Алюминотермический способ выплавки феррованадия

(51) 22 33/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Алюминотермический способ выплавки феррованадия, включает дробление, размол,дозирование и смешивание компонентов шихты,содержащей (53,10-54,00)пятиокиси ванадия,(9,85-10,00)железной стружки, (23,00-23,15)алюминия, (3,00-4,00)шлака феррованадиевого производства и (9,90-10,00)флюса, загрузку ее в тигель, поджиг и плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм. При этом извлечение ванадия в сплав составляет 98-99 , содержание ванадия в сплаве составляет 60-61.(72) Ксандопуло Георгий Иванович Байракова Ольга Степановна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОВАНАДИЯ(57) Изобретение относится к черной металлургии,в частности к алюминотермическим способам выплавки феррованадия. Изобретение относится к черной металлургии, в частности к алюминотермическим способам выплавки феррованадия. Известен способ выплавки феррованадия алюминотермическим процессом, включающий проплавление шихтовой смеси, состоящий из пятиокиси ванадия, алюминия (в соотношении,близком к 100 стехиометрии), железного скрапа и флюса (известь и др.) с получением металла и шлака и с извлечением в металл 85-90 с дальнейшим проплавлением шлака, содержащего пятиокись ванадия в электропечи с довосстановлением ванадия алюминием или коксом (Р. Дуррер, Г. Фолькерт / Металлургия ферросплавов. // М. Металлургия,1976, с.437). Недостатком известного способа является повышенная энергоемкость,возможность загрязнения металла углеродом при довосстановлении шлака коксом и пониженное извлечение в металл - 85-90 . Наиболее близким техническим решением к заявляемому является алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающим дробление,размол, дозирование и смешивание компонентов шихты,содержащей пятиокись ванадия,железосодержащие материалы, алюминий и флюс,загрузку ее в тигель двумя частями, сначала загружают 65-75 шихты с расходом алюминия в ней 95-102,5 от стехиометрически необходимого для восстановления ванадия и железа, после ее проплавления загружают вторую часть шихты и дополнительно вводят смесь, содержащую оксиды хрома, кремния и марганца при следующем их соотношении к общему количеству оксида ванадия в шихте 25 С 23 О 2 МО 1(0.01 - 0,1)(0,010,1)(0,01-0,05) и 260-370 алюминия от стехиометрически необходимого для довосстановления ванадия во второй части ( А.с.1708907, кл. С 22 С 33/04, опубл. 30.01.92, бюл.4). Недостатком известного способа является пониженное извлечение ванадия из сплава - 95,3-95,8 и содержание ванадия в сплаве 45,5-46,1 . Задачей заявляемого технического решения является разработка упрощенного алюминотермического способа выплавки феррованадия, техническим результатом которой является получение феррованадия с содержанием в нем ванадия 60-61 и извлечение ванадия из сплава 98-99 . Задача решается тем, что алюминотермический способ выплавки феррованадия включает дробление, размол, дозирование и смешивание компонентов шихты, содержащей (53,10-54,00)пятиокиси ванадия, (9,85-10,00)железной стружки, (23,00-23,15)алюминия, (3,00-4,00)шлака феррованадиевого производства и (9,9010,00)флюса, загрузку ее в тигель, поджиг и плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм. Отличительными признаками заявляемого технического решения является исходный качественный и количественный состав шихты и то,что плавку проводят в закрытом горне под давлением 5-7 атм. 2 Исходным сырьем заявляемого технического решения является пятиокись ванадия состава 2580 , Т 2-3,2 , 2-2,8 , 2 О 3-10,7, СоО-1,8 ,О-1,2 , 2 ОК 2 О-2,0. Компоненты шихты подобраны и рассчитаны таким образом, что шихта является экзотермической смесью, которую можно поджечь любым запальным устройством для инициирования ее горения и плавки. Таким образом, заявляемый способ получения феррованадия, в отличие от известного способа, исключает выплавку в два этапа и использование дополнительных компонентов. Количественное соотношение компонентов шихты рассчитывают общепринятым способом, при этом количество алюминия рассчитывают на все оксиды, присутствующие в концентрате, исходя из степени их восстанавливаемости(Алюминотермическое производство ферросплавов и лигатур/Ю.Л. Плинтер. С.И. Сучильников, Е.А. Рубинштейн // М. 1968 г., с.175). Алюминотермический способ выплавки феррованадия основан на способности выделять большое количество тепла в результате реакции оксидных систем с восстановителем, в данном случае алюминием, иначе, основой способа являются экзотермические реакции. Однако, при алюминотермическом восстановлении оксидов,входящих в пятиокись ванадия, в результате экзотермической реакции между оксидами и восстановителем, температура горения системы превышает температуру кипения алюминия. Вследствие этого,процесс протекает во взрывообразном режиме с разбросом реагирующих веществ, что приводит к потерям и снижению выхода сплава и целевого металла. Кроме того,часть оксида ванадия теряется за счет испарения. Оксид ванадия (25) начинает возгоняться при температуре 600-700 С,этому эффекту способствуют примесив исходном сырье. Шлак феррованадиевого производства вводят в шихту в качестве балласта для предотвращения ее горения во взрывоопасном режиме (Самсонов Г.