Спосіб виплавки сплавів, що містять ванадій

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к производству ванадийсодержащих лигатур. Известен способ выплавки ванадийсодержащих ферросплавов, в котором ванадий восстанавливают алюмоили силикотермическим способом из чистой пятиокиси ванадия [1]. Недостатком способа является то, что он основан на применении дефицитной и дорогостоящей пятиокиси ванадия. Существенное снижение себестоимости может быть достигнуто за счет частичной или полной замены дорогостоящей пятиокиси ванадия на более дешевый шлак конвертерного передела ванадиевых чугунов (17-20 % V2О 5; 2,5-3,5% Сr2O3; 17-20 % SiO2; 17-11 % MnO; 8-12 % Al2O3; 6-9 TiO2; 0,26-2,8 % CaO; 5-8 % MgO; 0,03-0,07 % P и 40-49 % Fеобщ.). Этот способ выбран в качестве прототипа и включает загрузку в печь конвертерного шлака, извести, ферросилиция, кокса, плавикового шпата, а также отходов металла [2]. Плавку ведут в тре хфазной электропечи мощностью 3,5 МВА при рабочем напряжении 178 В. Недостатком указанного способа является то, что при использовании ванадиевого шлака из-за низкого содержания пятиокиси ванадия резко возрастает расход ши хтовы х материалов, а также происходит ухудшение экологии в результате выделения фторидов в атмосферу. Устранить недостатки способа, взятого в качестве прототипа, можно путем замены конвертерного ванадиевого шлака на более технологичные зольные отходы ГРЭС. Вместе с тем, зольные отходы ГРЭС с высоким, до 47,3 % содержанием окислов ванадия имеют высокое содержание сернистых соединений 5-23% [3], что при выплавке ванадийсодержащих сплавов с их использованием приведет к загрязнению атмосферы цеха сернистыми соединениями. В основу изобретения поставлена задача - совершенствовать способ выплавки ванадийсодержащих сплавов путем замены ванадиевого шлака с низким содержанием окислов ванадия на зольные отходы ГРЭС, содержащие большее количество окислов ванадия, и изменение теплового режима плавки, что приведет к снижению расхода шихтовы х материалов и затрат на производство, а также к уменьшению вредных выбросов в атмосферу. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе выплавки ванадийсодержащих сплавов, включающем загрузку в печь шихтовы х материалов, прогрев и расплавление шихты, восстановление ванадия из его окислов, выпуск готового сплава, в качестве материала, содержащего окислы ванадия, используют зольные отходы ГРЭС, прогрев шихты ведут при мощности печи на 25-50% меньше по сравнению с обычно применяемой для расплавления шихты. Большая технологичность зольных отходов ГРЭС заключается в более высоком содержании окислов ванадия, наличии разжижающих добавок (окислов калия и натрия) и меньшем содержании балластных примесей (окислов хрома, кремния и марганца). Повышенное содержание окислов ванадия и меньшее содержание балластных примесей приведет к снижению расхода шихтовых материалов, а наличие разжижающих добавок - к улучшению физико-химических свойств получаемых шлаков, что позволит вывести из состава шихты плавиковый шпат, и тем самым исключить загрязнения атмосферы фтористыми соединениями. Наличие в зольных отхода х ГРЭС сернистых соединений (SО3) при выплавке ванадийсодержащих лигатур играет двоякую роль. В лабораторных условия х установлено, что и х выделение происходит при температуре 950°С, в этот момент зольные отходы ГРЭС становятся рыхлыми и размягчаются, что ускоряет процесс их плавления. С другой стороны, при расплавлении шихты, которое ведут обычно на максимальной мощности печи, пиковые выделения сернистых соединений приводят к загрязнению атмосферы цеха, так как газоочистные сооружения не обеспечивают полного их удаления. Для исключения выбросов зернистых соединений в атмосферу цеха необходимо прогрев шихтовы х материалов производить при мощности печи на 25-50 % меньше по сравнению с обычно применяемой для расплавления шихты. В табл. 1 приведены химические составы ванадийсодержащих материалов. При использовании зольных отходов ГРЭС с низким содержанием сернистых соединений (5 %) рекомендуется прогрев материалов производить при мощности печи на 25 % ниже обычно применяемой для расплавления шихты (снижение мощности меньше чем на 25 % приведет к выбросам сернистых соединений в атмосферу цеха, а снижение мощности больше чем на 25 % приведет к увеличению длительности плавки). При использовании зольных отходов ГРЭС с высоким содержанием сернистых соединений (23 %) рекомендуется прогрев материалов производить при мощности печи на 50 % ниже обычно применяемой для расплавления шихты (снижение мощности более чем на50 % приведет к увеличению длительности плавки, а снижение мощности менее чем на 50 % - к выбросам сернистых соединений в атмосферу цеха). Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что вместо конвертерного ванадиевого шлака используют зольные отходы ГРЭС, в которых содержание окислов ванадия достигает 47,3 %, а содержание сернистых соединений колеблется в пределах 5-23 %. В этом случае прогрев шихты ведут при мощности печи на 25-50 % меньше, чем обычно применяемой при расплавлении шихты (мощность - 3,5 МВА). Причем при использовании зольных отходов с низким содержанием сернистых соединений (5 %) прогрев шихтовы х материалов производят при мощности печи 2,625 МВА (на 25 % меньше, чем применяемой для расплавления), а при использовании зольных отходов ГРЭС - с высоким содержанием сернистых соединений (23 %) прогрев шихтовы х материалов производят при мощности печи 1,75 МВА (на 50 % меньше, чем применяемой для расплавления). Основные технико-экономические показатели по известному и заявляемому способам приведены в табл. 2. Видно, что выплавка силикованадия по заявляемому способу приводит к значительному улучшению техникоэкономических показателей - снижению расхода шихтовы х материалов в 1,6 раза и затрат на производство лигатуры в 6 раз. Сквозное извлечение ванадия увеличивается с 94,7 до 99,9%. Этому способствует наличие в зольных отхода х ГРЭС окислов натрия и калия, которые существенно улучшают физико-химические свойства образующи хся шлаков, в частности, повышают и х жидкотекучесть. Пример использования заявляемого способа. В дуговую печь (ДС-3) после заправки подины и откосов загружают 100 кг извести, 100 кг ферросилиция, обрезки железа и зольные отходы ГРЭС следующего состава, %: V2 O5 - 37; SiO2 - 2,8; CaO - 2,8; MnO - 0,15; Na2О-5,4; K2О - 17; NiO - 10; SО3 - 14; FeO - 11. Продолжительность завалки - 30-35 мин. Прогрев шихты ведется при тепловой нагрузке на 35 % меньше, чем максимально применяемой при плавлении. Продолжительность прогрева и расплавления - 1,2-1,5 часа. После расплавления по ходу плавки в печь вводят оставшиеся известь и ферросилиций, а также кокс. Смесь вводят порционно по мере проплавления предыдущей порции. После прогрева полученного сплава и образования "уваренного" шлака основностью 2-2,5, ванну интенсивно перемешивают и через 10-15 мин выдержки плавку выпускают. Силикованадий имел следующий состав, %: V - 15; Ni - 5,7; Si - 10; железо остальное. Сквозное извлечение ванадия - 99,9 %. Следует отметить, что применение предлагаемого способа позволяет получить в сплаве 5,7 % никеля, который также является дефицитным легирующим элементом. Такой сплав может быть использован при производстве стали 20 ХФНЧ, без применения дорогостоящих ванадий- и никелевых ферросплавов.