способ получения ванадиевого шлака

Формула изобретения

Способ получения ванадиевого шлака, включающий продавку ванадиевого чугуна в конвертере кислородом и присадку охладителя-окислителя, состоящего из окалины и флюса, отличающийся тем, что используют флюс, содержащий, мас.%:

SiO₂ - 40,00 - 50,00

Al₂O₃ - 25,00 - 30,00

Fe₂O₃ - 2,50 - 4,00

Na₂O + K₂O - 15,00 - 25,00

CaO - 1,20 - 1,60

MgO - 0,40

TiO₂ - 0,60

MnO - 0,08

P - 0,09

где соотношении компонентов в окислителе-охладителе, мас.%:

Окалина - 88 - 93

Флюс - 7 - 12

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способу получения ванадиевого шлака в кислородном конвертере.

Известен флюс, применяемый при получении ванадиевого шлака в конвертере [1] , содержащий оксиды ванадия, кремния, кальция, натрия, калия, алюминия. Флюс представляет собой агломерат, изготовленный из железорудных (окалина) материалов, отходов химического производства (отвалы), шлакометаллического материала (металлоотсева) и нефелинового концентрата. Введение такого флюса взамен обычных охладителей в конвертер позволяет несколько улучшить показатели деванадации чугуна и извлечения ванадия из шлака (химической вскрываемости).

Недостатки способа с использованием такого флюса заключаются в том, что в процессе агломерации теряется значительная часть (до 29%) оксидов щелочных металлов (K₂O, Na₂O) [2]. Изготовление флюса усложняет способ получения ванадиевого шлака, получение агломерата также усложняется.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения ванадиевого шлака, включающий продувку ванадиевого чугуна в конвертере кислородом и присадку охладителя-окислителя, состоящего из окалины и флюса [3].

Из полученных таким способом ванадиевых шлаков получили высокое извлечение ванадия.

Однако в известном способе ухудшается качество ванадиевого шлака за счет повышения в нем в несколько раз содержания фосфора по сравнению с обычным ванадиевым шлаком. Такой шлак не пригоден для производства технической пятиокиси ванадия высокого качества и для легирования стали ванадием. В шлаке, полученном по предлагаемому способу, содержание фосфора не превышает обычных пределов 0,03 - 0,05%.

Задачей изобретения является повышение извлечения ванадия из чугуна в шлак при его деванадации в конвертере и качества получаемого при этом ванадиевого шлака. Последнее позволяет повысить степень извлечения ванадия из шлака либо извлечение ванадия из шлака в сталь или сплав в случае использования ванадиевого шлака для легирования стали и сплавов, а также повысить качество технической пятиокиси ванадия, получаемой из этого шлака.

Это достигается тем, что в способе получения ванадиевого шлака, включающем продувку ванадиевого чугуна в конвертере кислородом и присадку охладителя - окислителя, состоящего из окалины и флюса, согласно изобретению используют флюс, содержащий, мас.%: 40,00 - 50,00 SiO₂; 25,00 - 30,00 Al₂O₃; 15,00 - 25,00 (Na₂O + K₂O); 2,50 - 4,00 Fe₂O₃; 1,20 - 1,60 CaO; 0,40 MgO; 0,60 TiO₂; 0,08 MnO, 0,09 P, при соотношении компонентов в охладителе-окислителе, мас.%: окалина 88 - 93, флюс 7 - 12.

В качестве флюса может быть использован нефелиновый концентрат либо другой, имеющий тот же состав.

Экспериментально установлено, что соотношение окалины и флюса выбрано оптимальным. Снижение или повышение соотношения окалины и флюса сверх выбранных оптимальных пределов (см. таблицу, пп. 1, 5) снижает извлечение ванадия из чугуна в шлак и из шлака в техническую пятиокись ванадия.

При оптимальном соотношении расхода окалины и флюса получили наибольшее извлечение ванадия из чугуна в шлак и из шлака в техническую пятиокись ванадия (см. таблицу, пп. 2, 3, 4) в особенности значительно увеличилось извлечение ванадия в водный раствор, что в конечном итоге улучшает качество технической пятиокиси за счет снижения в ней примесей (оксидов кремния, титана, марганца, железа, фосфора) и повышение V₂O₅.

