Способ получения ферротитана

(51) 22 33/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Способ получения ферротитана, включает приготовление шихты из смеси (24,90-24,70) порошка алюминия, (51,35-53,43) мас. анатаза,(3,75-3,71) мас. плавикового шпата, (12,3-12,82) мас. триоксида железа и (7,7-5,34) мас. селитры,ее загрузку в металлургический реактор шихты,поджиг, плавку в закрытом горне под давлением 5 7 атм, выдержку в горне до полного застывания металла с последующим отделением слитка от шлака. При реализации способа получают выход сплава ферротитана 77-80, содержание в сплаве титана 65-67, извлечение титана в металл 77-80.(72) Ксандопуло Георгий Иванович Байракова Ольга Степановна Байдельдинова Анна Николаевна(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Флога , Акционерное общество Национальный инновационный фонд(57) Изобретение относится к металлургии,конкретно к производству ферротитана алюмотермическим процессом. 21799 Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству ферротитана алюмотермическим процессом. Известен способ получения ферротитана,включающий загрузку в металлургический реактор отходов металлического титана совместно с чушковым алюминием в соотношении 1(0,01-0,18) соответственно, присадку металлотермической смеси и ее проплавление, загрузку и проплавление основной шихты из смеси железнорудных окатышей и алюминиевого порошка металлотермической части шихты, выпуск металла и шлака, при этом известь загружают на расплав в количестве 46,-83,7 от массы титановых отходов. (А.с.1418345, кл. С 22 С 33/04,опубл. 23.08.88, бюл.31) Недостатком известного способа является невысокий выход сплава ферротитана 45,7-51,4. Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является способ получения ферротитана,включающий приготовление шихты из смеси 58,6 мас. ильменитового концентрата, 25,0 мас. порошка алюминия, 1,5 мас. ферросилиция, 6,2 мас. извести, 8,1 мас. железной руды и 0,6 мас. титановых отходов, засыпку в металлургический реактор части приготовленной шихты, сверху на нее запальной смеси из селитры и магниевой стружки, ее поджиг и загрузку остальной шихты порциями,плавку, выдержку в горне до полного застывания металла с последующим отделение слитка от шлака.(Теория и технология производства ферросплавов/ М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин// М. Металлургия, с. 462-463) Недостатком известного способа является его многостадийность, многокомпонентность, пониженный выход сплава ферротитана, до 77, а также недостаточно высокое содержание титана в сплаве, до 30-35. Задачей заявляемого способа получения ферротитана является его упрощение за счет одностадийности и малокомпонентности и расширение сырьевой базы для получения ферротитана. Технический результат поставленной задачи выражается в повышенном выходе сплава ферротитана, до 80 и содержании титана в сплаве до 67. Задача решается тем, что способ получения ферротитана включает приготовление шихты из смеси(24,90-24,70) порошка алюминия, (51,35-53,43) мас. анатаза, (3,75-3,71) мас. плавикового шпата, (12,312,82) мас. триоксида железа и (7,7-5,34) мас. селитры, ее загрузку в металлургический реактор шихты, поджиг, плавку в закрытом горне под давлением 5-7 атм, выдержку в горне до полного застывания металла с последующим отделением слитка от шлака. Существенным признаком заявляемого способа получения ферротитана является то, что в шихту вводят (24,90-24,70) порошка алюминия, (51,3553,43)мас. анатаза, (3,75-3,71) мас. плавикового шпата, (12,3-12,82) мас. триоксида железа и (7,75,34) мас. селитры, при этом плавку проводят в закрытом горне под давлением 5-7 атм. 2 Способ получения ферротитана алюмотермическим способом основан на способности выделять большое количество тепла в результате реакции оксидных систем с восстановителем, в данном случае алюминием, иначе, основой способа являются экзотермические реакции. Эти процессы могут проводиться без подвода электрической энергии. В заявляемом способе в качестве титансодержащего компонента в шихту вводят анатаз как расширение сырьевой базы для получения ферротитана,кроме того,для достижения технического эффекта поставленной задачи получения ферротитана с высоким содержанием титана. Использование анатаза позволяет решить поставленную задачу - снижение количества компонентов шихты, в отличие от известного способа,который предполагает введение в шихту двух титансодержащих компонентов - ильменитового концентрата и титанового лома. В качестве железосодержащего компонента в шихту вводят триоксид железа, который также позволяет решить поставленную задачу - снижение количества компонентов шихты, в отличие от известного способа, который предполагает введение в шихту двух железосодержащих компонентов ферросилиция и железной руды. Температура горения системы 2 О 3 - Т 2 - А 1 достигает 2110 С. Эта температура необходима и достаточна для более полного проплавления шихты с наибольшим выходом титана в сплав, следовательно, нет необходимости для введения дополнительно железосодержащих компонентов с целью увеличения температуры экзотермических реакций. (Химическая физика, 2004,т. 23,12, с. 34-39 / Композиционные термитные системы с оксидом титана // В.