6.3,3. Поведение хрома, ванадия, титана.

Химический состав шихтовых материалов приведен ниже, % на сухую массу (1 - окалина, 2 - аглоруда, 3 - смесь шламов производства феррованадия и руды): Г€06щ СаО SiO, МПвбщ SoCtu ViOs TiOi CriOj AbOj Wp, % 1 69,5 0,2 5,25 0,94 0,03 - - 0,29 1,17 3 2 57,2 1,7 10,5 0,04 0,22 - - - 1Д 6 3 45,0 5,98 8,8 1,12 1,14 1,0 1,3 0,64 3,91 9 Общее время работы печи в режиме проплавки этого сырья равнялось 97 ч.

На рис. 78-87 приведены показатели работы установки в течении двух суток работы.

т/час

I

257

Дата': 4.0Г.В9 Ifybecmb ¦ - р Г

L

Мл . .

п

~ — j 1 "1

Г

1 II : - -1

Г

- J т/час

О 1 А 6 1Ю&АЯМ&М0

вреия астрономическое, час

Рис. 78 Расход шихтовых материалов * - смесь шлама и аглоруды, ** - отсев коксика 258 т/час

Дата: 5.07.89 есть

т/час fltfMWs?

ггп

I

-"Ылям*

m h ifz;

_;ir ctli г|| п Уголь t —1 т/час

Л?

0 Л б

время астрономическое, час

Рис. 79 Расход шихтовых материалов

3,0

О /Л

Дата: 4.07.89 г. —1 ч ..

\

6

60

W

Л 4 6 & /О Ш /4 /б /< 1 lO 12. #

время астрономическое, час Рис. 80 Расход кислорода на дожигание (02 верх), расход дутья на барботаж (V ду^я) и содержание кислорода в дутье (Ог дуп,я ню)

so

Дата: 5.07.89 г, 3,0 /J

о /о

ГРУ/77^ ^ 1 I '— % t/tsj SO

SO ло

J 4 6 Z /О M /6 /? Ж &

время астрономическое, час

Рис. 81 Расход кислорода на дожигание (О2 верх), расход дутья на барботаж (V ду^я) и содержание кислорода в дутье (Ог дуп,я Низ)

5.07.89 г.

Рис. 84 Изменение химического состава и основности (СаО/БЮг) шлака по ходу плавки

Дата: 5.07.89 г. сс

J 4 6 г М /JL tf ft Я J& ?? я

время астрономическое, час

сс

Рис. 85 Изменение химического состава и основности (CaO/SiOj) шлака по ходу плавки.

Рис. 86 Изменение теплосъема со всех кессонов печи (Qx) и удельный теплосъем (QyJl) с кессонов, расположенных ниже уровня шлака

время астрономическое, час

265 266 а,

wc

14

MZ\

m мл №

/6

Дата: 5.07.89 г. ihf \ А. ( к/4* А / V J

4 6 Я Ю М % & ^ М *

время астрономическое, час

Рис. 87 Изменение теплосъема со всех кессонов печи (Qj;) и удельный теплосъем (Qyfl) с кессонов, расположенных ниже уровня шлака

Чугун имел следующий состав, % (масс.): 4,0-4,6 С; 0,1-0,2 Si; 0,1-0,2 Мп; 0,130,70 Сг; 0,02-0,60 V.

В процессе плавок исследовали поведение основных элементов. Установлено, что в металл переходит около 98 %Fe, менее 10% S, около 80% Р, 5-10% Мп.

Проведен анализ влияния основных технологических параметров плавок на извлечение ванадия и хрома в металл.

В таблице 32 приведены данные по химическому составу металла и шлака.

