способ обработки ванадиевого шлака

Формула изобретения

1. Способ обработки ванадиевого шлака, включающий восстановительное обогащение шлака углеродом, металлотермическое восстановление обогащенного шлака, отделение восстановленного металла от шлака, отличающийся тем, что восстановительное обогащение шлака производят углеродом при выпуске жидкого шлака из сталеплавильного агрегата, а металлотермическое восстановление производят элементами с большим, чем у углерода, сродством к кислороду при температурах жидкого шлака, которые подают ниже поверхности и/или под струю расплава.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восстановительное обогащение шлака производят углеродом кокса, каменных углей, боя угольных футеровок и электродов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлотермическое восстановление обогащенного шлака производят сплавами и лигатурами, содержащими алюминий, кремний, кальций, магний, титан.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ванадиевого конвертерного шлака производят в сталеплавильном агрегате и/или в ковше, футерованном огнеупорами, обладающими более высокими, чем у шамота, огнеупорными свойствами.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что углерод и элементы для металлотермического восстановления подают в струе газа-носителя ниже поверхности расплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при обработке ванадиевого шлаков, в частности для снижения окисленности шлака и обогащения его по содержанию ванадия.

При пирометаллургической переработке ванадийсодержащих чугунов в сталеплавильных агрегатах получают кислые или основные ванадиевые шлаки.

Кислые ванадиевые шлаки содержат более 13 мас.% V₂О₅, более 30 мас.% Fe_общ, до 0,15 мас.% Р [1].

Основные ванадиевые шлаки содержат менее 13 мас.% V₂О₅, менее 30 мас.% Fe_общ, более 0,15 мас.% Р и не могут быть переработаны по существующим технологиям гидрометаллургического способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ селективного восстановления элементов из ванадийсодержащего шлака в две стадии: обогащение шлака восстановлением оксидов железа углеродом, металлотермическое восстановление обогащенного шлака и отделение восстановленного металла от шлака [2].

Недостатком способа является необходимость подготовки шлака для подачи его в плавильный агрегат и использования агрегата для расплавления шлака, что связано с дополнительными энергозатратами.

Задача изобретения - получение основного ванадиевого шлака, пригодного для переработки по существующим технологиям. Техническим результатом является снижение в шлаке оксидов железа и фосфора и повышение в нем массовой доли ванадия.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, предусматривающем восстановительное обогащение ванадиевого шлака углеродом, металлотермическое восстановление обогащенного шлака и отделение восстановленного металла от шлака, по изобретению восстановительное обогащение шлака производят углеродом при выпуске жидкого шлака из сталеплавильного агрегата, а металлотермическое восстановление производят элементами с большим, чем у углерода сродством к кислороду при температурах жидкого шлака, которые подают ниже поверхности и/или под струю расплава.

Способ по изобретению предусматривает восстановительное обогащение шлака производить углеродом кокса, каменных углей, боя угольных футеровок и электродов, а металлотермическое восстановление обогащенного шлака производить сплавами и лигатурами, содержащими алюминий, кремний, кальций, магний, титан.

Обработку ванадиевого конвертерного шлака производят в сталеплавильном агрегате и/или в ковше, футерованным огнеупорами, обладающими более высокими, чем у шамота огнеупорными свойствами. Углерод и элементы для металлотермического восстановления могут вводиться в струе газа-носителя ниже поверхности расплава.

Сущность изобретения основана на том, что углерод, взаимодействуя с оксидами железа в ванадиевом шлаке, понижает его окисленность, а образующиеся газы создают восстановительную атмосферу, интенсивно перемешивают расплав и способствуют восстановлению фосфора из шлака.

По изобретению допускается введение углеродсодержащих материалов в сталеплавильный агрегат и/или в ковш. При введении углеродсодержащих материалов в сталеплавильный агрегат необходимо учитывать степень восстановления фосфора для получения заданной марки стали. Остальную часть углеродсодержащих материалов, необходимых для восстановления оксидов железа и фосфора, вводят в ковш.

Расход углеродсодержащих материалов определяется стехиометрическим расчетом для восстановления железа и фосфора из оксидов ванадиевого шлака с коэффициентом 1,2.

