгорна сливают стандартный Ферроти"тан и шлак, содержащий,4: Т.10 9,8;ьо 1,4; А 1 1 о69,4;сао 17,4;Мдо 1,2; Рео 0,5, Общее извлечениетитана из концентрата и отходовсоставляет на плавке 80,44.П р и м е р 3. Проплавляют какв примере 2, но отношение количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов в первой части шихты составляет 0,8 (а) или 1,4(б ):а) шлак, слитый после второй цасти шихты, содержит,3: Т 1082;ь 1 О 1,6; А 1 о 68,5; сао 18,7, мдо2,1 р Гео 0,9 конечный шлак содерТ 1 О 10,0; о 1 О А 1070,1 р Сао 17,1; Мдо 1,3; Гео 0,7,общее извлечение титана из концентрата и отходов составляет на плавке77,04,б)шлак, слитый после второй час"ти шихты, содержит,/: Т 10 6,1;50 1,Зр А 10 71,0; Сао 18,9;МдО 1,8; Гео 0,9 конечный шлаксодержит Т 0 9,9; 510 1,1; А 1070,0 р Сао 17 3 Мдо 1,2; Гео 0,53;общее извлечение титана из концентрата и отходов составляет на плавке 80,54.П р и м е р 4. Проплавляют какв примере 2, но отношение колицест9 9221ва алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов во второй частишихты равно в одной из плавок 1,5(а ),во второй - 3,8(б):5а)шлак, слитый после второй час"ти шихты, содержит,Ф: Т 0 8;5;5 о 0,9; А 0 68,7; Сао 19 31М 90 2,0; ГеО 0,6; конечный шлак содержит,Ж: ТО9,8, 5 О 1,2; . ФоА 0 70,1; СаО 17,5 М 90 1,0;ГеО 6,4; общее извлечение титанаиэ концентрата и отходов составляет на плавке 77,1 Ф;,б) шлак, слитый после второй 13части шихты, содержит большое количество корольков металла и не можетбыть использован в гачестве высокоглиноэемистого продукта; конечныйшлак содержит,/: Т 0 9,6; 5 О 200,8; А 0 70,2; СаО 17,5; К 902,1; ГеО 0,8; общее извлечение тита"на определить невозможно.П р и м е р 5. Проплавляют шихтукак в примере 2, но отношение заданного количества алюминия к стехиометрически необходимому во второй части шихты равно 3,2.Шлак, слитый после второй частишихты, содержит,Ж: ТО 4,8; 5 О зо1,7; А 0 71,5; СаО 19,4; М 90 2,0;ГеО 0,6. Конечный шлак содержит,.Ж:ТО 10,0 50 0,9; А 0 70 э 0СаО 17,1; М 90 1,4; ГеО 0,6; Общееизвлечение титана из концентратаи отходов составляет на плавке83,04.П р и м е р 6. Проплавляют шихтукак в примере 5, но выдержка расплава в горне перед сливом шлака нос- оле второй части шихты равна в однойиз плавок 0,06 от времени проплавления второй части шихты (а ) и0,7 б):.а)вторую часть шихты проплавляют за 4 мин, расплав выдерживают12 с, после чего сливают шлак; блокшлака содержит большое количествокорольков в нижней его части, составившей 1/3 общей массы; шлак содержит,4: ТО 4,9; 5 О15 А 071,0; СаО 20,0; М 90 1,7; ГеО 0,9;конечный шлак содержит,Ф: Т 0 9,7;5 О 1,1; А 0 70,2; СаО 17,0; М 901,5; ГеО 0,5; общее извлечение тита 53на иэ концентрата и отходов определить невозможно;б)вторая часть шихты плавится4 мин 30 с; после расплавления вто 70 1 Орой части шихты расплав выдерживает" ся 3 мин 10 с, после чего сливают шлак, образовавшаяся на поверхности расплава корка остается в горне слитый шлак содержит,З: Т 0 5,3;5 О 1,4; А 0 70,8; СаО 19,5; И 90 2,0; ГеО 1,0; конечный шлак содержит,Ж: ТО 98 р 5 О 0,9; А 0 70, 1; Сас 17,5; Мдо 1,2; ГеО 9,5; общее извлечение титана из "концентрата и отходов составляет 82,33.П р и м е р 7, Проплавляют шихту как в примере 5, но отношение заданного количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов в третьей части шихты 0,5 а ) или 1,1(б ):а) шлак, слитый после второй части ших- ты, содержит,Ф: Т 10 5 5 5 О 1,4; А 0 70,7; СаО 20,2; М 90 1,8; ГеО 0,9; конечный шлак содержит ТО 12,3; 501,0; А 1 пОЪ 67,5; СаО 17,6; М 90 1,0; ГеО 0,6 и не может использоваться в качестве высокоглиноземистого продукта; общее извлечение титана из концентрата и отхо" дов на плавке составляет 793.. 