титаносодержащая шихта для алюминотермического получения ферротитана, способ алюминотермического получения ферротитана и способ алюминотермического получения титаносодержащего шлака в качестве компонента титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана

Формула изобретения

1. Титаносодержащая шихта для алюминотермического получения ферротитана, содержащая концентрат ильменитовый, алюминий вторичный, известь, окалину железную, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ферросилиций 75%-ный, стальной лом, дробленый титаносодержащий шлак состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид кремния 4,8-6,5, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005, при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

концентрат ильменитовый
с содержанием 52-54 мас.% TiO2	26,6-27,8
алюминий вторичный	21,0-27,0
известь с содержанием
не более 0,3 мас.% углерода	4,5-4,9
окалина железная	13,2-14,4
ферросилиций 75%-ный	0,3-0,9
стальной лом	0,5-3,4
дробленый титаносодержащий шлак	26,6-29,0

2. Способ алюминотермического получения ферротитана, включающий проплавление в горне запальной части шихты, содержащей часть титанового сырья - ильменитовый концентрат, алюминий и известь, плавку в электропечи титанового сырья с известью, восстановление алюминием оксидов расплава и загружаемой оставшейся части титанового сырья, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что в период плавки проплавляют титаносодержащую шихту по п.1.

3. Способ алюминотермического получения титаносодержащего шлака в качестве компонента титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана по п.1, характеризующийся тем, что в электропечи проплавляют шихту, содержащую, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием 63-65 мас.% TiO₂ 75,5-79,2, алюминий вторичный 4,9-5,8, известь с содержанием не более 0,6 мас.% углерода 12,0-13,2, окалина железная 2,6-3,8, ферросилиций 75%-ный 2,6-2,8, после выдержки расплава получают титаносодержащий шлак, который отделяют, охлаждают и дробят.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферротитана марки ФТи35С5, содержащей 28-40 мас.% титана (ГОСТ 4761-91С.2), которая востребована в промышленности и широко используется в качестве легирующего компонента для производства низколегированных конструкционных, нержавеющих, жаропрочных сталей, сварочных электродов.

При производстве ферротитана возникают проблемы оптимального выбора титаносодержащего сырья и других компонентов шихты для его выплавки. В качестве титаносодержащего сырья в основном используют ильменитовый, рутиловый концентраты, рудные композиты, отходы, которые кроме оксида титана содержат вредные примеси (Р, S, цветные металлы), что усложняет и удорожает технологический процесс получения качественного ферротитана.

Известен способ алюминотермического получения ферротитана (SU 1786170 А1), включающий предварительную подачу в агрегат отходов металлического титана, загрузку и расплавление основных частей шихты, довосстановление оксидов титана, выдержку и выпуск продуктов плавки. В качестве шихтовых материалов использовали титановый ильменитовый концентрат (55,4% TiO₂), железорудный окатыш, алюминий вторичный, ферросилиций 75%-ный, известь и алюминокремниевый сплав. Способ предполагает повышение извлечения титана, улучшение качества при снижении удельного расхода алюминия и ферросилиция. Однако известный способ не нашел применение в промышленных условиях по причине высоких энергетических и материальных затрат, сложности контроля параметров технологического процесса.

Из уровня техники известен способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита (RU 2329322 С2), который включает предварительное введение в электродуговую печь железного лома, расплавление его и удаление образовавшегося шлака, загрузку после слива на первой стадии шихты из ильменита (TiO₂ 60 мас.%, Fe₂ O₃ 31,7 мас.%), электродного боя, извести или известняка, восстановление и плавление железа, слив содержащего оксид титана шлака (TiO₂ 79,5 мас.%, Fe₂O₃ 7,8 мас.%, остальное - примеси оксидов Al, Si, V, Mn, S и Р), приготовление для второй стадии плавления основной шихты, состоящей из содержащего оксид титана дробленого шлака, полученного на первой стадии, и алюминия, плавление основной шихты с образованием ферросплава. Приготовленную основную шихту используют в качестве наполнителя и формируют из нее расходуемый электрод в металлической оболочке, который плавят под слоем флюса до образования ферротитана, содержащего 68-78,7 мас.% титана, 19,3-30,0 мас.% железа и до 1,98 мас.% примесей.

