Спосіб одержання титанових шлаків

Винахід стосується кольорової металургії, а саме електротермічної виплавки титанових шлаків з порошкової шихти. Відомий спосіб одержання титанових шлаків, який прийнятий у якості прототипу, викладений у книзі “Електротермія титанових шлаків”, Дєнісов C.I. та інш., М., Металургія, 1970p., c.81-110. Згідно з прототипом готують ши хту, яка складається з титанового концентрату та вуглецьвмісного відновника з вмістом вуглецю 7-9% і завантажують її в р уднотермічну піч (РТП). Потім шихту розплавляють і частково відновлюють, після чого проводять доводку шлаку вуглецьвмісним відновником до потрібного вмісту оксиду заліза. Після завершення доводки готовий шлак відстоюють і випускають з печі у виливниці. Шлак, що виплавляється за даною технологією, характеризується високим вмістом сірки. Відомо, що основним джерелом надходження сірки в шлаку є вуглецьвмісний відновник (ВВ) тому, що в процесі плавки порошкової шихти ~50% сірки з відновника переходить в шлак. Вміст сірки в шлаку при застосуванні ВВ, що традиційно використовуються, складає 0,10-0,15%. Експериментальне встановлене, що навіть при використанні малосірчастого ВВ, вміст сірки в шлаку, що виплавлений згідно з відомим способом, залишається достатньо високим і складає 0,08-0,10% мас. Винахід вирішує задачу зниження вмісту сірки в титановому шлаку шляхом перерозподілу кількості вуглецьвмісного відновнику між стадіями підготовки шихти та доводки шлаку, та створення умов для термодеструкції сполук сірки до газоподібних продуктів для видалення їх з відходячими газами. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання титанових шлаків, який включає приготування порошкової шихти з титанового концентрату та вуглецьвмісного відновника, завантаження її в руднотермічну піч, розплавлення, наступне відновлення та доводку шлаку вуглецьвмісним відновником, згідно винаходу, на стадії приготування шихти вміст вуглецьвмісного відновника знижують до 4-5%, у перерахунку на вуглець, а на стадії доводки шлаку кількість вуглецьвмісного відновника відповідно збільшують . При цьому доводку шлаку проводять відразу після розплавлення шихти. Зміна співвідношення кількості ВВ між стадіями приготування шихти та доводки приводить до зниження вмісту сірки в шлаку, що виплавляється. Сірка в ВВ знаходиться переважно у вигляді органічної сірки, що легко піддається терморозкладанню до газоподібних продуктів при 1000-1200°С. Підвищення кількості ВВ, що подається на стадії доводки, при температурі 1600-1800°С, як виявилось, сприяє зниженню вмісту сірки в шлаку тому, що створюються ідеальні умови для термодеструкції максимально можливої кількості сполук сірки. При повільному розігріванні завантаженої шихти більша частина сірки з ВВ встигає перейти в шлак, тому зменшення кількості ВВ в ши хті приводить до зниження вмісту сірки в шлаку. Експериментальне встановлене, що достатня та необхідна концентрація в шихті вуглецю складає 4-5%. Холодний ВВ, який попадає у ванну печі до поглинання його розплавом , нагрівається до температури вище 1200°С, оскільки розплав на цей момент має вже температуру ~1500°С. При цьому часу контакту ВВ з високотемпературними відходячими газами достатньо для протікання процесів терморозкладання та деструкції, внаслідок чого біля 90% сірки видаляється в газову фазу. Дозування ВВ в шихту до вмісту в ній 4-5% вуглецю сприяє більш швидкому розплавленню шихти, при якому попереджується створення нижчих оксидів титану, які надають негативного впливу на процес плавки і фізико-хімічні властивості розплаву. При вмісті вуглецю в шихті менше 4% процес нездійснений тому, що відбувається розмивання гарнісажу та вихід печі зі строю. При вмісті вуглецю в шихті більше 5% вміст сірки в шлаку підвищується. Крім того, росте температура та в'язкість розплаву і для проведення процесу плавки потрібні додаткові витрати тепла, що тягне за собою підвищення витрати електроенергії. Спосіб здійснюється таким чином. Спочатку відомим шляхом розраховують кількість ВВ і титанового концентрату, що необхідна для завантажування печі. Шихту готують з розрахунку в ній вуглецю. Готову шихту завантажують в міжелектродний простір РТП з підключеними електродами. Після розплавлений шихти та завершення основних процесів відновлення зі стабілізацією в розплаві вмісту FeO проводять доводку шлаку .