способ переработки концентратов из руды, содержащей оксиды железа, титана и ванадия и устройство для

осуществления

изобретение относится к области металлургии, в частности, к безотходному производству безуглеродистого железа и высокотитаносодержащей лигатуры, легированных ванадием, а также производству плавленого клинкера, пригодного для получения высокоглиноземистого цемента марок Bгц-1 и Bгц-2. в настоящее время в россии в промышленном масштабе разрабатывается только одно качканарское месторождение титаномагнетитовой руды. получаемый из этой руды концентрат со сравнительно низким содержанием оксида титана позволяет перерабатывать подготовленную шихту из этого концентрата доменным процессом (дп). в случае высокого содержания оксидов титана в концентрате в процессе доменной плавки в зоне горна доменной печи образуется шлак с высоким содержанием оксикарбида TiCTiO, который повышает вязкость шлака, т.к. имеет высокую температуру плавления. это приводит к образованию на стенках горна гарниссажа недопустимой толщины. необходимо заметить, что наличие в доменной плавке углерода и приводит к образованию нежелательного оксикарбида.

в россии имеются другие месторождения титаномагнетитовых руд, например, на южном урале - медведевское месторождение, в зоне бама - чинейское и якутское месторождение, но именно из-за высокого содержания в них оксида титана эти руды в доменном процессе не находят применения.

известен способ переработки титаномагнетитовой ванадийсодержащей руды на титанистый чугун, ванадиевый шлак и

1

заменяющий лист (правило 26)

титаносодержащий сплав [1]. способ разработан применительно к переработке титаномагнетитовой руды чинейского месторождения. по способу не предусматривается применение доменного процесса, но перед плавкой шихты предусматривается твердофазное ожелезнение до 80 % оксидов железа углеродистым восстановителем, а затем производство чугуна, содержащего ванадий, из которого далее производится сталь и товарный ванадиевый шлак. безуглеродистое железо по указанному способу получить нельзя. по способу можно получить титаносодержащий сплав, а также товарный и оборотный алюминиево-кремниевый сплав. но при этом задалживается значительное количество металлургического оборудования.

близким аналогом заявляемому техническому решению можно назвать известный способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты [2]. по способу рекомендуется безотходно перерабатывать концентрат, полученный из руды качканарского месторождения, причем в первую очередь с целью получения из концентрата безуглеродистого железа, пригодного для производства безникелевой хромосодержащей металлопродукции с нержавеющими свойствами. по способу производится и титаносодержащий сплав, но его количество небольшое, поскольку его сравнительно мало в концентрате.

при реализации указанных двух способов рекомендуется применение разработанного электроплавильного агрегата [3], в котором плавку ведут в условиях применения метода пвжфв - плавка с вращением и жидкофазным восстановлением, причем расплавляют шихту, которая может до 100% содержать оксиды металлов, а потом восстанавливают металлы из этих оксидов на вращающейся металлической подложке, в которой образована лунка

параболической формы. для большинства разработанных металлургических технологий, уже получивших патентную защиту, восстановление металлов из оксидов рекомендуется осуществлять металлическими восстановителями, например алюминием, кремнием и титаном, причем при применении метода пвжфв. это позволяет исключить проникновения углерода в продукцию, что особенно нежелательно, когда речь идет о необходимости производить безуглеродистые железо и титаносодержащую лигатуру.

в качестве ближайшего аналога может быть принят аналог техпроцесса жидкофазного восстановления оксидов из расплавленной порции шихты восстановителем в условиях пвжфв [4]. техпроцесс включает плавку порций шихты в плавильном камере электроплавильного агрегата на жидкой вращающейся металлической подложке и образование шлака, жидкофазное восстановление железа и других металлов из шлака восстановителем, образование других шлаковых фаз и пополнение восстановленными металлами вращающейся металлической фазы, доводку металлической и шлаковой фаз до заданных химических составов, сливы фаз из плавильной камеры плавильного агрегата.

