Спосіб одержання феротитану

1. Спосіб одержання феротитану, за яким попередньо розплавляють титановий концентрат з вуглецевим відновником і залізом, як джерело титану використовують титановий концентрат і неокислену металеву титанову сировину, як додатковий відновник - алюміній, а як флюсуючу добавку - вапно, який відрізняється тим, що титановий концентрат, залізо, вапно і вуглецевий відновник попередньо розплавляють електричною дугою, в одержаний розплав вводять алюміній з одночас C2 2 UA 1 3 кторі досягається найповніше вилучення титану. Але хімічна неоднорідність одержаної речовини недостатня через відсутність спеціального заходу для перемішування розплаву. Відома шихта і спосіб одержання феротитану в спеціальній ємності з перемішуючим пристроєм. Згідно цього способу, шихта складається виключно із титанової губки і заліза. Таким чином значно знімаються обмеження на співвідношення між компонентами шихти, що дає можливість виробляти евтектичний феротитан. Залізо, як один з компонентів шихти, попередньо розплавляють перед введенням його в тигель [Патент США 4,088,176, МПК В22Д 2102 від 09.05.1978]. Але така технологія не дозволяє використовувати в складі шихти дешевші титанові концентрати. Найбільш близька до запропонованого винаходу шихта для виробництва евтектичного феротитану [Патент РФ 2102516, МПК С22С 33/00, опубл. 20.01.1998]. Вона складається із 2025мас.% заліза, 9-13мас.% титанового концентрату в виді ільменіту, до 8мас.% вапна, 55-65мас.% лому та інших титанових відходів. Весь необхідний для відновлювання ільменіту алюміній надходить із титанових відходів, в склад яких входить 4-6% алюмінію. В процесі плавки частина алюмінію йде на відновлення заліза і титану. Однак допустима частка ільменіту в шихті відносно мала, для запобігання забрудненню кінцевого продукту небажаними домішками. Таким чином, здешевлення шихти незначне. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб виплавки феротитану в горні алюмінотермічним процесом відновлення [Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов: Учебник для вузов. - М: Металлургия, 1988, с.461-469]. Згідно способу, в якості джерела титану використовують титановий концентрат і металеву титанову сировину. Концентрат попередньо випалюють в обертових печах при 873-1073К для видалення сірки і переведення FeO в Fe2O3. Вміст титану в кінцевому продукті не перевищує 25мас.%. Тому шихту долеговують титановим ломом, підвищуючи тим самим вміст титану до 30-35мас.%. Більш значне легування ломом неможливе через теплові обмеження алюмінотермічного процесу, які не дозволяють розплавити більше металевої сировини. Технічною задачею даного винаходу є здешевлення шихти і підвищення чистоти феротитану. Технічним результатом є розширення об'єму виробництва евтектичного феротитану за рахунок використання нових джерел сировини. Крім того, металева титанова сировина може бути у вигляді губки або лому чи їх суміші. Вуглецевий відновнювач вибирають із групи кокс, графіт, антрацит або їх суміші. В способі одержання феротитану технічна задача вирішується тим, що попередньо розплавляють кисеньвмісну частину шихти з вуглецевим відновнювачем, в шихті використовують як джерело титану титановий концентрат і неокиснену металеву титанову сировину, а як відновнювач – алюміній. При цьому кисеньвмісну частину шихти з вуглецевим відновнювачем попередньо розплав 76918 4 ляють електричною дугою, в отриманий розплав вводять алюміній з одержанням напівпродукту як результату алюмінотермічного відновлення і напівпродукт сплавляють з неокисненою металевою титановою сировиною в окремій індукційній печі. Тверді компоненти шихти присаджують зі швидкістю 0,5-2т/год. В індукційну піч, яка працює на частоті не більшій 100Гц. Напівпродукт одержують в окремому реакторі. Напівпродукт вводять в індукційну піч в рідкому або повністю чи частково твердому стані, одержаному у попередніх плавках. Також процес одержання феротитану в індукційній печі виконують на ванні рідкого заліза, яка одержана додатково. В склад шихти вводять такий високий вміст титанового концентрату, що більша частина титану із нього попадає в кінцевий сплав, економлячи високовартісну металічну титанову сировину. Вміст титанового концентрату не повинен бути нижче 20мас.%, так як в противному разі економічний ефект буде незначним. Якщо вміст концентрату буде вище 80мас.