» » Передел ванадиевых чугунов
03.02.2015

В связи с потребностью качественной металлургии в феррованадии были начаты исследования по извлечению ванадия из титаномагнетитов Урала. Общие положения (генеральная схема) переработки уральских титаномагнетитов были сформулированы академиками И.П. Бардиным и Э.В. Брицке. Согласно этой схеме извлечение ванадия из чугуна предполагалось методами окислительной плавки. Исследования велись в нескольких направлениях; передел ванадиевого чугуна в мартеновских печах и конвертерах с воздушным и кислородным дутьем. Значительный вклад в решение этой проблемы внесли М.Н, Соболев, К.Х. Тагиров, И.Л. Лурье и др.
В 1932—1933 гг. И.Л. Лурье разработал процесс извлечения ванадия из чугунов, полученных из кусинских и первоуральских титаномагнетитов с содержанием ванадия 0,6% (чугуны от опытных плавок академиков Э.В. Брицке и М.А. Павлова). Процесс был опробован в мартеновских печах Нижне-Тагильского, Надеждинского и Златоустовского заводов. Процесс внедрен на Чусовском, Лысьвенском, Кушвинском металлургических и Первоуральском старотрубном заводах институтом УралНИИЧМ (А.И. Пастуховым). В Гиредмете была разработана гидрометаллургическая технология извлечения ванадия из ванадийсодержащих мартеновских шлаков, а технология получения феррованадия из ванадата кальция — в Московском институте стали и сплавов.
Окисление ванадия в мартеновских печах осуществлялось в период расплавления после загрузки в печь чугуна (70%) в жидком или твердом виде и скрапа, железной руды, агломерата или других окислителей в количестве 4,5—6%. После расплавления и снижения концентрации ванадия до 0,04—3,06% ванадиевый шлак скачивался. Извлечение ванадия в шлак — 68—70%. Для завалки использовался чугун следующего состава (в %): 0,8 — Si, 0,3 — Ti; 1,0—Mn; 0,5 — Cr; 0,6 — V и 0,07 — Р. Мартеновский шлак содержал (в %): 20—25 — SiO2; 3—4 — TiO2; 5—8 — Cr2O3; 4—8 — CaO; 8—10 — MgO; 7—11 — V2O5; 0,3—0,35 — Р2О5 и 30—35 — Feобщ.
Работы по продувке воздухом ванадиевых чугунов были проведены во время опытных плавок кусинских титаномагнетитов на Енакиевском заводе К.Х. Тагировым и И.В. Шманенковым. Работы велись в кислом 11-тонном конвертере. Технология конвертерного извлечения ванадия была внедрена сталеплавильщиками УралНИИЧМ и завершена в 1944 г. строительством на Чусовском металлургическом заводе отделения конвертеров емкостью 20 т с кислой футеровкой и донным воздушным дутьем.
Последующие работы показали возможность замены кислой футеровки на основную (1951 г.). В результате производительность конвертерного отделения ЧусМЗ увеличилась на 40%. В 60-х годах на печах ЧусМЗ было использовано новое титаномагнетитовое сырье из Качканарского ГОКа. В чугуне снизилось содержание хрома, в шлаках увеличилось содержание оксида ванадия (V). В 1971 — 1973 гг. были получены чугуны с низким содержанием кремния. Содержание V2O5 в шлаке возросло до 15—17% (на безжелезистую массу).
Передел ванадиевых чугунов

Технология окисления ванадия в конвертерах состояла в следующем. Осуществлялась продувка чугунов, имеющих более высокое содержание ванадия по сравнению с чугуном НТМК, в 18-22-тонных конвертерах с объемом рабочего пространства 20 м3. Интенсивность дутья — 450—500 нм3/мин при давлении 0,18—0,22 мПа. Перед заливкой в конвертер загружался агломерат (охладитель) и затем заливался чугун. Подъем и повалка конвертера осуществлялись при включенном дутье. Продолжительность продувки 3—6 мин. Остаточное содержание ванадия в полупродукте 0,02—0,06% и выше (в зависимости от назначения металлического полупродукта), углерода — 3,2—4,2%. Металлический полупродукт перерабатывался в мартеновских печах. Температура полупродукта 1350°С. При окислительной плавке с использованием конвертеров извлечение ванадия в шлак составидо до 82% при содержании V2O5 в шлаке 14—16%.