К недостаткам изложенного изобретения следует отнести: применение электродного боя и известняка приводят к повышенному содержанию углерода в промежуточном продукте и последующий переход углерода в конечный ферротитан; отрицательное влияние углерода на алюминотермические процессы получения ферротитана; использование и координация действий по использованию нескольких единиц печного оборудования (печь для выплавки содержащего оксид титана шлака, электродуговая печь для выплавки слитков ферротитана из расходуемого электрода).

Известен также патент (RU 2335564 С2) на «Высокотитановый ферросплав, получаемый двухстадийным восстановлением из ильменита», в соответствии с которым в электродуговой печи получают титановый шлак с высоким содержанием оксида титана (79,5 мас.% TiO₂) с использованием ильменитовой руды, извести и углеродного восстановителя - электродного боя или кокса, на второй стадии готовят шихту из измельченного шлака, полученного на первой стадии, и алюминия, которую загружают и уплотняют в стальной оболочке с образованием расходуемого электрода. Расходуемый электрод подсоединяют к положительному полюсу источника питания и опускают в предварительно загруженный в ванну электродуговой установки защитный флюс до образования электрической дуги между расходуемым электродом и нижним отрицательным электродом, который подключен к дну ванны. При плавлении происходит восстановление оксидов титана и оксидов железа алюминием под слоем расплавленного шлака с образованием расплава ферротитана, который при затвердевании кристаллизуется в слиток.

К недостаткам известного изобретения следует отнести: необходимость использования двух плавильных агрегатов, необходимость изготовления расходного электрода в стальной оболочке, что удорожает стоимость конечной продукции, а использование углеродного восстановителя (электродного боя) приводит к повышенному содержанию углерода в шлаке первой стадии, что негативно отражается на алюминотермическом получении ферротитана во второй стадии, содержание фосфора в шлаке первой стадии остается высоким, что не позволит получить ферротитан с содержанием фосфора менее 0,04 мас.%.

Из уровня техники известен патент (RU 2318032 С1) «Ферротитан для легирования стали и способ его алюминотермического получения», который включает способ алюминотермического получения ферротитана из титанового сырья. В составе шихты на плавку значительно снижают содержание оксида железа путем замены части ильменитового концентрата рутиловым концентратом, задавая их в соотношении соответственно по массе (0,8-1,2):1.

Соотношение масс оксида титана TiO ₂ к оксидужелеза в пересчете на FeOTiO₂:FeO в рутиловом концентрате составляет (37-76):1, в ильменитовом концентрате это соотношение равно (1,4-1,5):1, в принятой пропорции ильменитового и рутилового концентратов это соотношение находится в пределах (2,1-2,6):1, а в шихте на плавку в целом соответственно (1,8-2,2):1, чем обеспечивается повышенное до 48-56 мас.% содержание титана в получаемом сплаве.

Способ включает предварительное проплавление в горне запальной части шихты, содержащей часть титанового сырья - ильменитовый концентрат, алюминий, окалину железную и известь, затем проплавление в электропечи 60-75% титанового сырья с известью, в том числе всю массу рутилового концентрата, восстановление первичным алюминием оксидов расплава и оксидов одновременно загружаемой оставшейся части ильменитового концентрата и после окончания восстановления оксидов металлов алюминием выпуск продуктов плавки. Получаемый по указанному способу ферротитан имеет повышенное содержание фосфора и алюминия по причине высокой концентрации фосфора в ильмените и вынужденным целенаправленным насыщением расплава алюминием с целью повышения извлечения титана из сырья в сплав. Кроме этого из-за дефицита и высокой стоимости рутилового концентрата промышленное производство ферротитана малорентабельно.

