Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

Восстановление пятиокиси ванадия алюминием протекает по

Алюмннотермическое восстановление низших окислов ванадия при температурах процесса также характеризуется большим изме­ нением изобарно-изотермического потенциала, что обеспечивает высокое извлечение ванадия. Этому способствует и низкая темпе­ ратура плавления V 2 0 5, равная 675° С.

Сообразно с этим плавку феррованадия ведут алюминосиликотермическим способом в сталеплавильной печи при напряжении 150— 250 В и силе тока 4000—4500 А. Для печи применяют магнезитовую футеровку.

Шихтовыми материалами являются: гранулированная пятиокись ванадия, дробленый (10—30 мм) ФС75, алюминий в гранулах ме­ нее 30 мм, металлоотсев — отходы, полученные при сепарации конвертерного шлака, стальная обрезь и известь.

Плавка феррованадия складывается из двух процессов: восста­ новительного и рафинировочного.

Во время первого периода ведут восстановление ванадия из пятиокиси ванадия и рафинировочного шлака при избытке восста­ новителя — ферросилиция и на известковых шлаках. Для довосстановления шлака разрешается применять коксовую мелочь. Содержа­ ние V2 0 5 в отвальном шлаке этого периода не должно превы­ шать 0,35%, а сплав содержит 25—30% V, 21—23% Si и 0,3—0,5% С.

Затем обогащают сплав ванадием в результате восстановления содержащимися в нем кремнием и алюминием пятиокиси ванадия, которая загружается в смеси с известью в соотношении 1 : 1,5. Содержание кремния в сплаве в конце восстановительного периода составляет 9—12%, а ванадия 35—40%. Отвальный шлак содер­ жит «£,0,35% V.

После слива шлака начинают рафинировку сплава от кремния, для чего в печь загружают пятиокись ванадия с известью в соотно­ шении 1: 1. Восстановленный ванадий переходит в сплав, содержа­ ние кремния в котором снижается ниже 2 ,0 %, после чего сливают рафинировочный шлак и выпускают сплав в чугунные изложницы. По остывании сплав разделывают и упаковывают, а отходы, полу­ чающиеся при разделке и чистке сплава, возвращают на переплав.

Рафинировочный шлак, содержащий 40—45% СаО, 20—25% S i02, 10— 15% MgO, 10— 15% V2 0 5, возвращают в печь в восстановитель­ ный период следующей плавки. Полученный сплав содержит при­ мерно 45—50% V, 1 ,5 % Si, 0,90% А1, 1,2— 1,4% Мп, 0,7—0,95% Сг, 0,08% Р и 0,05% S.

На 1 базовую тонну феррованадия (40% V) расходуется 710 кг плавленой пятиокиси ванадия (100% V2 0 5), 425 кг ферросилиция

524

Извлечение ванадия при плавке феррованадия составляет при­ мерно 99,5%, а сквозное извлечение ванадия из руды до феррова­ надия 60%. Безуглеродистый высокопроцентный феррованадий по­ лучают алюмннотермическими методами как внепечной плавкой, так и в электропечах.

Внепечную плавку ведут с нижним запалом в горне с магнезито­ вой футеровкой. Шихту рассчитывают на получение слитка массой 500 кг. Зависимость извлечения ванадия и состава сплава от коли­

вляют на подине электропечи, затем включают печь и прогревают шлак, что способствует осаждению богатых алюминием корольков сплава. После слива отвального шлака « 1 ,0 % V) на зеркало сплава задают новую порцию V20 5 (или окислов железа), которая рафини­ рует сплав от избытка алюминия, а образующийся при этом богатый шлак используют в следующей плавке. Извлечение ванадия соста­

в сплаве достигает 0,25%.

Алюминотермическим способом можно получить технически чи­ стый ванадий (до 97% V) восстановлением чистой V20 5 алюминием с добавкой в качестве флюса СаО и CaFe2. Вакуумной обработкой такого сплава можно получить металл, содержащий 99% V.

525

Глава 44

ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОТИТАНА

ТИТАН II ЕГО СПЛАВЫ С ЖЕЛЕЗОМ

Титан — металл, плотность которого равна 4,5 г/см3, температура плавления 1670° С, температура кипения 3170° С.

С углеродом титан образует прочный карбид TiC (/пл = 3177° С), с кремнием — силициды Ti5Si3, TiSi и TiSi2, из которых наиболее прочным является Ti5Si3 (/пл = 2120° С); с алюминием — интер­ металлические соединения TiAl и TiAl3.

С .кислородом титан образует ряд окислов: двуокись ТЮ2, окись T i20 3 и закись ТЮ, температуры плавления которых соответ­ ственно равны 1950, 2130 и 2020° С.

Сжелезом титан образует интерметаллические соединения TiFe2

иTiFe, температуры плавления которых равны соответственно 1427

и1317° С. Состав ферротитана приведен в табл. 50.

Таблица 50

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Титан входит в состав разнообразных минералов: ильменита

ферротигана,_ должен содержать >42% ТЮ2, <53,6% Fe20 3; <2,5% SiO3;'<0,025P и <7% Н20. Его подвергают окислительному

ильменита с переходом закисного железа в окисное, что позволяет повысить термичность процесса, увеличить использование титана и снизить расход алюминия.

