» » Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений
04.02.2015

До 1951 г. выплавку ванадистого чугуна на Чусовском металлургическом заводе из руд Кусинского и Первоуральского месторождений осуществляли в соответствии с техническими условиями, допускающими высокое содержание в чугуне кремния (до 0,50%), марганца (до 0,70%), хрома (до 1,2%). Нижний предел допустимого содержания ванадия в чугуне первого сорта составлял 0,55%. Поплавочные и среднесуточные анализы чугуна характеризовались широкими пределами колебания содержания в нем перечисленных примесей. По содержанию серы и фосфора состав чугуна был более стабильным. Содержание серы обычно находилось в пределах 0,035—0,045%, фосфора 0,08—0,11%. Эти значения сохранились без заметных изменений и в последующие годы.
С целью увеличения концентрации ванадия в чугуне завод практиковал добавку в шихту доменных печей агломерированных шламов химического цеха, содержание окиси хрома в которых составляло около 12%, а пятиокиси ванадия — только 1,5%.
По данным табл. 29 видно, что использование отходов химического цеха в шихте доменных печей приводило к систематическому нарастанию как содержания хрома в чугуне, так и отношения процентных содержаний хрома и ванадия.
Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений

Такая практика была изменена в 1951—1952 гг., когда на заводе в соответствии с результатами исследования процессов ванадиевого передела была внедрена новая технология, основанная на приведенных выше принципиальных положениях. Принятые заводом новые технические условия на ванадистый чугун, предусматривали значительное снижение допустимых пределов содержания в нем марганца и хрома, а также небольшое снижение нижнего предела содержания ванадия. Имевшее место в 1955 г. повышение содержания кремния в чугуне преследовало цель улучшить извлечение ванадия в доменном цехе, а также повысить температуру полупродукта в конвертере к концу периода деванадации, чтобы устранить практиковавшийся ранее разогрев полупродукта путем присадки ферросилиция и короткой дополнительной продувки. При низком содержании других примесей в чугуне подобное повышение содержания кремния является допустимым.
Произведенное изменение состава чугуна способствовало значительному улучшению технико-экономических показателей процесса продувки.
Средняя продолжительность продувки до конца периода деванадации составляла 8—12 мин. Изменение состава чугуна позволило сократить продолжительность продувки до 3,5—4,5 мин. Сопоставление характера изменения состава металла при продувке чугуна до и после внедрения новой технологии приведено на рис. 36 (см. также рис. 30, 32, 34, 35).
Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений

Значительное сокращение продолжительности продувки способствовало повышению коэффициента извлечения ванадия из чугуна в шлаки.
Данные по извлечению ванадия из чугуна на Чусовском металлургическом заводе за период 1949—1955 гг. представлены в табл. 30.
Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений

Улучшение коэффициента извлечения ванадия связано не только с уменьшением количества выдувок, но и со значительным снижением в них концентрации ванадия. В табл. 31 приведено сопоставление концентрации ванадия в выдувках, пересчитанное на процент V2O5 при старой и новой технологии продувки.
Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений

Ранее приведены данные, показывающие, что количество выдувок резко возрастает при переходе от тестообразных к сухим, рассыпчатым шлакам. Последние имеют наиболее высокое содержание шпинелидной фазы и ванадия. После внедрения новой технологии на заводе стали получать шлаки в высоковязком тестообразном состоянии, при котором потери ванадия с выдувками невелики, вследствие уменьшения количества выдувок и снижения в них концентрации ванадия.
На стабильность получаемых за последние годы шлаков по их физическому состоянию указывают весьма узкие пределы колебания концентрации ванадия в них, поскольку на вязкость шлаков этот фактор влияет особенно сильно. Соответствующие данные приведены в табл. 32.
Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений

В условиях Чусовского завода шлаки приведенной концентрации являются оптимальными, так как они характеризуются максимальным содержанием ванадия, при котором обеспечивается высокое значение коэффициента извлечения ванадия как из чугуна, так и из шлаков при их последующей химической переработке на пятиокись ванадия.
Сокращение продолжительности продувки и строгое регламентирование температурного режима процесса деванадации позволило выполнить важное условие новой технологии: повышение содержания углерода в полупродукте. В 1950 г, при работе завода по старой технологии среднее содержание углерода в полупродукте составляло 2,5%. После внедрения новой технологии оно повысилось до 3—3,5%, что обусловило увеличение степени перегрева полупродукта над температурой ликвидуса и, следовательно, его жидкотекучести. Последнее вызвало существенное уменьшение количества включений корольков металла в высоковязких тестообразных ванадиевых шлаках, на вредное влияние которых в процессе химической переработки было указано.
Производительность мартеновских печей, в которых в качестве жидкой завалки используется полупродукт с повышенным содержанием углерода, не уменьшается. Более высокий перегрев, наоборот, способствовал ускорению процессов плавления и шлакообразования в мартеновской печи. В 1950 г. при среднем содержании углерода в полупродукте, равном 2,5%, продолжительность плавки в 150-г мартеновских печах составляла 9,8 часа, после внедрения новой технологии продувки и повышения содержания углерода в полупродукте до 3,0—3,5% средняя продолжительность плавки сократилась в 1952 г, до 8,27 часа. В последующие годы наблюдалось дальнейшее повышение производительности мартеновских печей, работающих на высокоуглеродистом полупродукте.
Высокое содержание углерода в полупродукте имеет и другое важное технологическое значение, так как увеличивая степень перегрева над температурой ликвидуса, оно исключает возможность потерь металла в виде настылей и скрапин, образующихся в ковшах при транспортировке полупродукта от конвертера к мартеновской печи. Определяя запас тепла в полупродукте, необходимо учитывать, что падение температуры полупродукта при его выпуске из конвертера даже в хорошо .разогретый ковш составляет около 60—70°.
Получение к моменту завершения периода деванадации высокоуглеродистого полупродукта обеспечивается помимо отмеченного выше сокращения продолжительности продувки строгим регламентированием температурного режима процесса. Температура чугуна при заливке в конвертер находится в пределах 1220—1250°, а температура полупродукта после завершения деванадации — в пределах 1330—1370°. Таким образом, процесс продувки осуществляется при температурах, лежащих ниже порога реакции обезуглероживания. Как видно из табл. 27 и данных, приведенных в разделе «Влияние твердого окислителя», предотвращение разогрева полупродукта сверх указанных температур можно осуществить путем подстуживания его присадками в конвертер твердого окислителя, который одновременно выполняет важную роль интенсификатора процесса окисления растворенных в чугуне шлакообразующих примесей. На Чусовском металлургическом заводе для этой цели используются гематитовые железные руды, преимущественно кусковая руда Полуночного месторождения, а также железная окалина. Расход твердого окислителя при продувке чугуна оптимального состава находится в пределах от 40 до 50 кг/т. Применение этих твердых окислителей, а также использование магнезитовой футеровки конвертеров обеспечивает минимальное загрязнение шлака посторонними примесями в процессе продувки. При исходном содержании ванадия в чугуне, равном 0,55%, остаточном содержании ванадия в полупродукте 0,04%, содержании ванадия в шлаках, равном 8,15% (14,5% V2O5), и извлечении ванадия из чугуна в шлак, равном приблизительно 90%, кратность шлака составляет около 5,6% от веса чугуна. Снижение данного значения кратности шлака в условиях Чусовского металлургического завода при использовании в доменных печах кусинской и первоуральской руд нерационально. Вследствие высокого содержания в шлаке окиси хрома дальнейшее повышение концентрации ванадия быстро приводит к возрастанию его вязкости. Уже при содержании в шлаке 16—17% V2O5 он превращается из тестообразного в сыпучий, в результате чего возрастают потери ванадия с выдувками. На рис. 37 представлен внешний вид сухого рассыпчатого шлака Чусовского завода. Сыпучий шлак, содержащий более 15% V2O5, сильнее загрязнен неотделимыми при магнитной сепарации включениями мелкодисперсного металла (см. рис. 20), что ведет к снижению извлечения ванадия также и при химической переработке шлаков. Установлено, что при повышении концентрации ванадия в шлаке Чусовского металлургического завода сверх значения, отвечающего 15% V2O5, содержание V2O5 в обожженной шихте химического цеха, поступающей на выщелачивание не только не возрастает, а, наоборот, снижается, вследствие более высокого содержания неотделимого мелкодисперсного железа в измельченных шлаках. Например, при обжиге партии шлаков, содержащей 15,30% V2O5, содержание V2O5 в обожженной шихте составляло 12,30%, а при 16,52% V2O5 в шлаках — всего 11,60% V2O5. Увеличение количества включений мелкодисперсного металла в шлаках отрицательно сказывается на извлечении ванадия при их химической переработке как вследствие повышения склонности шихты к спекообразованию, так и в результате уменьшения концентрации ванадия в обожженной шихте. Последнее обстоятельство связано с тем, что остаточное содержание ванадия в отвальных шламах, прошедших процесс выщелачивания, практически постоянно и весьма мало зависит от содержания ванадия в обожженной шихте перед выщелачиванием. Поэтому величина извлечения ванадия на обжиге понижается с уменьшением концентрации ванадия в обожженной шихте.
Таким образом, указанное значение кратности ванадиевых шлаков отвечает оптимальным условиям извлечения ванадия на Чусовском заводе от чугуна до пятиокиси ванадия.
Чугуны, выплавляемые на титаномагнетитах Кусинского и Первоуральского месторождений