главный недостаток ближайшего аналога заключается в том, что восстановление железа и других металлов из оксидов шихты рекомендуется производить углеродосодержащим восстановителем при значительном расходе тепла, т.к. реакции эндотермические, и при выделении большого количества газа, который необходимо очищать на дорогостоящем газоочистном оборудовании и который уносит с собой значительное количество физического и химического тепла.

новизна предлагаемого способа заключается в том, что порции шихты плавят из концентрата титаномагнетитовой руды, которые

включают основную и дополнительную части, железо и часть ванадия из основной части порции концентрата восстанавливают 90 кремнием, содержащимся в металлической фазе - подложке, подложку при этом освобождают от кремния, установленное количество полученного безуглеродистого железа из плавильной камеры плавильного агрегата сливают, а остаток сплавляют с металлами, которые получают после восстановления алюминием 95 оксидов титана, марганца, кремния, остатка оксида ванадия из основной части порции концентрата и из оксида кремния, который перешел в шлаковую фазу после восстановления железа кремнием из этой части порции концентрата, шлак с невосстановленными алюминием оксидами, пополненный оксидами алюминия и кальция,

100 полностью сливают из плавильной камеры плавильного агрегата, получая первую порцию плавленого клинкера для производства цемента или извлечения из него глинозема, титаном из вновь образованной подложки восстанавливают железо из дополнительной части порции концентрата, получая при этом ферросилиций с

105 добавкой ванадия, и шлак, содержащий оксид титана из основной и дополнительной частей порции концентрата и оксиды кремния, марганца магния, остаток оксида ванадия из второй части порции концентрата, ферросилиций с добавкой ванадия в установленном количестве из плавильной камеры плавильного агрегата сливают и

по сохраняют в качестве оборотного для использования при переработке следующей основной части порции концентрата, а остаток ферросилиция сплавляют с титаном, кремнием, марганцем и ванадием, полученными после восстановления этих металлов алюминием из шлака, содержащего оксид титана из основной и

115 дополнительной частей порции концентрата и оксидов кремния, марганца и ванадия из дополнительной части порции концентрата,

при этом получают титаносодержащую лигатуру и шлак, пополненный оксидами алюминия и кальция, который полностью сливают, получая вторую порцию плавленого клинкера для

120 производства цемента, полученную титаносодержащую лигатуру из плавильной камеры плавильного агрегата полностью сливают, оборотный ферросилиций возвращают в плавильную камеру агрегата, образуя металлическую подложку для переработки следующей основной части порции концентрата.

125 при восстановлении металлов из оксидов шлака алюминием рекомендуется использовать ферроалюминий.

безуглеродистое железо и оборотный ферросилиций с добавкой ванадия рекомендуется сливать до 80 % от количества производимого продукта.

130 при образовании металлической подложки для переработки следующей основной части порции концентрата рекомендуется к оборотному количеству ферросилиция добавлять нужное количество товарного ферросилиция, который перед подачей в плавильную камеру плавильного агрегата рекомендуется сплавлять с оборотным

135 ферросилицием.

предлагаемый способ позволяет увеличить извлечение ванадия в производимые по способу безуглеродистое железо и титаносодержащую лигатуру. при существующем методе переработки титаномагнетитовой руды, предусматривающем сначала

140 получение ванадиевого чугуна, а затем конвертерного ванадиевого шлака (квш), на разных этапах ванадий теряется. если посмотреть, например, табл. 1.2 в источнике информации [5], то можно заметить, что на стадии обогащения руды с получением железованадиевого концентрата теряется примерно 25 % ванадия. примерно столько же

145 ванадия теряется на стадии переработки до квш. имеют место

потери ванадия и при последующей переработке квш до феррованадия или металлического ванадия. по предлагаемому способу ванадий теряется только на стадии обогащения. в конечном продукте - шлаке, представляющем собой плавленый клинкер,

150 пригодный для производства качественного цемента, ванадия не должно быть. он уходит в безуглеродистое железо и титаносодержащую лигатуру, существенно повышая качество указанных продуктов.