%, то відновнювача буде недостатньо для ефективного відновлювання окислів титану із концентрату. Цей ефект також погіршує економічні показники виробництва. Вуглецевий відновнику вигляді компоненту із групи кокс, графіт, антрацит або їх суміші може бути використаний в шихті в кількості до 30мас.%. При більш високому вмісті буде спостерігатися надлишок відновнювача, що приведе до забруднення одержаного феротитану вуглецем. Недостатню кількість відновнювача або його відсутність компенсують за рахунок введення в шихту чистого алюмінію. При його вмісті менше ніж 2% не вистачатиме енергії для проведення ефективного алюмінотермічного відновлення концентрату; при вмісті більше 25мас.% алюмінію після проведення алюмінотермії залишається його значний надлишок. Цей надлишковий вміст забруднить феротитан, значно зменшуючи його споживчу цінність. В ряді металургійних комбінатів можливе розплавлення титанового концентрату без розріджуючих домішок. Але для зниження температури плавлення суміші із технологічною доцільністю в шихту можна ввести до 30% вапна, при більшій його кількості необґрунтовано підвищуються енергія, що витрачається на процес плавлення концентрату. В випадку, якщо заліза в напівпродукті, виробленому в результаті алюмінотермії буде недостатньо для одержання оптимального складу феротитану, його додають. Цей додаток не повинен перевищувати 40мас.%, так як титан в феротитані розчиниться до недопустимих границь. Недостатній вміст титану в шихті компенсується за рахунок губки, лому або їх суміші. Частка цієї металевої титанової сировини не повинна перевищувати 50мас.%, так як в протилежному разі економічна ефективність процесу падає. Якщо частка металевого титану буде нижчою 5%, то не вдасться отримати продукт з достатньо високим для якісного феротитану вмістом титану. Для підвищення чистоти феросплаву концентрат попередньо розплавляють електричною дугою 5 в окремому агрегаті зазвичай в суміші з вапном, так як окисну частину шихти до введення алюмінію можна розплавити тільки таким чином. Потім окисний розплав змішують з алюмінієм для відновлення заліза і титану. Цей процес можна проводити в окремому реакторі. В результаті алюмінотермічної реакції відбувається утворення розплаву на основі титану і заліза під шаром шлаку і з компонентів концентрату і вапна, який забезпечує захист розплаву від проникнення газів із атмосфери. Такий спосіб ведення алюмінотермічного процесу дає можливість значно дегазувати розплавлений ільменіт і одночасно відмовитися від використання в шихті запалювальної суміші. Ці два заходи роблять процес алюмінотермії значно більш привабливішим з позиції техніки безпеки. Для зниження вмісту заліза в кінцевому продукті розплав титанового концентрату попередньо відновлюють вуглецевим відновнювачем у вигляді коксу, антрациту, графіту, або суміші цих елементів з метою часткового виведення заліза з розплаву. Пропонований підхід дає можливість знизити вміст ряду небажаних домішкових елементів із концентрату. Це можливе для тих елементів, які мають більшу розчинність в залізі, ніж в титані. В цьому випадку більшу частину заліза з розчиненим в ньому домішковим елементом можливо вивести із розплаву. Частку виведеного заліза в шихті замінюють чистим залізом із допустимим вмістом домішок. Після проведення алюмінотермії одержаний розплав розміщують в тиглі відкритої індукційної печі чи в виливниці для твердіння феротитану. В другому випадку розплав кристалізують, а одержаний матеріал в разі необхідності після дроблення присаджують в індукційну піч. Частота джерела електроживлення індукційної печі не повинна перевищувати100Гц. Режим перемішування при плавці на такій частоті дозволяє домогтись максимально можливої хімічної однорідності розплаву. В першому випадку розплав служить для наведення в тиглі болота. В противному разі, ванну наводять із заліза, в вигляді низьковуглецевої сталі, котру розплавляють в тій же індукційній печі чи другому агрегаті. Цей розплав може акумулювати будьякий вид металевої титанової сировини для підвищення вмісту титану в феросплаві. Це може бути - дроблений напівпродукт, губка, стружка, обріз, виштампування і масивний титановий скрап. Додавання нових порцій шихти здійснюється зі швидкістю 0,5-2т/год. при співвідношенні титанзалізо близько 7/3. При більш низькій швидкості збільшується час контакту розплаву з атмосферою, що позначається на підвищенні газонасичення кінцевого продукту. При більш високій швидкості хімічна неоднорідність феротитану стає недопустимою, так як часу перемішування розплаву недостатньо. Розплав, що вміщує 68-75% титану зливають в виливниці і охолоджують повітрям чи водою. Таким чином, описане ведення плавки забезпечує допустимий вміст газів в феротитані без застосування вакууму чи аргону і високу ступінь його однорідності. Кращі варіанти здійснення винаходу. 