Практика использования составов шихтовых материалов, применяемых для получения ферротитана по известным техническим решениям, указывает на ряд недостатков: использование при шихтовке дефицитного сырья, требующего значительных материальных и энергетических затрат; наличие в компонентах шихты вредных примесей, что усложняет контроль безопасного ведения технологического процесса получения гарантированного качества ферротитана.

Из источников патентной информации (RU 2335564 С2) известно использование титаносодержащего шлака (состава, мас.%: 79,5 TiO₂, 7,8 Fe₂O ₃ с примесями оксидов Al, Si, V, Mn) в малокомпонентной шихте, содержащей алюминий, стекло, известь. Основная шихта используется только для получения ферротитана методом плавления расходуемого электрода в стальной оболочке, наполненной указанной шихтой.

Близкой по технической сущности, составу и достигаемому результату для алюминотермического получения ферротитана (RU 2318032 С1) является состав основной шихты, используемой для проплавления содержащей концентрат ильменитовый, концентрат рутиловый, алюминий, известь, окалину железную.

Задачей заявленного технического решения является формирование состава шихты, обеспечивающей стабильный процесс восстановления титана из оксидов на стадии технологического процесса алюминотермического получения ферротитана с низким содержанием С, Р, S и улучшение технико-экономических показателей процесса.

Поставленная задача достигается тем, что в известном составе шихты, содержащей ильменитовый концентрат, алюминий, известь, окалину железную используют ферросилиций 75%-ный, стальной лом и дробленный титаносодержащий шлак при следующем содержании компонентов, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% - 26,6-27,8; алюминий вторичный 21,0-27,0; известь с содержанием углерода не более 0,3 мас.% 4,5-4,9; окалину железную 13,2-14,4; ферросилиций 75%-ный 0,3-0,9; стальной лом 0,5-3,4; дробленный титаносодержащий шлак 26,6-29,0, состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид кремния 4,8-6,5, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005.

Сущность изобретения - в оптимизации компонентного и количественного состава титаносодержащей шихты, обогащенной оксидами титана, в том числе за счет использования титаносодержащего шлака, по составу и свойствам близкого к дорогостоящему концентрату из рутиловой руды.

Заявленный количественный состав компонентов титаносодержащей шихты позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов приводит к нарушению режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей технологического процесса алюминотермического получения ферротитана.

При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% ниже 26,6 мас.% снижается содержание титана в ферротитане ниже марочного состава. При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ выше 27,8 мас.% снижается степень извлечения титана из титанового сырья в ферротитан и увеличивается содержание фосфора в ферротитане.

При содержании титаносодержащего шлака, ниже 26,6 мас.% снижается содержание титана в ферротитане и увеличивается содержание фосфора в ферротитане. При содержании титаносодержащего шлака, выше 29,0 мас.% снижается степень извлечения титана из титанового сырья в ферротитан.

При содержании алюминия вторичного ниже 21 мас % снижается степень восстановления основных оксидов металла и ухудшается тепловой режим плавки. При содержании алюминия вторичного выше 27 мас.% увеличивается содержание алюминия, перешедшего в ферротитан.

При содержании извести с содержанием углерода не более 0,3 мас.% ниже 4,5 мас.% ухудшаются условия связывания глинозема, образующего при восстановлении оксидов, и осаждения ферротитана в слиток. При содержании извести с содержанием углерода не более 0,3 мас.% выше 4,9 мас.% неоправданно увеличивается расход извести.

При содержании окалины железной ниже 13,2 мас.% снизится количество выделенного тепла и ухудшится режим плавки. При содержании окалины железной выше 14,4 мас.% снизится содержание ведущего элемента титана в ферротитане, а также возрастет скорость процессов восстановления и пылеунос шихтовых материалов.