при коксодоменном процессе переработки концентрата из

155 титаномагнетитовой руды получают ванадийсодержащий чугун и затем из чугуна - квш, что позволяет при сравнительно бедной качканарской руде (15-16% Fe) иметь положительную экономику процесса. титан, стоимость которого в руде превышает стоимость ванадия, практически дохода не дает, поскольку уходит в доменный

160 шлак (дтп) и из него не извлекается, хотя эффективный способ его извлечения в титаносодержащую лигатуру разработан [6].

предлагаемый способ " позволяет повысить экономический эффект от переработки концентрата из руды за счет того, что извлекается в товарный продукт дорогой титан, больше извлекается

165 ванадия и получается более дорогостоящая железная продукция, т.к. не содержит углерода. на восстановление оксидов металлов расходуется сравнительно дорогой алюминий, но его стоимость в большей части компенсируется доходом от получаемого плавленого клинкера для дорогого высокоглиноземистого цемента и тем, что

170 реакции восстановления оксидов металлов алюминием экзотермические, т.е. идут с выделением тепла. расход электроэнергии снижается не менее чем в два раза.

при извлечении титана из дттт может быть получен доход от восстановления титана из оксида, которого в дIIг до 10%. доход

175 может быть больше, если в концентрате содержание оксида титана будет больше 10%. концентрат с содержанием оксида титана до 30 % на уральских обогатительных фабриках получают [7, табл. 3].

переработку основной порции концентрата по способу рекомендуется начинать на подложке из ферросилиция и сразу до

180 80% шихты из основной порции переводить в металлическую и шлаковую фазы (безуглеродистое железо (бж) и оксид кремния), а затем, например, до 80% бж слить из плавильной камеры, что позволяет сделать устройство, которое рекомендуется для осуществления способа и включает плавильный агрегат,

185 защищенный патентом рф [3].

на следующей операции способа алюминием восстанавливаются израсходованный из подложки кремний и все другие металлы из оксидов, кроме магния и алюминия, которые имели место в основной порции шихты. эти металлы после

190 восстановления сплавляются с остатком бж и образуют титаносодержащую лигатуру, содержание титана в которой сравнительно небольшое. шлаковая фаза после восстановления металлов из оксидов будет содержать оксиды алюминия и магния, причем в основном оксид алюминия, который имеет температуру

195 плавления 2050 ⁰ C. с целью снижения температуры плавления шлаковой фазы применяют общеизвестный прием - вводят оксид кальция. в данном способе на этапе первого ввода алюминия для восстановления оксидов целесообразно ввести столько оксида кальция, чтобы его было в шлаковой фазе не менее 20 %.

200 температура шлакового расплава тогда будет порядка 1750 ⁰ C и он будет пригоден как плавленый клинкер для производства дорогого высокоглиноземистого цемента. полученная на этом этапе шлаковая фаза сливается полностью. в плавильной камере остается

металлическая подложка, в которой титан может быть

205 восстановителем железа из оксидов в дополнительной порции шихты, при этом железо из дополнительной порции сплавится с металлом подложки, а в шлаковую фазу уйдет оксид титана, который в этой фазе сплавится с оксидами кремния, титана, магния, ванадия, марганца и алюминия, которые были в дополнительной порции

210 шихты. в металлической подложке в основном будет ферросилиций с добавкой ванадия, причем ферросилиций оборотный, который в количестве до 80 % рекомендуется удалить в накопительную подогреваемую емкость, которая входит в устройство для реализации способа, где он в жидком виде и будет храниться до

215 момента его возврата в плавильную камеру устройства в качестве подложки для следующей основной порции шихты.