76918 6 Приклад 1 Шихту вагою 1450кг компонували із титанового концентрату, який являє собою ільменітовий концентрат – 68мас.%, гашеного вапна – 4мас.%, алюмінію – 19мас.% і неокисненої металевої титанової сировини в вигляді титанової губки – 9мас.%. Причому, титанова губка містить 99мас.% титану. Ільменітовий концентрат складу, мас.%: 63,5% ТіО2, 3 Аl2О3, 2 SiO2, 15,5 Feo2, 22 Fе2O3, 1 MgO - змішували з вапном, розплавляли і переливали в реактор. Потім в розплав вводили алюміній і проводили алюмінотермічне відновлення шихти. Після цього отриманий титановий розплав переливали в індукційну піч промислової частоти, де його активно перемішували; і туди додавали металеву титанову шихту в заданому співвідношенні зі швидкістю 1т за годину. Після повного сплавлення шихти 350кг отриманого феротитану складу, мас.%: 66 Ті; 4,5 Аl; 0,1 С; 0,1 Si; 0,08 N; решта - Fe зливали в виливницю. Приклад 2 Шихту вагою 1630кг складали із титанового концентрату, який являє собою ільменітовий концентрат – 61мас.%, гашеного вапна - 3,5мас.%, алюмінію – 20мас.%, вуглецевого відновника в вигляді антрациту – 6мас.%, низьковуглецевої сталі - 2,5мас.% і металевої титанової сировини – 7мас.% у вигляді змішаного лому титанових сплавів марок ВТЗ-1, ВТ 23, ВТ 20 з середнім вмістом титану 85мас.%. Ільменітовий концентрат змішували з вапном і відновником. Одержану суміш розплавляли. Потім в розплав вводили алюміній і проводили алюмінотермічне відновлення шихти. Після того отриманий розплав титанового напівпродукту переливали в індукційну піч промислової частоти, де його активно перемішували, і туди додавали металеву титанову шихту в заданому співвідношенні зі швидкістю 0,8т за годину. Після повного сплавлення шихти 390кг отриманого феротитану складу, мас.%: 69 Ті; 7,2 Аl; 0,1 С; 0,1 Si; 0,09 N; решту - Fe зливали в виливницю. Приклад 3 Шихту вагою 1000кг компонували із титанового концентрату, що являє собою ільменітовий концентрат - 50%, гашене вапно - 2,5мас.%, алюміній – 14мас.%, вуглецевий відновник в вигляді коксу – 3мас.%, маловуглецева сталь - 10,5мас.%, а також металевої титанової сировини – 20мас.% в вигляді суміші титанового лому і титанової губки при їх рівних пропорціях. Ільменітовий концентрат змішували з вапном і відновником. Одержану суміш розплавляли і зливали в реактор. Потім в розплав вводили алюміній і проводили алюмінотермічне відновлення шихти. Після цього отриманий титановий розплав розливали в злитки. В індукційній печі розплавляли 105кг низьковуглецевої сталі. В неї додавали титанову губку, доводячи співвідношення титану до решти елементів як 70 до 30. Після цього розплав активно перемішували і додавали одночасно титановий напівпродукт з рештою титанової шихти в заданому співвідношенні зі швидкістю 0,5т за годину. Після розплавлення шихти розплав зливали в виливниці. Після повного сплавлення шихти, 400кг одержаного феротитану 7 76918 складу, мас.%: 70 Ті; 8,0 Аl; 0,1 С; 0,1 Si; 0,08 N. решта - Fe зливали в виливницю. Приклад 4 Шихту вагою 450кг компонували з титанового концентрату, що являє собою ільменітовий концентрат – 20мас.%, гашеного вапна – 4мас.%, феротитану – 19мас.%, отриманого на плавці описаного в прикладі 3, низьковуглецевої сталі – 12мас.% і неокисненої металевої титанової сировини в вигляді титанової губки – 45мас.%. Ільменітовий концентрат змішували з вапном і розплавляли. Потім розплав реагував з титаном і його перели Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 вали в індукційну піч. Там проводили кінцеве доведення складу. В результаті було отримано 390кг феротитану складу, мас.%: 72 Ті; 0,4 Аl; 0,1 С; 0,1 Si; 0,1 N: решту - Fe. Найбільший ефект застосування винаходу може бути досягнутий в феросплавному виробництві. Зменшення в шихті частки високовартісної неокисненої металевої титанової сировини, котру одержують екологічно небезпечним Кроллпроцесом, дозволяє здешевити технологію і знизити частку цього процесу в титановій промисловості. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601