При содержании ферросилиция ниже 0,3 мас.% уменьшится образование силицидов титана и снизится извлечение титана в ферротитан. При содержании ферросилиция выше 0,9 мас.% увеличится содержание кремния в сплаве, что приведет к ухудшению сортности ферротитана.

При содержании лома стального ниже 0,5 мас.% снизится извлечение титана в ферротитан. При содержании лома стального выше 3,4 мас.% снизится содержание ведущего элемента титана в ферротитане.

Заявленный состав шихты направлен на достижение единого изобретательского замысла - создание простого надежного и малозатратного (с высокой степенью извлечения титана из сырья) способа алюминотермического получения качественного ферротитана марок, содержащих 28-40% титана, в частности марки ФТи35С5 (ГОСТ 4761-91C.2), широко востребованных во многих отраслях промышленности.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа алюминотермического получения ферротитана (RU 2318032 С1), включающего подготовку, загрузку и проплавление в горне запальной части шихты, содержащей часть титанового сырья - ильменитовый концентрат, алюминий, окалину железную и известь, затем проплавление в электропечи 60-75% титанового сырья с известью, восстановление первичным алюминием оксидов расплава и оксидов одновременно загружаемой оставшейся части ильменитового концентрата в заявленном способе алюминотермического получения ферротитана проплавляют титаносодержащую шихту состава, мас.% концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 52-54 мас.% - 26,6-27,8; алюминий вторичный 21,0-27,0; известь с содержанием углерода не более 0,3 мас.% - 4,5-4,9; окалина железная 13,2-14,4; ферросилиций 75%-ный - 0,3-0,9; стальной лом 0,5-3,4; дробленный титаносодержащий шлак 26,6-29,0, состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид кремния 4,8-6,5, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005.

После окончания процесса плавления шихтовых материалов расплав ферротитана и конечного шлака разливают в изложницы с получением товарной продукции - ферротитана и шлака.

В группе заявленных изобретений предложен способ алюминотермического получения титаносодержащего шлака, который используется в качестве компонента титаносодержащей шихты для получения ферротитана.

Из источников информации известно получение титаносодержащего шлака в электропечи при плавлении шихты компонентного состава: чугунный или стальной лом, ильменитовая руда, электродный бой или кокс, известь или известняк (RU 2335564 С2). Однако при плавлении такой шихты необходимо обеспечить ошлакование большой массы пустой породы.

Известно применение рудной (оксидно-флюсовой) шихты для получения расплавленного титаносодержащего шлака, используемого в качестве компонента шихты при проплавлении восстановительной части шихты для алюминотермического получения ферротитана (RU 2318032 С1). Многолетним опытом промышленного производства на ферросплавном заводе регламентирован состав шихты, мас.%: концентрат ильменитовый 27,6-29,6; рутиловый концентрат 27,6-29,5; алюминий первичный 28,0-29,1; известь молотая 10,7-11,4; окалина железная 2,2-2,4. Использование ильменитового и рутилового концентратов, а также первичного алюминия усложняет процесс получения ферротитана и в целом ухудшает технико-экономические показатели.

Задачей предлагаемого изобретения является создание оптимального компонентного и количественного состава шихты для способа получения высококачественного титаносодержащего шлака с низким содержанием вредных примесей и с высоким содержанием оксида титана, как компонента основной титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана.

Поставленная задача достигается тем, что при плавлении в электропечи в известный состав шихты, содержащей ильменитовый концентрат, алюминий, известь, окалину железную, добавляют ферросилиций 75%-ный, а компоненты взяты при следующем количественном соотношении, мас.%: концентрат ильменитовый с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% 75,5-79,2, алюминий вторичный 4,9-5,8, известь с содержанием углерода не более 0,6 мас.% 12,0-13,2, окалина железная 2,6-3,8, ферросилиций 75%-ный 2,6-2,8.

Сущность изобретения заключается в том, что в составе шихты для проведения процесса получения титаносодержащего шлака значительно изменено содержание основных компонентов.