сразу после удаления в накопительную емкость оборотного ферросилиция в шлаковую фазу вводится вторая часть алюминия, которая восстанавливает все металлы из оксидов, кроме оксида

220 магния и алюминия. восстановленные металлы сплавятся с остатком ферросилиция, образуя лигатуру со сравнительно высоким содержанием титана. вновь образованный оксид алюминия сплавится с оксидами магния и алюминия из дополнительной порции шихты, а также с добавляемым по указанной выше причине оксидом

225 кальция. образуется вторая порция плавленого клинкера, которую сразу необходимо полностью слить из плавильной камеры устройства, например, методом шлакоотсоса.

полученную лигатуру со сравнительно высоким содержанием титана, используя эффект ее вращения в плавильной камере

230 устройства, целесообразно полностью или почти полностью из плавильной камеры слить в ковш через летку на днище дополнительной камеры устройства и сразу подать в плавильную

камеру жидкий ферросилиций из накопителя, при этом будет образована металлическая подложка для переработки следующей

235 основной порции шихты.

при обогащении титаномагнетитовой руды в хвосты уходит основная масса оксида кремния, поэтому в концентрате его содержание сравнительно небольшое. при восстановлении его алюминием может оказаться, что необходимо пополнение кремния.

240 это пополнение может быть выполнено за счет добавки в накопительную емкость твердого ферросилиция и его расплавления в емкости.

при восстановлении металлов из оксидов в шлаковой фазе алюминием рекомендуется применять не чистый алюминий, а

245 ферроалюминий с содержанием железа порядка 20 %. удельный вес такого ферросплава больше чем удельный вес шлака, что позволяет восстановителю после расплавления не плавать на шлаке, а погружаться в него. снижается вероятность нежелательного окисления алюминия еще до того, как он начнет окисляться

250 кислородом восстанавливаемых оксидов. железо ферроалюминия после освобождения от кремния сплавляется с металлической фазой подложки, где будет учитываться при создании металлической подложки для переработки следующей основной порции шихты. ферроалюминий с необходимым содержанием железа может

255 производиться в агрегате, который задействован в предлагаемом устройстве для осуществления способа, причем, чтобы не допускать в железе присутствие нежелательного углерода, при изготовлении ферроалюминия можно использовать получаемое по способу безуглеродистое железо.

260 на фиг. 1 представлена схема переработки концентрата из титаномагнетитовой руды в соответствии с предлагаемым способом.

для реализации способа предлагается устройство, позволяющее эффективно перерабатывать шихту концентрата из титаномагнетитовой руды, в котором оксида титана намного больше,

265 чем это допускается при аглодоменной переработке концентрата.

известен плавильный агрегат [3], пригодный для реализации предлагаемого способа. однако он требует применения значительного количества дополнительного технологического оборудования и увеличения цикла переработки основной и

270 дополнительной порций шихты.

известен плавильный агрегат, близкий по конструкции с плавильным агрегатом [3], но с несколько измененными мгд- устройствами, устанавливаемыми вокруг стенок и под днищем плавильной камеры [8]. агрегат [8] сохраняет недостатки, которые

275 имеет и агрегат [3].

известно устройство, которое может быть принято за ближайший аналог, входящее в состав технологического оборудования для реализации способа [9]. устройство включает многофункциональный плавильный агрегат, имеющий плавильную

280 камеру, вокруг стенок и под днищем которой размещены индукционные единицы для плавления и нагрева шихты, герметизируемую крышку с отверстиями, через которые возможна подача в плавильную камеру шихты и выполнение других необходимых операций по ведению процесса плавки шихты,

285 накопитель жидкой металлической фазы, дополнительную емкость, размещенную между плавильной камерой агрегата и накопителем жидкой металлической фазы, причем дополнительная емкость через нижний металлопровод соединена с плавильной камерой, а через верхний металлопровод - с накопителем жидкой металлической

290 фазы.

недостаток ближайшего аналога заключается в том, что содержащийся в устройстве накопитель жидкой фазы не содержит оборудования, которое позволяло бы сохранять температуру жидкой фазы в накопителе и, при необходимости, повышать температуру

295 жидкой фазы или в жидкой фазе расплавлять какие-либо необходимые добавки. в накопителе указанного устройства нет герметизируемой крышки, к отверстиям которой можно подключать узлы, позволяющие вводить в накопитель добавки и соединять накопитель с системами, которые могут создавать в накопителе

300 разрежение или давление газа.