6) шлак, слитый после второй части шихты, содержит,4: ТО 4,8;5 О 1,6; А 071,3; СаО 19,8; М 90 1,9 ГеО 0,6; конечный шлак содержит,Ж: Т 0 8 5 5 О 0,9; А 10 70,1; СаО 18,0; М 901,6; ГеО 0,5 Ф металл по содержанию алюминия не удовлетворяет требованию стандарта; . общее извлечение титана на плавке составляет 83,8.П р и м е р 8. Проплавляют шихту как в примере 5, но отношение заданного количества алюминия к стехяометрически необходимому в четвертой части шихты равно в одной из плавок 1,6 а), в другой " 3,2 б):а)шлак, слитый после второй части шихты, содержите: Т 0 5,0;50 1,6; А 1071 ф 71 СаО 19,21 М 90 2,0; ГеО 0,5; конечный шлак содержит,4: ТО 13,3; 5 О 1,4; А 1 пО 67,0; СаО 17 0; М 90 1,0; ГеО 0,4 и не может быть использован как высо" коглиноэемистый продукт общее извлечение титана на плавке составляет 78,54.б)шлак, слитый после второй части шихты, содержит,Ф: ТО 4,9; 50 1,5; А 1 ОЪ 71,0; СаО 19,5; М 90 2,3; ГаО 08; ко. ечный алак содержит,Ф:9221 11то 8,0; ЗгО 1,4; А 1 ОЗ 70,6; СаЬ 17,4; М 00 1,8 р ГеО 0,8; металл содержит 14, 1 Ф алюминия и не удовлетворяет требованиям стандарта, общее извлечение титана на плавке состав- . ляет 84,бФ.Результаты опытных плавок приведены в таблице.Как видно из таблицы при производстве ферротитана по предлагаемому 1 в 70 12способу резко возрастает извлечение титана из шихты и одновременно со стандартным ферротитаном получается высокоглиноземистый продукт,Предлагаемый способ при внедрении не требует дополнительных затрат и может быть осуществлен на действующем оборудовании. Экономия от внедрения предлагаемого способа составляет 449763 руб. в год на одном заводе.ер, О ев ев ФЧ О е й,Ю Ов л ле Ол л ФЧ л ал вл о о ювлЮй ОЛ ео ОиО е Ол Й л л Ф О в, е О е1н 3 Ф 3 О 1 В ФЧО ОФЧ о О ФЧ ОЪ Феаф ф О 1Е е м л в лв веф иФЧ е 33 ввв вю н,Фч нв фа ф Ю л О ф Ю Ю лллЕО О ф л ла О ЬЧФЧ ФЧМФФе Фч м н в УФЪввве еН ФЧМ Фч в в в Фч9221 Составитель О.Веретенников Техред Л. Пекарь Корректор И, Пожо Редактор Л.Лукач Заказ 2510/35 Тираж 657 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 ффилиал ППП "Патент", г.ужгород, ,ул,Проектная,4 1. Способ алюминотермического получения ферротитана, включающий загрузку, проплавление. шихты, содержащей титановый концентрат и алюминий и выпуск продуктов плавки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью одновременного получения Ферротитана и высокоглиноземистого продукта, о пювышение извлечения титана, вначале проплавляют шихту, содержащую 20"504 титанового концентрата от общей его массы на плавку при отношении количества алюминия к стехиоз метрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов из их окислов 0,9-1,3,затем загружают и проплавляют шихту с отношениемколичества алюминия к стехиометри- гв чески необходимому для восстановления извлекаемых элементов 1,7-3,5, производят выдержку расплава в течение 0,1-0,6 времени проплавления второй части шихты, сливают высоко ю глиноземистый продукт, затем на оставшийся расплав загружают ипроплавляют шихту, содержащую 30- 704 титанового концентрата, с отно- г 70 16шением количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов. 0,6-1,0 и производят слив продуктов плавки,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что перед сливом продуктов плавки на расплав загружают и проплавляют-четвертую часть шихты при отношении количества алюминия к стехиометрически необходимому для восстановления извлекаемых элементов 1,73,0.3. Способ по пп,1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в составшихты вводят хлориды щелочных илищелочноземельных металлов в количестве 0,2-5, а в состав второйи четвертой частей шихты вводятот 2 до 20 окислов кремния от массы всего алюминия.на плавку.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР11 386019, кл. С 22 В 34/32, 1974,2, Игнатенко Г.Ф. и др. Иеталлотермические процессы в химии и металлургии. Новосибирск, "Наука", 1971,с,219.