Заявленный количественный состав компонентов шихты для проведения процесса получения титаносодержащего шлака позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов от их концентрации приводит к нарушению режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей технологического процесса получения титаносодержащего шлака.

При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% ниже 75,5 мас.% снижается содержание основных окислов TiO₂ и FeO в получаемом титаносодержащем шлаке и ухудшается тепловой баланс процесса алюминотермического получения ферротитана. При содержании концентрата ильменитового с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% выше 79,2 мас.% ухудшаются условия дефосфоризации получаемого титаносодержащего шлака и конечного ферротитана.

При содержании порошка алюминия вторичного ниже 4,9 мас.% ухудшаются условия восстановления железа и дефосфоризации получаемого титаносодержащего шлака. При содержании порошка алюминия вторичного выше 5.8 мас.% снижается содержание оксидов железа в титаносодержащем шлаке, что приведет к снижению выделенного тепла при проведения процесса алюминотермического получения ферротитана и ухудшению теплового баланса плавки.

При содержании извести (с содержанием углерода не более 0,6%) ниже 12,0 мас.% ухудшится связывание глинозема, что приведет к увеличению температуры плавления титаносодержащего шлака и ухудшит осаждение корольков фосфористого железа. При содержании извести (с содержанием углерода не более 0,6%) выше 13,2 мас.% увеличивается жидкоподвижность титаносодержащего шлака и усложняются условия его подготовки для последующей переработки.

При содержании окалины ниже 2,6 мас.% образуется недостаточное для зажигания электрических дуг количество наведенного жидкого шлака. При содержании окалины выше 3,8 мас.% усиливается размывание периклазовой футеровки подины горна.

При содержании ферросилиция ниже 2,6 мас.% ухудшаются условия дефосфоризации титаносодержащего шлака. При содержании ферросилиция выше 2,8 мас.% увеличивается расход ферросилиция без улучшения условий дефосфоризации титаносодержащего шлака.

При плавлении шихты заявленного состава получают товарный продукт - титаносодержащий шлак химического состава, мас.%:

оксид титана 54-59

оксид алюминия 10-15

оксид кальция 12-17

оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2

оксид кремния 4,8-6,5

оксид магния 0,8-2,1

углерод 0,01-0,02

фосфор не более 0,01

сера не более 0,005

Заявленный количественный состав компонентов в титаносодержащем шлаке, позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов от их концентрации приводит к нарушению теплового режима основной плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей технологического процесса алюминотермического получения ферротитана как конечной продукции.

Снижение содержания оксида титана ниже 54 мас.% не обеспечивает получение в конечном ферротитане содержания титана более 28 мас.%. Повышение содержания оксида титана выше 59 мас.% потребует снижения в титаносодержащем шлаке содержания оксида кальция, что снизит степень связывания образующего глинозема и отрицательно повлияет на физические свойства титаносодержащего шлака.

Снижение содержания оксида алюминия ниже 10 мас.% уменьшает степень восстановления железа и фосфора, и вывод их в процессе алюминотермического получения ферротитана. Повышение содержания оксида алюминия выше 15 мас.% приводит к неоправданному перерасходу алюминия.

Снижение содержания оксида кальция ниже 12 мас.% не обеспечивает связывание глинозема, что приводит к увеличению температуры плавления титаносодержащего шлака и ухудшит осаждение корольков фосфористого железа. Повышение содержания оксида кальция выше 17 мас.% приводит к увеличению жидкоподвижности титаносодержащего шлака и усложнению условий его подготовки для последующей переработки.

Снижение содержания оксидов железа (в пересчете на FeO) ниже 8,4 мас.% приведет к снижению выделенного тепла при алюминотермическом восстановлении металлов из оксидов в процессе алюминотермического получения ферротитана и ухудшению теплового баланса основной плавки. Повышение содержания оксидов железа выше 10,2 мас.% не обеспечит достаточно полного удаления фосфора в процессе алюминотермического получения титаносодержащего шлака.