П.Кобяков) Кроме того,триоксид железа является отходом металлургического производства. Использование плавикового шпата в способе получения ферротитана в качестве флюсующей добавки решает поставленную задачу - упрощение способа, в отличие от известного способа, в котором в данном качестве используют известь, т.к. известь необходимо готовить непосредственно перед использованием в силу ее химических свойств, а,следовательно, требуется специальное оборудование и дополнительные операции по приготовлению флюсующей добавки. Селитру используют как подогревающую добавку с целью увеличения термичности шихты, следствием чего является повышение температуры химических реакций восстановления оксидов алюминием и повышение извлечения титана в сплав. Выполнение способа возможно только при заявляемом количественном соотношении компонентов шихты, которое рассчитано, исходя из поставленной задачи с достижением ее технического эффекта,при этом количество алюминия рассчитывают на все оксиды, присутствующие в концентрате, исходя из степени их восстановимости. 21799 Однако, при алюминотермическом восстановлении оксидов, входящих в состав шихты, 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 титана - анатаза теряется за счет испарения. Известно, что при горении оксида титана и триоксида железа с алюминием, температура процесса очень высока, что вызывает испарение алюминия при кипении. Испарение оксидов и 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). Известно также, что избыточное давление газа и перегрузка подавляют разброс веществ при горении высокоэкзотермических смесей и позволяют получить высокий выход целевых продуктов, близкий к расчетному (Коликова Л.Д., Беляев А.Ф./ЖФК, т. 34,вып. 11, 1950 г., с. 1302-1311), (Юхвид В.И.,Боровинская И.П., Мержанов А.Г./ Влияние Давления на закономерности плавящихся гетерогенных систем// ФГВ, т. 19, 3, 1983 г., с. 30-32). Таким образом, существенный отличительный признак - плавка в закрытом горне под давлением,позволяет достичь технического результата повышенное извлечение титана в металл до 80,содержание в сплаве титана до 67 и извлечение титана в металл до 80. 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. Кроме того, закрытый горн снижает теплопотери экзотермической реакции, что положительно сказывается на достижении технического эффекта. Способ получения ферротитана алюмотермиическим способом выполняют следующим образом. Компоненты шихты (24,90-24,70) порошка алюминия,(53,43-51,35) мас. анатаза, (12,3-12,82) мас. триоксида железа, (3,71-3,75) мас. плавикового шпата и (5,34-7,7) мас. селитры тщательно перемешивают и засыпают в горн, крышку которого плотно закрывают. 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 и шлака показал, что выход сплава ферротитана составляет 77-80, содержание в сплаве титана 6567 и извлечение титана в металл 77-80. Пример 1. Исходным сырьем для реализации способа при получении ферротитана Компоненты шихты 24,90 кг порошка алюминия,51,35 кг анатаза (оксида титана), 12,3 кг триоксида железа - отходов металлургического комбината г. Темиртау, 3,75 кг плавикового шпата и 7,7 кг селитры тщательно перемешивают в бегунковом смесителе,засыпают в горн 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 5 атм. По окончании плавки, остывшие продукты реакции охлаждают,выгружают из горна и разделяют на сплав и шлак. При этом выход сплава ферротитана 79, содержание в сплаве титана 65, извлечение титана в металл 77. Выполнение примера 2, 3 таблицы выполняют аналогично примеру 1. Таблица. Давление, Выход Содержание Извлечение атм сплава,титана в титана в сплаве,металл,Анатаз Плавиковый триоксид селитра Шпат железа 53,43 3,71 12,82 5,34 51,35 3,75 12,30 7,70 52,00 3,72 12,50 6,98 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения ферротитана, включающий приготовление шихты из смеси порошка алюминия,титан-,кальций и железосодержащего компонентов, ее загрузку в металлургический реактор шихты, поджиг, плавку, выдержку в горне до полного застывания металла с последующим отделением слитка от шлака, отличающийся тем, 7 5 6 что в шихту дополнительно вводят селитру, а в качестве титансодержащего компонента вводят анатаз,кальцийсодержащего компонента плавиковый шпат, железосодержащего компонента триоксид железа, при этом плавку проводят в закрытом горне под давлением 5-7 атм, при следующем соотношении компонентов шихты,мас. Алюминий 24,70-24,90 3