новизна устройства заключается в том, что под днищем накопителя жидкой фазы размещены не менее трех индукционных единиц, снабженных системой энергообеспечения нагрева и перемешивания металлической фазы, а герметизируемая крышка

305 накопителя выполнена с отверстиями, относительно которых размещены узлы обеспечения процесса переработки шихты.

размещенные под днищем накопителя индукционные единицы рекомендуется выполнить аналогично тем, которые размещены под днищем многофункционального плавильного агрегата.

310 размещенные на крышке накопителя жидкой фазы узлы рекомендуется соединять с системой по подаче в жидкую фазу в накопителе разных добавок, а также по созданию в накопителе пониженного или повышенного давления в газовой среде, причем в инертной газовой среде.

315 наличие в предлагаемом устройстве для осуществления способа подогреваемой накопительной емкости существенно упрощает процесс переработки шихты на указанную продукцию и значительно сокращает время переработки установленной повторяющейся порции шихты. упрощение достигается тем, что не надо применять

320 ковш для слива в него оборотного ковша к месту слива, сохранения ферросилиция в ковше в жидком виде и возврат жидкого ферросилиция в плавильную камеру плавильного агрегата. время операции по возврату ферросилиция в плавильную камеру из накопителя, по сравнению с его возвратом с помощью ковша для

325 слива, сокращается многократно.

рекомендация размещать под днищем накопителя такие же индукционные единицы, что и под днищем плавильной камеры, упрощает изготовление устройства и позволяет рационально использовать систему электропитания индукционных единиц.

330 сокращение времени операции по удалению оборотного ферросилиция из плавильной камеры в накопитель достигается также в результате того, что к отверстию в крышке накопителя присоединяется система создания в накопителе разрежения газа. полезно создавать разрежение в накопителе еще и потому, что это

335 позволяет удалять из плавильной камеры ферросилиций, если он в камере не будет вращаться или вращаться с незначительным числом оборотов. удельный вес оборотного ферросилиция не будет превышать 3,5 г/см ³ . при таком удельном весе ферросилиция разрежение в накопителе может поднять ферросилиций более чем на

340 2,5 м, что будет достаточно для полного отсоса ферросилиция из плавильного агрегата в накопитель.

обеспечивать подачу оборотного ферросилиция в накопитель можно и за счет создания повышенного давления инертного газа в плавильной камере агрегата, поскольку крышку плавильной камеры

345 рекомендуется выполнить герметизируемой, причем, если потребуется удаление из шлака магния за счет восстановления алюминием оксида магния, то в плавильной камере необходимо будет создавать разрежение. если же удаления магния не будет

предусматриваться, то полная герметизация крышки плавильной

350 камеры необязательна, поскольку подъем в накопитель жидкой металлической фазы - ферросилиция - будет обеспечиваться за счет создания в накопителе разрежения.

на фиг. 2 показан разрез по устройству для осуществления способа в вертикальной плоскости, проходящей через следующие

355 главные узлы: плавильный агрегат 1; дополнительную камеру 2; накопитель жидкого оборотного ферросилиция 3.

плавильный агрегат 1 содержит плавильную камеру 4, имеющую охлаждаемые стенки 5 из труб, выполненных из металла пропускающего электромагнитное поле, днище 6, также

360 выполненное из металла пропускающего электромагнитное поле, футеровку 7 стен и днища.

на плавильной камере 4 размещена, с возможностью герметизации, охлаждаемая крышка 8 с отверстиями, относительно которых устанавливаются (не показаны): приспособления для подачи

365 в плавильную камеру порции шихты и для восстановления металлов из оксидов шихты; перекрываемый патрубок для ввода в шлак керамической трубы шлакоотсоса; элементы, позволяющие при необходимости присоединяться к системам, которые обеспечивают создание в плавильной камере разрежения или давления газа, а также

370 отвод газовой фазы, если она будет в плавильной камере образовываться.