Присутствие вредной примеси фосфора в титаносодержащем шлаке нежелательно, но обусловлено степенью его восстановления из оксидов фосфора и растворения в образующемся железе.

Присутствующие в титаносодержащем шлаке оксид магния и сера являются попутными, специально их не вводят. При выплавке титаносодержащего шлака эти элементы переходят из исходного ильменитового концентрата и из футеровки горна и не оказывают существенного влияния на свойства титаносодержащего шлака и последующую стадию процесса алюминотермического получения ферротитана.

По составу компонентов, содержанию оксида титана, вредных примесей (С, Р, S) полученный титаносодержащий шлак, по сути, является «искусственным рутилом» и может быть использован взамен дорогостоящего рутилового концентрата.

После разливки и охлаждения титаносодержащий шлак дробят, измельчают и используют в составе основной титаносодержащей шихты для алюминотермического получения ферротитана.

Примеры конкретного выполнения технических решений заявленной группы изобретений.

Подготовленные части шихтовых материалов загружают в смесительный барабан и тщательно перемешивают. Внепечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте проводят с нижним зажиганием шихты в наклоняющемся горне, а слив продуктов плавки в стальную нефутерованную изложницу осуществляют наклоном горна, при этом сначала сливают в изложницу 30-40% шлака для образования гарнисажа, а затем после выдержки, для окончания восстановительных процессов, сливают шлак и металл под слой шлака в изложницу.

В таблице 1 приведены соотношение компонентов шихты на плавку, а в таблице 2 соотношение компонентов в частях шихты на плавку в расчете на 1 колошу (100 кг концентрата).

Пример 1 (прототип) Кампанию выплавки ферротитана в количестве 21 плавки с восстановлением оксидов по методу алюминотермической плавки с предварительным расплавлением части оксидов и флюса в электропечи проводили с использованием ильменитового и рутилового концентратов в заданном соотношении и алюминия марки А5. Состав ильменитового концентрата, мас.%: TiO₂ - 53,2, SiO₂ - 1,1, FeO (в пересчете на 100% FeO) - 38,8; состав рутилового концентрата мас.%: TiO₂ - 94,8, SiO₂ - 1,4, Fe ₂O₃ - 1,4 (FeO - 1,26 в пересчете).

Шихту на плавку составляли на 2800 кг титанового сырья, в том числе 1500 кг (включая 100 кг в запальной части шихты) ильменитового концентрата и 1300 кг рутилового концентрата, соотношение их в шихте соответственно составляло 1,15:1.

В запальной части, состоящей из 100 кг ильменитового концентрата, 80 кг алюминия первичного марки А5 в виде полидисперсного порошка фракции 0-3 мм, 120 кг железной окалины и 80 кг извести молотой, проплавляли по методу внепечной плавки. На полученном расплаве под дугами проплавляли 1800 кг смеси концентратов - 64,3% от общей массы в шихте плавки, в том числе 500 кг ильменитового и 1300 кг рутилового, в смеси с 500 кг извести с углеродом 0,7 мас.%.

В восстановительном периоде плавки проплавляли 900 кг ильменитового концентрата в смеси с 1280 кг алюминия марки А5, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков сплава, наклоном плавильного горна сливали шлак и металл в стальную изложницу.

Пример 2 (п.1 и п.2 формулы) Кампания выплавки ферротитана марки ФТи35С5 в количестве 13 плавок с восстановлением из оксидов по методу алюминотермической плавки с предварительным расплавлением части оксидов и флюса в электропечи проводили с использованием ильменитового концентрата состава TiO₂ 52-54 мас.%, SiO₂ 1-2 мас.%, P₂O₅ 0,075-0,085 мас.% и титаносодержащего шлака состава, мас.%: оксид титана 54-59, оксид алюминия 10-15, оксид кальция 12-17, оксид железа (в пересчете на FeO) 8,4-10,2, оксид магния 0,8-2,1, углерод 0,01-0,02, фосфор не более 0,01, сера не более 0,005.