Для производства ферротитана используют также отходы метал­ лического титана, которые должны быть сухими, стружка — брике­ тированной или спакетированной в железной таре.

526

В качестве восстановителя используют крупку из вторичного алюминия и порошок ФС75. Алюминиевую крупку получают распы­ лением жидкого алюминия сжатым воздухом, пропускаемым через форсунку или, что лучше, азотом. Флюсом служит молотая (зерно <3,0 мм) известь с содержанием СаО > 90% и <1,0% С.

В железотермитном осадителе используют богатую (97% Fe20 3) гематитовую особо малофосфористую (<0,015% Р) руду с величиной зерна не более 3 мм. Руду просушивают для удаления влаги.

Наибольшее распространение получил алюминотермический про­ цесс получения ферротитана. Восстановление основных окислов концентрата алюминием протекает по следующим реакциям:

ТЮг -f- 4/ЗА1 = Ti + 2/ЗАЬОз; <7ок = 2,49 Мдж/кг (596) ккал/кг; SiOа + 4/ЗА1 = Si + 2/ЗА120 3; q0K=4,07 МДж/кг (973 ккал/кг);

2FeO -+- 4/ЗА1 = 2Fe + 2/ЗА120 3; 7 01{ = 4,00 МДж/кг (956 ккал/кг);

2/3Fe20 3 + 4/ЗА1 = 4/3Fe + 2/ЗА1 а0 3; q0K = 5,36 МДж/кг (1280 ккал/кг).

Для нормального протекания алюминотермического процесса производства ферротитана требуется чтобы удельная теплота про­ цесса составляла 2,55—2,60 МДж/кг (610—620 ккал/кг), что дости­ гается соответствующим составом шихты и ее нагревом, в результате

в шихте, но это приводит в то же время к повышению содержания алюминия в сплаве.

В связи с образованием прочного силицида титана Ti5Si3 значи­ тельного повышения извлечения титана и уменьшения остаточного содержания алюминия в сплаве достигают введением в шихту ферро­ силиция марок ФС45 или ФС75 при повышении содержания крем­ ния в сплаве до 5—5,5%.

Закись титана, являясь довольно сильным основанием, может образовывать соединение с глиноземом, что снижает использование титана. Чтобы воспрепятствовать этому процессу, в шихту вво­ дят СаО, замещающую ТЮ в его соединениях с глиноземом. Это повышает степень восстановления титана, но понижает температуру процесса и, как следствие, увеличивает потери корольков сплава в шлаке. Оптимальное количество извести — около 20% от массы алюминия.

Шихту для выплавки ферротитана рассчитывают из условий, что из нее переходит в сплав 77% Ti, 90% Si, 99% Fe,90% Мп, 70% S;*

* 4ок — удельная теплота, приходящаяся на 1 кг окисла.

527

При выплавке ферротитана тепло расходуется следующим об­ разом: на нагрев сплава 29,2%, на нагрев шлака 52,5% и на потери 18,2%. Температура процесса равна 1950° С.

Подготовленные к плавке шихтовые материалы дозируют, сме­ шивают и затем шихту засыпают в плавильный бункер, откуда она подается шнековым питателем в плавильную шахту.

Плавильная шахта состоит из разборной цилиндрической чугун­ ной шахты, установленной на зафутерованной огнеупорным кирпи­ чом тележке, на которой затем наплавляют постоянную подину, представляющую собой блок 10—15%-ного ферротитана.

Колоша шихты состоит из 100 кг концентрата, 42,5 — 45,4 кг алюминиевого порошка, 10,5 кг извести и 0,95— 1,85 кг 75%-ного ферросилиция. На плавку дают 38 колош. Плавку ферротнтана про­ водят с нижним запалом. На подину загружают 50 кг шихты, под­ жигаемой электрозапалом. После начала реакции в шахту равно­ мерно [(со скоростью 300 кг/(м2-мин)] задают шихту. Нормальная продолжительность плавки на~4 т концентрата составляет 15 18 мин. Замедленный ход плавки может быть вызван низкой удель­ ной теплотой процесса или недостатком восстановителя. Бурный ход плавки в основном вызывается присутствием повышенного количе­ ства влаги в шихте или футеровке.

По окончании плавки на поверхность расплава задают железо­ термитную смесь, состоящую из 300 кг железной руды, 56—67 кг алюминиевого порошка, 18—20 кг ферросилиция и 100 кг извести. В результате этого разжижается шлак и обеспечивается осаждение корольков ферротитана, что повышает выход титана в сплав. Для успешного осаждения корольков сплава применяют электроподо­ грев шлака.

Эффективное ведение плавки достигается при выпуске сплава из наклоняющегося ковша. В этом случае сразу по окончании плавки ведут разливку расплава в изложницы с днищем из блока низко­ процентного ферротитана. Сначала сливают шлак слоем — 300 мм и выдерживают его —1,5 мин для образования шлакового гарниссажа достаточной толщины, а затем сливают весь остальной расплав.

При использовании в шихте отходов металлического титана их нагревают до 300—400° С и загружают под запальную смесь с таким расчетом, чтобы образующихся при ее проплавлении шлак закрывал

528