Для цього в розплав завантажують ВВ із заданою швидкістю. Доводку ведуть до досягнення в шлаку потрібного вмісту FeO. По ходу плавки здійснюють відбір проб шлаку на вміст FeO. У випадку перевищення нормативного значення по FeO склад шлаку коректують додатковим поданням ВВ. При досягненні в шлаку потрібної кількості FeO процес подання ВВ припиняють. Розплав прогрівають і відстоюють на протязі 20-30 хвилин для повного розділення шлаку та чавун у, потім випускають продукти плавки з печі. Приклад 1 (прототип). Виплавку титанового шлаку здійснюють у промисловій РТП потужністю 5,0МВт. В якості сировини використовують титановий концентрат Малишевського родовища, а вуглецьвмісного відновника - антрацит з вмістом вуглецю 88%. Шихту готують із розрахунку вмісту в ній 7,8% вуглецю, тому взято 18т концентрату та 1,75т антрациту. Одержану шихту завантажують у міжелектродний простір РТП при підключених електродах. Після розплавлення шихти і завершення основних процесів відновлення (витрати електроенергії 18,5МВт) відбирають проби шлаку для визначення вмісту в розплаві FeO. При вмісту FeO в розплаві 14% проводять доводку шлаку. Для цього на дзеркало розплаву подають антрацит. По досягненню в шлаку вмісту FeO ~4%, яке визначають повторним відбором проб і їх експрес-аналізом, подачу антрациту припиняють. Кількість витраченого в процесі доводки антрациту склала 0,25т. Далі розплав прогрівають, здійснюють витримку на протязі 25 хвилин, а продукти плавки випускають в каскад виливниць. Тривалість плавки склала 7 годин, витрати електроенергії 31500кВт-годину, витрати антрациту 2,0т. Склад одержаного шлаку: ТіO 2 -90,55%; FeO - 3,63%; S - 0,15 %. Приклад 2 (прототип) Виплавку титанового шлаку здійснюють у промисловій РТП потужністю 5,0 МВт. В якості сировини використовують титановий концентрат Малишевського родовища, а вуглецьвмісного відновника - пековий кокс з вмістом вуглецю 96%. Шихту готують із розрахунку вмісту в ній 7,9% вуглецю, тому взято 18т концентрату та 1,60т пекового коксу. Одержану шихту завантажують у міжелектродний простір РТП при підключених електродах. Після розплавлення шихти і завершення основних процесів відновлення (витрати електроенергії 18,0МВт) відбирають проби шлаку для визначення вмісту в розплаві FeO. При вмісту FeO в розплаві 14% проводять доводку шлаку. Для цього на дзеркало розплаву подають пековий кокс. По досягненню в шлаку вмісту FeO ~4%, яке визначають повторним відбором проб і їх експрес-аналізом, подачу пекового коксу припиняють. Кількість витраченого в процесі доводки пекового коксу склала 0,23т. Далі розплав прогрівають, здійснюють витримку на протязі 25 хвилин, а продукти плавки випускають в каскад виливниць. Тривалість плавки склала 6,9 години, витрати електроенергії 31000кВт-годину, витрати пекового коксу 1,83т. Склад одержаного шлаку: ТіО3 - 91,23%; FeO 3,52%; S - 0,088%. Приклад 3 (спосіб, що заявляється) Виплавку титанового шлаку здійснюють у промисловій РТП потужністю 5,0 МВт. В якості сировини використовують титановий концентрат Малишевського родовища, а вуглецьвмісного відновника - пековий кокс з вмістом вуглецю 96%. Шихту готують із розрахунку вмісту в ній 4,6% вуглецю, тому взято 18т концентрату та 0,9т пекового коксу. Одержану шихту завантажують у міжелектродний простір РТП при підключених електродах. Після розплавлення шихти і завершення основних процесів відновлення (витрати електроенергії 13,0МВт) відбирають проби шлаку для визначення вмісту в розплаві FeO. При вмісту FeO в розплаві 17% проводять доводку шлаку. Для цього на дзеркало розплаву подають пековий кокс. По досягненню в шлаку вмісту FeO ~4%, яке визначають повторним відбором проб і їх експрес-аналізом, подачу пекового коксу припиняють. Кількість витраченого в процесі доводки пекового коксу склала 1,0т. Далі розплав прогрівають, здійснюють витримку на протязі 25 хвилин, а продукти плавки випускають в каскад виливниць. Тривалість плавки склала 6,4 години, витрати електроенергії 28800 кВт-годину, витрати пекового коксу 1,83т. Склад одержаного шлаку: ТіО 3 - 91,84%; FeO 3,83%; S - 0,048%. Приклад 4. Виплавку титанового шлаку здійснюють у промисловій РТП потужністю 5,0 МВт. В якості сировини використовують титановий концентрат Малишевського родовища, а вуглецьвмісного відновника - пековий кокс з вмістом вуглецю 96%. Шихту готують із розрахунку вмісту в ній 6,0% вуглецю, тому взято 18т концентрату та 1,1т пекового коксу. Одержану шихту завантажують у міжелектродний простір РТП при підключених електродах. Після розплавлення шихти і завершення основних процесів відновлення (витрати електроенергії 15,0МВт) відбирають проби шлаку для визначення вмісту в розплаві FeO. При вмісту FeO в розплаві 16% проводять доводку шлаку. Для цього на дзеркало розплаву подають пековий кокс. По досягненню в шлаку вмісту FeO ~4%, яке визначають повторним відбором проб і їх експрес-аналізом, подачу пекового коксу припиняють. Кількість витраченого в процесі доводки пекового коксу склала 0,78т. Далі розплав прогрівають, здійснюють витримку на протязі 25 хвилин, а продукти плавки випускають в каскад виливниць. Тривалість плавки склала 6,6 години, витрати електроенергії 29700 кВт-годину, витрати пекового коксу 1,88т. Склад одержаного шлаку: ТіО 3 - 90,53%; FeO 3,88%; S - 0,075%. Таким чином, використання способу, що заявляється, дозволить знизити в декілька раз вміст сірки в титановому шлаку та витрати електроенергії на його виплавку. Крім того, зниження сірки в титановому шлаку дозволить розширити галузі його застосування та використовува ти у виробництві шихти для зварювальних електродів. Заміна в цій шихті дорогокоштуючого рутилу на малосірчастий титановий шлак суттєво знизить вартість зварювальних електродів.