Шихту на плавку составляли на 3300 кг титанового сырья, в том числе 1650 (включая 100 кг в запальной части шихты) ильменитового концентрата и 1650 кг титаносодержащего шлака, соотношение в шихте соответственно составляло 1:1.

В запальной части, состоящей из 100 кг ильменитового концентрата, 90 кг алюминия вторичного в виде полидисперсного порошка фракции 0-3 мм, 120 кг железной окалины и 80 кг извести молотой, проплавляли по методу внепечной плавки.

На полученном расплаве под дугами проплавляли 2750 кг смеси титаносодержащего сырья - 83,3% от общей массы в шихте плавки, в том числе 1100 кг ильменитового концентрата и 1650 кг титаносодержащего шлака, в смеси с 200 кг извести с углеродом 0,3 мас.%.

В восстановительном периоде плавки проплавляли 450 кг ильменитового концентрата в смеси с 1430 кг алюминия марки АВ91, 700 кг окалины железной и по 25 кг ферросилиция и стального лома, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков сплава, наклоном плавильного горна сливали шлак и металл в стальную изложницу.

Основной химический состав полученного ферротитана и титаносодержащего шлака по прототипу и заявленному способу приведены в таблице 3.

Пример 3 (п.3 формулы). Кампанию выплавки титаносодержащего шлака в количестве 29 плавок с восстановлением из оксидов по методу алюминотермической плавки с расплавлением ильменитового концентрата состава TiO₂ 63-65 мас.%, SiO₂ 0,85-0,95 мас.%, P₂O₅ 0,16-0,18 мас.%, оксиды железа в пересчете на FeO 24-25 мас.%, алюминия вторичного марок АВ87-АВ97, ферросилиция ФС-75, окалины железной и извести с содержанием углерода 0,6 мас.% проводили в электропечи под дугами, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков попутного металла, наклоном плавильного горна сливали шлак и металл в стальную изложницу.

Запальную часть, состоящую из 200 кг окалины железной, 60 кг алюминия вторичного марки АВ87-АВ91 в виде полидисперсного порошка фракции 0-3 мм, и 60 кг извести молотой, проплавляли по методу внепечной плавки.

На полученном расплаве под дугами проплавляли 4000 кг ильменитового концентрата с содержанием TiO₂ 63-65 мас.% в смеси с 640 кг извести с углеродом 0,6 мас.%, 200 кг алюминия вторичного марки АВ87-АВ91 и 140 кг ферросилиция ФС-75, и после кратковременной выдержки для осаждения корольков сплава, наклоном плавильного горна сливали титаносодержащий шлак и металл в стальную изложницу.

Таким образом, разработан и реализуется технологически несложный способ алюминотермического получения титаносодержащего шлакаметодом частичного восстановления железа и восстановления фосфора из оксидов при расплавлении в электропечи шихты, состоящей из ильменитового концентрата, извести, алюминия вторичного, окалины железной и ферросилиция, и его последующим использованием при получении ферротитана марки ФТи35С5 с пониженным содержанием фосфора алюминотермическим способом восстановлением из оксидов по методу плавки с расплавлением части оксидов и флюса в вышеуказанной электропечи, при использовании в шихте ильменитового концентрата, титаносодержащего шлака, алюминия вторичного, окалины железной, стального лома и ферросилиция.

Способ позволяет отказаться от использования дорогостоящего рутилового концентрата, и получать высококачественный дешевый продукт: титаносодержащий шлак, с низким содержанием фосфора для алюминотермического получения ферротитана требуемого химического состава.

В предлагаемой группе изобретений разработаны составы шихт и технологические приемы, позволяющие регулировать соотношения TiO₂:FeO в оксидном титановом сырье и общей массы оксидов железа, а также общей массы оксидов фосфора в шихте, соотношения частей сырья и железосодержащего сырья, проплавляемых под дугами для обеспечения теплового баланса в процессах алюминотермического получения титаносодержащего шлака и ферротитана, снижения массовой доли фосфора в получаемом ферротитане за счет удаления его из части титаносодержащего сырья.