Химический состав металла и шлака ПЖВ (кампания №23), масс.доля, %

Таблица 32 Ла пробы (FeO) (V2Os) (Сг,Ол) m [Cr] 1 2,94 0,16 0,25 0,02 0,13 2 2,4 0,17 0,26 0,02 0,15 3 4,7 0,19 0,32 0,02 0,16 4 2 0,15 0,23 0,02 0,2 5 1,1 0,05 0,1 0,02 0,15 6 1,4 0,02 0,08 0,02 0,15 7 3,2 0,13 0,23 0,15 0,15 8 3,2 0,25 0,42 0,15 0,16 9 2,6 0,28 0,4 0,15 0,14 10 4,2 0,26 0,35 0,15 0,13 11 2,6 0,28 0,41 0,03 0,15 12 1,7 0,26 0,24 0,6 0,7 13 1,3 0,11 0,23 0,16 0,4 14 1,4 0,08 0,16 0,18 0,37 15 2,3 0,08 0,17 0,18 0,4 16 1,8 0,12 0,32 0,18 0,43 17 1,8 0,12 0,29 0,18 0,46 18 1,9 0,16 0,36 0,18 0,46 19 1,7 0,31 0,42 0,26 0,49 20 1,7 0,23 0,42 0,26 0,47 21 1 0,24 0,41 0,25 0,45 22 2,8 0,3 0,48 0,22 0,4 23 3,8 0,35 0,62 0,2 0,37 24 1,3 0,33 0,36 0,24 0,4 25 0,5 0,13 0,22 0,53 0,57

Таблица 33

Коэффициенты распределения между металлом и шлаком ванадия и хрома,

№ пробы M/(V) [Cr]/(Cr) Температура шлака, К Степень извлечения, % V Сг 1 0,223 0,760 1776,2 16,41 38,86 2 0,209 0,843 1675,4 15,61 41,17 3 0,187 0,730 1688 14,23 38,00 4 0,237 1,271 1675,4 17,30 50,37 5 0,713 2,192 1788,8 37,48 61,81 6 1,784 2,740 1851,8 57,68 65,94 7 2,058 0,953 1763,6 60,58 43,92 8 1,071 0,557 1713,2 46,53 32,19 9 0,956 0,512 1738,4 43,98 30,46 10 1,029 0,543 1713,2 45,65 31,67 II 0,191 0,535 1700,6 14,44 31,36 12 4,118 4,263 1877 72,41 72,90 13 2,595 2,542 1826,6 64,97 64,59 14 4,014 3,380 1864,4 72,05 69,45 15 4,015 3,439 1877 72,05 69,72 16 2,676 1,964 1814 65,52 59,64 17 2,676 2,318 1851,8 65,52 62,88 1S 2,007 1,868 1788,8 60,07 58,61 19 1,497 1,705 1713,2 53,95 56,73 20 2,017 1,636 1751 60,17 55,85 21 1,859 1,604 1801,4 58,52 55,44 22 1,308 1,218 1788,8 51,01 49,42 23 1,019 0,872 1763,6 45,44 41,93 24 1,298 1,624 1700,6 50,83 55,70 25 7,274 3,787 1889,6 79,12 71,20 Путем проведения регрессионного анализа этих экспериментальных данных получены зависимости коэффициентов распределения ванадия и хрома от температуры и содержания монооксида железа в шлаке:

I -4

(6.23)

[Сг] 1,144 -10 5,535 10

А = = —• е

0,5694

Сг

(О) (FeO) ,-9

(6.24)

_ [V] _ 6,64-10- ,1>0В.10чг

0,3415

Л- ТГ V

(V) (FeO) где Ксг и Ку — коэффициенты распределения хрома и ванадия между металлом и шлаком в печи РОМЕЛТ соответственно; (FeO) - содержание монооксида железа в шлаке, % (масс.); Т - температура шлакового расплава, К.

Значения показателей распределения ванадия и хрома между металлом и шлаком и степень их извлечения тем выше, чем выше температура и ниже содержание (FeO). При температуре около 1600 °С и содержание (FeO) 1-2% достигаются показатели распределения ванадия между металлом и шлаком, близкие к значениям, характерным для доменной плавки (3,8-4,2). Таким же образом (FeO) и температура расплава влияют на показатель распределения хрома. Величина показателя распределения хрома достигает значения 4,1.

На рис. 88 (а, б) и 89 (а, б) показаны зависимости степени извлечения а ванадия и хрома от (FeO) (а) и температуры шлака (б) (температуру определяли по эмпирической формуле (см. раздел 9) по величине удельных тепловых потоков на охлаждаемые элементы печи). Учитывая высокий выход шлака при проведении экспериментов, максимально достигнутая степень извлечения хрома и ванадия в металл (около 60-70 %) может считаться удовлетворительной.