Показатели деванадации чугуна с использованием предлагаемого охладителя значительно выше, чем при применении известного флюса. Так, остаточное содержание ванадия в полупродукте составило 0,01 - 0,02% (см. таблицу, пп. 2, 3, 4), в то время как в известном способе оно составляет 0,038%.

Максимальное извлечение ванадия из шлака, полученного предлагаемым способом, составило 97%, известным - 96%.

Анализ изобретательского уровня из известных источников информации новых существенных признаков отличительной части формулы показывает, что предлагаемые соотношения окалины и флюса не были известны. Поэтому предлагаемый способ получения ванадиевого шлака обладает новизной.

Примеры выполнения способа, доказывающие достоверность заявленных признаков изобретения по поставленной задаче

Пример 1. В конвертер залили 172 т ванадиевого чугуна. На его поверхность по тракту сыпучих ввели 10 т окалины и 0,5 т нефелинового концентрата состава, мас. %: 27 Al₂O₃; 45 SiO₂; 4,0 Fe₂O₃; 19,5 (Na₂O + K₂O); 1,6 CaO; 0,4 MgO; 0,6 TiO₂; 0,08 MnO; 0,09 P. В результате продувки чугуна кислородом получили ванадиевый шлак, состава, мас.%: 16,2 SiO₂; 19,3 V₂O₅; 26,6 Fe_общ; 9,2 MnO; 5,2 Al₂O₃; 2,5 CaO; 7,1 TiO₂; 2,8 MgO; 9,5 мет.вкл.; 0,7 Na₂O; 0,3 K₂O; 0,026 S; 0,036 P.

Исходное содержание ванадия в чугуне составляло 0,42%, после продувки 0,035%, против 0,03% на плавках обычного производства.

В лабораторных условиях по известной методике определили химическую вскрываемость опытного и сравнительного шлаков.

Количество суммарно растворимых соединений ванадия составило в опытном шлаке 82%, в сравнительном - 80%. В опытном шлаке выше количество водорастворимых соединений ванадия.

Пример 2. В конвертер залили 172 т ванадиевого чугуна того же состава, что и в примере 1. На поверхность чугуна задали 9,6 т окалины и 0,9 т нефелинового концентрата того же состава, что и в примере 1.

В результате продувки чугуна кислородом получили ванадиевый шлак состава, мас. %: 17,8 SiO₂; 19,0 V₂O₅; 29,0 Fe_об; 1,7 Na₂O; 0,8 K₂O; 10,5 MnO; 7,9 TiO₂; 5,2 Al₂O₃; 7,5 мет. вкл.; 0,03 P; 0,028 S.

Остаточное содержание ванадия в металле после продувки составило 0,01%.

Определили химическую вскрываемость полученного ванадиевого шлака. Общее количество растворимых соединений ванадия составило 97%, что на 17% выше, чем в сравнительном шлаке, и на 15% выше, чем в шлаках с неоптимальным соотношением окалины и флюса - нефелинового концентрата.

В опытном шлаке получили количество металловключений 7,5%, что на 2,0 абс. % ниже, чем среднегодовое в обычных шлаках, содержание фосфора ниже или не выше, чем в шлаках обычного производства (см. таблицу пп. 2, 3, 4).

Таким образом, экономическая эффективность предлагаемого способа получения ванадиевого шлака слагается из повышения извлечения ванадия из чугуна в шлак и из шлака в техническую пятиокись ванадия, улучшения качества получаемого шлака и технической пятиокиси ванадия.

Предлагаемый способ получения ванадиевого шлака может быть использован на предприятиях черной металлургии, производящих ванадиевый шлак, в частности в кислородных конвертерах АО "Нижнетагильский металлургический комбинат", а полученный шлак может быть переработан на предприятиях с химическим производством технической пятиокиси ванадия, например в АК "Ванадий Тулачермет", АО "Чусовской металлургический завод".

Ванадиевый шлак, получаемый по предлагаемому способу, может быть эффективно использован и для легирования стали и сплавов, поскольку за счет содержащихся в нем оксидов щелочных металлов получается более легкоплавким, чем обычный шлак.