Техническим результатом является осуществление с использованием новых составов шихт алюминотермического способа производства ферротитана с низким содержанием фосфора и способа алюминотермического получения титаносодержащего шлака из имеющего в наличии сырья на существующем металлургическом оборудовании. Отсутствует необходимость закупать дорогостоящий рутиловый концентрат. Изобретение позволяет получать ферротитан марки ФТи35С5 по ГОСТ 4761-91 с химическим составом, удовлетворяющим всем требованиям потребителей.

Выход ферротитана с массовыми долями: Ti в пределах 28-32 мас.%, С не более 0,12 мас.%, Р не более 0,04 мас.% за кампанию составил 100%, а ценовые затраты на шихтовые титаносодержащие компоненты снижены в 4 раза.

Источники информации:

1. SU 1786170 A1

RU 2329322 С2

RU 2335564 С2

RU 23180032 C1

Таблица 1
Вид материала	Части шихты, кг
	прототип			Заявленные способы
	запальная	рудная	восстановительная	Шихта для получения титаносодержащего шлака		Титаносодержащая шихта для получения ферротитана
				запальная	рудно-восстановительная	запальная	рудная	восстановительная
Концентрат ильменитовый TiO2 52-54 мас.%	100	500	900			100	1100	450
Концентрат ильменитовый TiO2 63-65 мас.%					4000
Концентрат рутиловый		1300
Титаносодержащий шлак							1650
Алюминий вторичный порошок				60	200	90		1430
Алюминий первичный порошок	80		1280
Известь	80	500		60	640	80	200
Ферросилиций					140			25
Железная окалина	120			200		120		700
Стальной лом								25
Итого	380	2300	2180	320	4980	390	2950	2630
	4860			5300		5970

Таблица 2
Вид материала	Части шихты на 1 колошу (100 кг титанового концентрата), кг
	Запальная			Рудная (оксидно-флюсовая)			Восстановительная
	прототип	предлагаемый		прототип	предлагаемый		прототип	предлагаемый
		для получения титаносодержащего шлака	для получения ферротитана		для получения титаносодержащего шлака	для получения ферротитана		для получения ферротитана
Концентрат ильменитовый TiO 2 52-54 мас.%	1		6,0-6,1	15-20		60,6-72,7	25-40	26,6-33,3
Концентрат ильменитовый TiO2 63-65 мас.%					100
Концентрат рутиловый				55-45
Титаносодержащий шлак						100
Алюминий вторичный порошок		1,5	5,4-5,5		5			79,3-91,5
Алюминий первичный порошок	0,8						45-50
Известь	0,8	1,5	4,8-4,9	15-20	16	9,1-15,2
Ферросилиций					3,5			0,1-1,5
Железная окалина	1,2	5	7,2-7,3					36,1-48,5
Стальной лом								0,2-1,5

Таблица 3
№ п/п	Показатели	Прототип	Заявленные способы
		Получение ферротитана	Получение титаносодержащего шлака	Получение ферротитана
1	Извлечение титана, %	не менее 70	не менее 96	не менее 76
2	Основной химический состав ферротитана за кампанию, мас.%
	Титан	49,2-55,1		28,7-31,9
	Алюминий	10,5-15,9		6,8-9,0
	Фосфор	не регламентир		0,030-0,039
	Олово	0,01-0,02		0,01-0,02
3	Основной химический состав титаносодержащего шлака за кампанию, мас.%
	Диоксид титана		54-59
	Оксид алюминия		10-15
	Оксид кальция		12-17
	Оксид железа (в пересчете на FeO)		8,4-10,2
	Оксид кремния		4,8-6,5
	Оксид магния		0,8-2,1
	Фосфор		не более 0,01
	Углерод		0,01-0,02
	Сера		не более 0,005