Восстановление титана в процессе РОМЕЛТ не получает заметного развития. Содержание титана в чугуне в ходе плавки составляло 0,001-0,002 % даже при кислых шлаках.

Материальный баланс титана показывает, что переход его в чугун составлял менее 0,1% от прихода с сырьем. Отсутствие восстановления титана и его перехода в чугун до заметных концентраций предотвращает образование карбидов и нитридов титана и их выделение в виде твердой фазы в шлаке. Это препятствует образованию коротких гетерогенных шлаков с высокой вязкостью и склонностью к вспениванию.

При обычных для процесса РОМЕЛТ условиях, степень извлечения ванадия и хрома в чугун несколько ниже, чем при доменной плавке. Для повышения степени их извлечения требуется изменение технологии плавки, обеспечивающее достижение температуры в печи 1600 °С и более. Такое изменение можно обеспечить путем изменения шлакового режима процесса.

По результатам исследований предложено использовать процесс РОМЕЛТ для переработки шламов производства феррованадия на НПО «Тулачетмет».

Содержание FeO в ишаке, масс.доля, %

Рис. 88, а). Влияние содержания оксида железа в шлаке на степень извлечения ванадия в металл

I

0 ^

1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950

Температура шпака, К

»

Рис. 88,6). Влияние температуры шлака на степень извлечения ванадия в металл 271 й S

•А X W

с

се

о

§

И

<и В1

ч

я о го tj

80 70 60 50 40 30 20 10

0 1 2 3 4 i

Содержание FeO в шпаке, масс .доля, %

Рис. 89 а). Влияние содержания оксида железа в шлаке на степень извлечения хрома в металл

п)

я

о

Он

X S

я ^

$ I 8 Щ

я « G а

И ев л 2

М

<ц

И

й и 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 Температура шлака, К

Рис. 89 6). Влияние температуры шлака на степень извлечения хрома в металл В таблице 34 приведены расчетные показатели работы установки с площадью пода 12 м2. Рассмотрены два варианта работы печи: переработка только шламов и переработка смеси шламов и окалины.

Таблица 34

Технологические показатели плавки Показатель Вариант 1 П I. Время работы печи, сут 300 300 2. Количество перерабатываемого сырья:

ванадиевого шлама, ты с. т/год окалина, тыс.т/год 252 126 0 126 3. Производительность по чугуну: т/час

ТЫС.Т/ГОД 8,2 59,0 15,6 112,3 4. Образуется шлака: т/час

тыс. т т/год 16,9 И,4 121,7 82,1 5. Расход дутья на нижние фурмы, нм3/час 6000 6000 6. Содержание кислорода в дутье, % 50 50 7. Удельные расходы на 1 т чугуна: шлам, кг окалина, кг уголь, кг известь, кг кислород, нм3 сжатый воздух, нм3 4265 1123 0 1123 1642 914 322 158 1488,0 782,1 463,4 243,6 8. Объем отходящих газов, нм'/час 36666 33755 9. Степень дожигания, % 0,73 0,76 10. Расход кислорода, м3/час 12200 12200 11. Расход сжатого воздуха, нм3/час 3800 3800 12. Расход угля: т/час

ТЫС.Т /год 13,48 14,25 97.1 102,6 13. Состав отходящих газов; % об.: СО

со2

Н,

н2о 18.3 17.2 31,5 38,2 6,2 4,2 34,0 30,1 8,8 9.6 14.

Работа такой печи по первому варианту позволит ликвидировать существующие отвалы шламов за 5,3 года, по второму варианту - за 10,6 лет. При этом будет производиться значительное количество легированного чугуна.

