Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

Железо и ванадий полностью взаимно растворяются как в жид­ ком, так и в твердом состоянии. Сплав, содержащий 31% V, имеет минимальную температуру плавления 1468° С. С углеродом ванадий образует ряд карбидов, из которых наиболее прочным является VC с температурой плавления 2830° С. С кремнием ванадий образует силициды; наиболее тугоплавкий из них V5Si3 с температурой плав­ ления 2147° С. С кислородом ванадий образует ряд окислов; наиболее

(табл. 35), металлический ванадий или ванадийсодержащие лигатуры.

Сырье и получение пятиокиси ванадия. Среднее содержание вана­ дия в земной коре довольно значительно и составляет 0,015%, однако он относится к редким элементам, так как весьма рассеян

вприроде.

Внастоящее время основным источником ванадия в СССР служат железные руды месторождений Урала, содержащие 0,4—0,8% V 2Os;

32—58% Fe20 3; 21—29% FeO; 4—16% S102; 2—5% T i0 2, 1 —12% А120 3.

Низкое содержание ванадия в рудах определило сложный тех­ нологический процесс производства, представляющий собой сочета­ ние ряда металлургических переделов (рис. 68).

Цель доменного передела — получение ванадистого чугуна из руды при максимальном извлечении ванадия, составляющем около 83%. При конвертерном переделе из чугуна с 0,5—0,6% V получают ванадийсодержащий шлак примерно следующего состава: 23,8% S i02; 7,8% V (в виде FeO -У20 3); 1,1% MgO; 4,5% МпО; 1,2% СаО; 10% Сг20 3, остальное железо и его окислы. Извлечение ванадия из чугуна в шлак составляет 88—90%.

Передел конвертерного шлака осуществляют гидрометаллурги­ ческим путем. Отсепарированный от металлических включений тон-

206

новление ванадия из пятиокиси ванадия и рафинировочного шлака при избытке восстановителя и с использованием известковых шла­ ков. Содержание V20 5 в отвальном шлаке этого периода не должно превышать 0,35%, а сплав содержит 25—30% V, 21—23% Si и 0,3— 0,5% С. Затем обогащают сплав ванадием за счет восстановления содержащимся в нем кремнием и алюминием пятиокиси ванадия, которую загружают в смеси с известью в соотношении 1 : 1,5. Со­ держание кремния в сплаве в конце восстановительного периода составляет 9—12%, а ванадия 35—40%. Отвальный шлак содержит

<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 производят слив рафинировочного шлака и выпуск сплава в чугунные излож­ ницы. Остывший сплав разделывают и упаковывают, а отходы, получающиеся при разделке и чистке, возвращают на переплав.

Рафинировочный шлак, содержащий 40—45% СаО, 20—25% SiO2, 10—15% MgO, 10—15% V20 5, возвращают в печь в восстано­ вительный период следующей плавки.

На 1 т базового феррованадия (40% V) расходуется 710 кг пла­ вленой пятиокиси ванадия (100% V20 5), 425 кг ферросилиция ФС75, 75 кг алюминия, 1350 кг извести, 300 кг железной обрези и металлоотсева и 1350 кВт-ч электроэнергии. Извлечение ванадия при плавке феррованадия составляет 99,5%, а полное извлечение ванадия из руды составляет 60%.

Безуглеродистый высокопроцентный феррованадий получают алюминотермическими методами как внепечной плавкой, так и плавкой в электропечах. Внепечную плавку ведут с нижним запалом в горне с магнезитовой футеровкой. Шихту рассчитывают на получение слитка массой 500 кг. Удельная теплота алюминотермического восстановления V20 5, равная 115,4 кДж/г-атом (27 500 кал/г-атом), значительно выше необходимой (88,1 кДж или 21 000 кал/г-атом), поэтому в шихту необходимо вводить некоторое количество балласт­ ных добавок. Используют присадки СаО и MgO, что снижает вяз­ кость шлака и способствует лучшему осаждению корольков сплава и повышению использования сплава. Рекомендуется иметь в шлаке

6—7% СаО и 4—5% MgO.

Алюминотермический феррованадий имеет следующий примерный состав: 84% V; 2% Si, 0,05% Р; 0,1% Ti; 1,5% Мп; 0,1% S и до

0,06% С. В сплав переходит 87—95% V, в шлаке содержится до 4,5% окислов ванадия.

При электропечной плавке V20 5 с избытком алюминия проплав­ ляют 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 избыточного алюминия, а образующийся при этом богатый шлак используют в следующей плавке. Извлечение ванадия

составляет 95—97%, расход электроэнергии 3500 кВт-ч на 1 т сплава с 80% V, однако содержание углерода в таком сплаве дости­ гает 0,25%.

Алюминотермическим способом можно получить технически чи­ стый ванадий (до 97% V) путем восстановления чистой V 20 5 алюми­ нием с добавкой в качестве флюса СаО и CaF2. Вакуумной обработ­

В производстве стали титан применяют как раскислитель и легирующий элемент, а также для связывания растворенного азота в прочные нитриды. Титан имеет следующие физико-химические свойства:

С железом титан образует два соединения (TiFe2 и TiFe), с угле­

Известны соединения титана с алюминием (TiAl и TiAl3). С кис­ лородом титан образует ряд окислов: ТЮ2, Ti20 3, ТЮ и др. Темпе­ ратура плавления приведенных окислов соответственно составляет

1950, 2130 и 2020° С.

Титан при производстве стали применяют в виде ферротитана,

Сырье для производства ферротитана. Титан широко распро­ странен в природе и входит в состав разнообразных минералов. Основным сырьем для получения ферротитана в СССР служат ильменитовые концентраты. Титановый концентрат I сорта, используе­ мый для производства ферротитана, должен содержать более 42%

ТЮ2, менее 53,6% Fe20 3, менее 2,5% S i0 2 и менее 0,04% Р. Тита­ новый концентрат подвергается окислительному обжигу при 1100— 1150° С для снижения содержания серы с 0,1—0,5% до 0,04%,

210