В конце 50-х годов были начаты исследования по разработке процесса деванадации в кислородных конвертерах большой емкости. В основу новой технологии передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом конвертер — конвертер были положены работы УралНИИЧМ, проведенные на НТМК, ЧусМЗ и Новотульском металлургическом заводе (ныне НПО ’’Тулачермет”). Процесс был осуществлен в кислородно-конвертерном цехе HTMK в конвертерах емкостью 100-130 т, к концу 1979 г. емкость конвертеров была доведена до 160 т.
Для окисления на HTMK используется чугун следующего состава (в %) : 4-4,5-С; 0,15-0,25-Si; 0,20-0,25-Mn; 0,43-0,48-V; 0,15-0,25-Ti; 0,04-0,06-Р; 0,02-0,041-S. Этот чугун, поступающий из доменного цеха, усреднялся в миксерном отделении цеха, где производилось скачивание остаточного доменного шлака. После его заливки в конвертер и присадки окалины осуществлялась продувка металлического расплава кислородом (99,2-99,5%) с интенсивностью 320 нм3/мин через многосопловую фурму. Длительность продувки 5-8 мин. После окончания продувки полупродукт (2,8-3,6 С; 0,02-0,04 Mn; 0,02-0,04 V; 0,04-0,06 Р; 0,020-0,045% S; следы Si и Ti; температура 1340—1410°С) миксерными ковшами направлялся ко второму конвертеру, где производилась его додувка с получением качественных сталей. Ванадиевый шлак содержит свыше 14% V2O5, при использовании низкокремнистого ванадиевого чугуна (0,15—0,22% Si) содержание V2O5 увеличивается до 25%.
Сравнительная технико-экономическая характеристика конвертерного передела чугуна с донной воздушной продувкой на ЧусМЗ и с верхним кислородным дутьем на HTMK (табл. 72) показывает преимущества кислородной продувки чугунов. В последнем случае сокращается продолжительность продувки, выше извлечение ванадия, открывается возможность увеличения выхода жидкого полупродукта за счет большего расхода железосодержащих охладителей, полученный ванадиевый шлак отличается более высоким качеством (выше содержание V2O5 и в 3 раза меньше металлических включений).
Кислородно-конвертерная сталь, полученная дуплекс-процессом, значительно дешевле стали, получаемой в конвертерах других заводов, в основном из-за комплексного использования сырья — отнесения затрат на ванадий в шлаке.
Исследования в области деванадации чугунов ведутся с использованием донной подачи кислородного дутья в конвертер. В этом же случае остаточная концентрация ванадия снижается до 0,015% при содержании 3,3-3,6% углерода в полупродукте. Скорости деванадации в этом процессе выше, а выход жидкого полупродукта увеличивается на 1—2%.
Повышение извлечения ванадия при переработке уральских титаномагнетитов. Сквозное извлечение ванадия при переработке уральских титаномагнетитов по существующей схеме остается довольно низким (табл. 73). Фактически, хотя и имеются определенные успехи по повышению комплексности использования титаномагнетитового сырья, черная металлургия использует эти руды некомплексно. Наряду с большими вынужденными технологическими потерями ванадия в сложившейся пирометаллургической схеме его извлечения имеет место использование этого сырья без извлечения ванадия из-за недостатка железорудного сырья на уральских заводах. Так, титаномагнетиты используются в качестве добавки при агломерации на Магнитогорском и Нижне-Тагильском комбинатах, Челябинском и Чусовском заводах. Из-за недостатка мощностей ванадиевые чугуны перерабатываются без извлечения ванадия. Такое положение сложилось в результате недооценки гидрометаллургического способа извлечения ванадия непосредственно из рудного сырья и прямого использования концентратов и ванадиевых шлаков для легирования стали в электропечах.
Передел ванадиевых чугунов