Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Ванадий широко используют в металлургии в качестве легирующего компонента. Присутствие ванадия в конструкционных сталях даже в небольших количествах (0,10-0,30%) значительно повышает пластические свойства и ударную вязкость изделий.
С странах Содружества отсутствуют запасы ванадиевых руд, поэтому главным сырьем для выплавки феррованадия служат шлаки, получаемые при конвертировании ванадийсодержащих чугунов, которые получают из титано-магнетитовых руд Качканарского месторождения. В чугуне, выплавленном из этих руд, обычно содержится 0,4-0,5% V.
Важнейшей задачей передела ванадиевых чугунов является получение ванадиевых шлаков с максимально возможным содержанием V2O5 (14-20%) при возможно полном извлечении ванадия из металла.
Условия перехода ванадия в шлак при продувке в конвертере с основной футеровкой можно выяснить, рассмотрев условия равновесия реакции:
Константа равновесия этой реакции
Коэффициент распределения ванадия между шлаком и металлом
Ввиду экзотермичности реакции (4.8) значение к уменьшается с повышением температуры. Следовательно, для более полного перехода ванадия в шлак процесс должен идти при низкой температуре и повышенной окисленности шлака. Это соображение положено в основу технологии передела ванадиевых чугунов в 130-т конвертерах Нижнетагильского металлургического комбината дуплекс-процессом: в первой стадии из чугуна получают ванадиевый шлак и металл-полупродукт, а во второй из полупродукта сталь.
Первая стадия является самой ответственной, главной ее задачей является максимальный перевод ванадия в шлак с целью получения в нем возможно высокого V2O5. С этой целью необходимо выполнение следующих условий:
1. Использование ванадиевого чугуна с возможно низким содержанием кремния (0,2-0,3%), так как его высокое содержание снижает V2O5 в шлаке из-за увеличения его количества. Кроме того, повышенное содержание кремния способствует увеличению температуры процесса и, следовательно, снижению Lv (ур-е 4.10).
2. Недопущение использования стального скрапа, так как это приводит к снижению содержания ванадия в шихте и, следовательно, к уменьшению V2O5 в шлаке.
3. Ведение процесса без флюсующих добавок с целью уменьшения количества шлака и повышения в нем V2O5.
4. Использование в качестве охладителей только твердого ванадиевого чугуна и окалины.
5. Ведение процесса при низких температурах (1350-1400°С).
6. Проведение процесса деванадации только в одном каком-то конвертере, не допуская поочередного проведения в агрегате первой и второй стадий процесса. Это связано со следующими обстоятельствами:
- оставшийся в конвертере после плавки на сталь шлак увеличивает выход товарного шлака после деванадации, что приводит к снижению V2O5 в нем;
- оксид кальция оставшегося шлака образует с V2O5 прочный ванадат кальция (3СаО*V2O5), что усложняет процесс извлечения ванадия при дальнейшей переработке шлака.
С учетом изложенного процесс ведения плавки предусматривает следующие этапы. В конвертер загружают чушковый ванадиевый чугун в количестве 12% от массы жидкого чугуна для обеспечения холодного начала плавки. В начале продувки присаживают около 5% окалины. Продувку ведут при высоком положении фурмы, продолжительность I стадии 7-10 мин; удельный расход кислорода 14 - 18 м3/т чугуна. Состав полупродукта, %: 3,2-3,8 С, 0,02-0,04 V, 0,05-0,12Р, 0,012 - 0,06S; температура < 1420°С.
Ванадиевый шлак имеет следующий состав, %: 14-20 V2O5, 15-20 SiO2, 33-44 Feобщ. Степень извлечения ванадия из чугуна составляет 85-90%.
Основными факторами, влияющими на степень извлечения ванадия являются температура ванны и окисленность шлака (рис. 4.14)
Ванадиевый шлак отделяют от полупродукта путем слива последнего в ковш через сталевыпускное отверстие и отправляют для получения феррованадия.
Вторая стадия. После деванадации полупродукт заливают во второй конвертер и продувают до получения стали заданного состава. Из-за напряженности теплового баланса, связанного с отсутствием в полупродукте кремния и меньшим по сравнению с чугуном содержанием углерода, потери металла при переливах должны быть сведены к минимуму.
При продувке бескремнистого и маломарганцовистого полупродукта на сталь задача ускорения шлакообразования решается путем использования, кроме извести, комплексных флюсов (офлюсованного агломерата, железофлюса) и повышенного расхода плавикового шпата. Продувка длится около 20 мин, удельный расход кислорода составляет ~ 40 м3/т, суммарный в обоих конвертерах - 50-55 м3/т, выход жидкого - 87-89%.
В связи с малым количеством шлака во второй стадии процесса степень десульфурации незначительна и составляет 10-20%, степень дефосфорации 60-70%. Тем не менее, ввиду низких концентраций серы и фосфора в ванадиевых чугунах HTMK в готовой стали содержания этих компонентов находятся в допустимых пределах.