В качестве углеродсодержащих материалов используется кокс, каменный уголь, бой угольных футеровок и электродов.

Для более полного удаления железа и фосфора из основного ванадиевого шлака в ковш вводятся сплавы и лигатуры, содержащими алюминий, кремний, кальций, магний и титан, расход которых определяется экспериментально.

Выпуск основного ванадиевого шлака из сталеплавильного агрегата производится в разогретый ковш, футерованным огнеупорами, обладающими более высокими, чем у шамота огнеупорными свойствами, поскольку шамотная футеровка не обладает необходимой шлакоустойчивостью.

Углерод и элементы для металлотермического восстановления основного ванадиевого шлака, например коксик фракцией до 2 мм и сечка алюминия, могут подаваться в струе газа-носителя ниже поверхности расплава.

Опыты проводились в кислородных конвертерах емкостью 160 т, оснащенных бункерами для подачи углеродсодержащих материалов по тракту сыпучих материалов.

Пример 1. В кислородный конвертер загрузили 22 т металлолома и залили 144 т чугуна следующего состава, мас.%: С 4,3; Si 0,35; Тi 0,25; V 0,45; Mn 0,3; Р и S 0,05. После продувки плавки кислородом через четырехсопловую фурму с интенсивностью 380 куб.м/мин в течение 22 мин получили полупродукт с температурой 1645^oС следующего состава, мас.%: С 0,06; Si следы, Ti 0,005; Mn 0,03; Р и S 0,025 и основной шлак содержащий, мас.%: FeO 22,4; СаО 44,0; SiO₂ 13,8; V₂O₅ 6,4; TiO₂ 3,0; MnO 3,2; MgO 5,2; Al₂O₃ 1,6; Р 0,5.

В конвертер по тракту сыпучих материалов загрузили коксик в количестве 500 кг и после выпуска полупродукта слили полученный основной ванадиевый шлак в разогретый ковш, футерованный магнезитовым кирпичом. По ходу слива под струю шлака присадили 500 кг коксика. После слива в расплав шлака присадили алюминий в количестве 32 кг.

Из ковша через шиберный затвор слили восстановленный металл в изложницу, а обработанный шлак слили в шлаковую чашу. После охлаждения и дробления шлак имел следующий состав, мас.%: FeO 3,4; СаО 53,8; SiO₂ 17,6; V₂O₅ 8,9; TiO₂ 3,6,; MnO 3,0; MgO 6,2; Аl₂O₃ 1,9; Р 0,08.

Пример 2. В кислородный конвертер загрузили 20 т металлолома и залили 160 т чугуна следующего состава, мас.%: С 4,2; Si 0,30; Ti 0,25; V 0,44; Mn 0,3; Р и S 0,05. После продувки плавки кислородом через четырехсопловую фурму с интенсивностью 380 куб.м/мин в течение 23 мин получили полупродукт с температурой 1655^oС следующего состава, мас.%: С 0,05; Si cледы, Ti 0,005; V 0,005; Mn 0,03; Р и S 0,022 и основной шлак, содержащий, мас.%: FeO 25,6; СаО 42,5; SiO 13,2; V₂O₅ 6,7; TiО₂ 3,2; MnO 3,2; MgO 4,2; Al O 1,2; Р 0,5.

После выпуска полупродукта слили полученный основной ванадиевый шлак в разогретый ковш, футерованный магнезитовым кирпичом. По ходу слива под струю шлака присадили 1000 кг коксика. После слива в расплав шлака присадили 32 кг алюминия.

Из ковша через шиберный затвор слили восстановленный металл в изложницу, а обработанный шлак слили в шлаковую чашу. После охлаждения и дробления шлак имел следующий состав, мас.%: FeO 2,8; СаО 54,8; SiO₂ 18,1; V₂O₅ 9,1; TiO₂ 4,3; MnO 3,0; MgO 5,9; Al₂O₃ 1,5; Р 0,07.

Использование предлагаемой технологии позволяет перерабатывать ванадиевые чугуны в кислородных конвертерах моно-процессом, получать промышленно используемый основной ванадиевый шлак с низкой массовой долей фосфора и сохранить сквозное извлечение ванадия в товарные продукты на существующем уровне.