В.,Подергин В.А.,Неронов В.А., АлександровЕ.И.Теория и технология металлотермических процессовНовосибирск, 1974 г., с.128-134). Плавка шихты в закрытом горне предотвращает выброс испарений оксидов в атмосферу за счет того,что испаряющийся оксид ванадия и пары алюминия вступают во взаимодействие, в результате чего происходит восстановлением оксида ванадия. Испарение оксида ванадия и испарение алюминия создают избыточное давление при плавке заявляемой шихты в закрытом горне. (Бабук В.А.,Белов В.П., Шелухин Г.Г./ Особенности горения частиц алюминия в составе смесевых конденсированных систем при низких и высоких давлениях// ФГВ, т. 17,3, 1981, с.26-31). Избыточное давление газа и перегрузка подавляют разброс веществ при горении высокоэкзотермических смесей и позволяют получить высокий выход целевых продуктов,близкий к расчетному. (Комкова Л.Д., Беляев А.Ф./ЖФК, т. 34. вып. 11, 1950 г., с.1302-1311), 24710(Юхвид В.И., Боровинская И.П., Мержанов А.Г./ Влияние давления на закономерности плавящихся гетерогенных систем// ФГВ, т.19,3, 1983 г., с.3032). Плавка шихты в закрытом горне не требует необходимости в дополнительных конструкциях пылеулавливающего устройства, и операциях сбора пыли и возврат в шихту. Давление 5-7 атм для проведения плавки подобрано экспериментально. При давлении меньше 5 атм, скорость химических реакций увеличивается,соответственно разбрызгивание увеличивается и потери увеличиваются. Предельное давление - 7 атм необходимо и достаточно для достижения технического результата. Таким образом, существенный отличительный признак - введение в шихту дополнительно шлака феррованадиевого производства и проведение плавки в закрытом горне под давлением 5-7 атм, позволяет достичь технического результата - извлечение ванадия из пятиокиси ванадия составляет 98-99 и получение сплава феррованадия с содержанием в нем ванадия 60-61 . Алюминотермический способ выплавки феррованадия выполняют следующим образом. Компоненты шихты (53,10-54,00)пятиокиси ванадия, (9,85-10,00)железной стружки, (23,0023,15)алюминия, (3,00-4,00)шлака феррованадиевого производства и (9,90-10,00)флюса, дробят, размалывают, смешивают и загружают в тигель. Спиралью сверху осуществляют поджиг шихты,инициируя экзотермические реакции в ней. Давление в горне при горении шихты составляет 5-7 атм. После прохождения плавки, остывшие продукты реакции охлаждают, выгружают из горна и разделяют на сплав и шлак. Результат анализа сплава показал, что извлечение ванадия в сплав составляет 98-99 , а содержание в сплаве ванадия составляет 60-61 . Пример 1. Исходным сырьем для реализации алюминотермического способа выплавки феррованадия используют техническую пятиокись ванадия. Компоненты шихты 53,10 кг пятиокиси ванадия, 10 кг железной стружки, 23 кг алюминия,4,00 кг шлака феррованадиевого производства и 9,90 кг флюса, дробят, размалывают, тщательно перемешивают в бегунковом смесителе загружают в тигель и закрывают крышкой, которую фиксируют захватами и прижимают винтом. Крышка снабжена манометром и системой поджига. Поджиг осуществляют нихромовой спиралью посредством электроимпульса латором. В результате экзотермических реакций, протекающих между компонентами шихты, в горне развивается температура необходимая и достаточная для ее проплавления. В горне поддерживают давление в 7 атм. По окончании плавки, остывшие продукты реакции охлаждают, выгружают из горна и разделяют на сплав и шлак. При этом извлечение молибдена в сплав составляет 98 и содержание ванадия в сплаве 60 . Выполнение алюминотермического способа выплавки феррованадия по примеру 2, 3 таблицы 1 осуществляют аналогично примеру 1. Пятиокись Железная Аллюминий Шлак Флюс ваннадия стужка феррованадиевого производства 1 2 3 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающий дробление, размол,дозирование и смешивание компонентов шихты,содержащей пятиокись ванадия, железную стружку,алюминий и флюс, загрузку шихты в тигель, поджиг и плавку, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят шлак феррованадиевого производства, а плавку проводят в закрытом горне под давлением 5-7 атм, при следующем соотношении компонентов шихты, мас. пятиокись ванадия 53,10-54,00 железной стружки 9,85-10,00 алюминия 23,00-23,15 шлака феррованадиевого производства 3,00-4,00 флюса 9,90-10,00.