В таблицах 35-38 приведен расчетный материальный и тепловой балансы работы печи по этим вариантам. Материальный баланс плавки (вариант I)

Таблица 35 Приход кг % Расход кг % 1. Шлам 35000 47,8 1. Чугун 8206 11,2 2. Уголь 13476 18,4 2. Шлак 16892 23,1 3, Известь 2641 3,6 3. Пыль 1513 2,1 4. дутье нижних фурм 8036 11,0 4. Дымовые газы 46595 63,6 5. Дутье верхних фурм 14052 19,2 Итого 73205 100 Итога 73205 100 Материальный баланс плавки (вариант П)

Таблица 36

Ппихоп кг 1 % Расход кг % 1. Шлам 17500 j 23,6 1. Чугун 15577 21,0 2. Окалина 17500 23,6 2. Шлак 11412 15,4 3. Уголь 1425! 19.2 3. Пыль 1468 2.0 4. Известь 2462 3,3 4. Дымовые газы 45625 61,6 5. Дутье нижних фурм 8036 10,8 б. Дутье верхних фурм 14333 19,3 Итого 74082 100 Итого 100 Тепловой баланс плавки (вариант I)

Таблица 37

Статьи прихода тепла ГДж/час % Статьи расхода тепла ГДж/час % 1. Горение угля в расплаве 48,3 17,00 1. Реакции восстановления 105,0 37,0 2. Теплосодержание сырья 2,3 0,82 2. Теплосодержание шлака 25,7 9,06 и дутья 3. Дожигание СО и Hi 231,7 81,58 3. Теплосодержание чугуна 11,0 3,88 4. Окисление примесей 0,4 0,14 4. Теплосодержание дымовых газов 99,0 34,85 5. Горение углерода в зоне 1,3 0,46 5. Теплосодержание пыли 1,8 0,63 дожигания 6. Теплопотери с охлаждающей во 41,3 14,55 дой и в окружающую среду Итого 284,0 100,00 Итого 283,0 100,0 Тепловой баланс плавка (вариант П) Статьи прихода тепла ГДж/час % Статьи расхода тепла ГДж/час % 1. Горение угля в расплаве 39,9 14,15 1. Реакции восстановления 101,2 35,90 2. Теплосодержание сырья 2,0 0,72 2. Теплосодержание шлака 18,5 6,56 и дутья 3. Дожигание СО и Н2 238,3 84,53 3. Теплосодержание чугуна 20,9 7,41 4. Окисление примесей 0,4 0,14 4. Теплосодержание дымовых газов 98,2 34,84 5. Горение углерода в зоне 1,3 0,46 5. Теплосодержание пыли 1,7 0,60 дожигания 6. Тепло потери с охлаждающей 41,2 14,69 водой и в окружающую среду Итого 281,9 100,00 Итого 281,7 100,0 Переработка шлама требует значительных затрат угля и кислорода. При вводе в шихту окалины они существенно уменьшаются. Содержание ванадия в чугуне снизится с 3,76 до 1,09 % (табл. 39). Расчетный химический состав шлака и пыли приведен в табл. 40 и 41.

Таблица 39 Вариант С S Р Сг V Si Мп 1 4,5 0,306 0,165 3,63 3,76 0,06 0,836 2 4,3 0,092 0,063 j 1,31 1,09 0,06 0,672 Химический состав шлака, % масс.

Таблица 40

Вариант СаО MgO SiO, АЬ03 P,Os FeO 1 26,2 4,3 32,7 6,54 0,09 1,5 2 29,0 3,6 36,2 7,4 0,097 1,5 Продолжение таблицы

Вариант МпО TiOi Сг.Оз v2o5 S CaO/SiOj 1 8,85 8,36 1,0 1,39 0,595 0,8 2 7,84 6,82 0,288 1,12 0,496 0,8 Таблица 41

Вариант MnsO, Fe2Oa SiO, PiOs CaO AliOj 1 5,6 22,1 14,1 1,2 11,3 2,3 2 4,0 44,1 11,9 0,9 9,5 2,4 Продолжение таблицы

Вариант MgO тю2 Cr2Oj v2o5 s С 1 1,8 3,6 1,26 1,71 34,6 2,0 2 1,2 2,2 0,7 1,0 19,7 2,2 Химический состав пыли, % масс.

Возможны следующие варианты использования производимого чугуна. 1 .Разливка чугуна в чушки и продажа потребителю в качестве ванадиевой лигатуры для использования при производстве стали или литейных чугунов.

Использование в качестве жидкого полупродукта для получения литейниых чугунов за счет смешения с доменным безванадиевым чугуном.

Деванадация в кислородном конвертере с целью получения богатого ванадиевого шлака.

Перспективной является также и технология производства чугуна, легированного хромом с применением в шихте, например, пылей газоочисток производства феррохрома или пылеватых хромовых руд.