вокруг охлаждаемых стенок 5 с небольшим зазором размещены индукционные единицы 9, индукторы 10 которых охватывают общий для всех индукционных единиц магнитопровод 11 из листов

375 трансформаторной стали. зазор в размещении индукционных единиц вокруг охлаждаемых стенок 5 необходим для установки в этом зазоре металлопровода передачи жидкого металла из плавильной

камеры 4 плавильного агрегата 1 в емкость дополнительной камеры 2.

380 под днищем 6 плавильной камеры агрегата по окружности размещаются (без зазора) индукционные единицы 12, индукторы 13 которых охватывают общий для всех индукционных единиц магнитопровод 14 из листов трансформаторной стали.

индукционные единицы обслуживаются системой

385 электропитания (не показана) как током пониженной частоты (меньше 50 гц), так и током повышенной частоты (больше 50 гц), что позволяет работать индукционным единицам как в режиме нагрева расплава в плавильной камере агрегата, так и в режиме вращения этого расплава в плавильной камере агрегата.

390 плавильная камера 4 оснащается приборами (не показаны), обеспечивающими контроль температуры расплавов и вид лунки параболической формы, которая образуется в результате вращения металла в плавильной камере.

плавильный агрегат 1 снабжается защитным корпусом и всеми

395 необходимыми опорными элементами (не показаны).

дополнительная камера 2, размещенная между плавильным агрегатом 1 и накопителем жидкого оборотного ферросилиция 3, сообщается с плавильной камерой 4 агрегата 1 через нижний металлопровод 15 и с камерой накопителя через верхний

400 металлопровод 16.

дополнительная камера 2 включает футерованную огнеупорным материалом емкость 17, в днище которой размещена донная летка 18, перекрываемая крышкой 19, для слива металлической фазы из плавильной камеры через металлопровод 15. сверху емкость 17, с

405 возможностью герметизации, перекрывается съемной крышкой 20, в которой выполняется отверстие, позволяющее обеспечивать

необходимое состояние газовой среды в емкости 17. крышка 20 оснащена приводом (не показан) быстрого съема и обратной установки, когда требуется ввести в емкость трубу подачи

410 гранулированного огнеупорного материала для перекрытия сливной летки или, когда необходимо взять пробу жидкого металла на химанализ.

верхний металлопровод 16 в дополнительной камере 2 размещается на отметке, превышающей максимальный подъем

415 жидкого металла в емкости 17 в результате вращения металлического расплава в плавильной камере 4. металлопровод 16 сообщается с металлопроводом 21, выполненным в торцевой стенке накопителя жидкого ферросилиция и имеющим верхний и нижний горизонтальные участки, сообщающиеся с вертикальным участком,

420 причем верхний горизонтальный участок сообщается с верхним горизонтальным метеллопроводом 16 дополнительной камеры 2.

под днищем накопителя жидкого оборотного ферросилиция 3 с целью недопущения переохлаждения ферросилиция до момента когда необходимо будет возвращать ферросилиций назад в

425 плавильную камеру агрегата, а также для расплавления, при необходимости, каких-либо добавок, размещаются предпочтительно три индукционных единицы 23, аналогичные тем, которые размещаются вокруг стенок и днища плавильной камеры 4 агрегата 1.

430 сверху накопитель перекрыт герметизируемой крышкой 24 с отверстиями, относительно которых размещены узлы, присоединенные к системам, позволяющим создавать в емкости 22 разрежение газа и подачу в емкость необходимых добавок.

работу предлагаемого устройства представим на примере

435 переработки порции шихты из концентрата титаномагнетитовых

песков халактырского месторождения камчатки. концентрат из указанного песка в свое время был получен институтом "уралмеханобр" в г.

екатеринбурге. химический состав концентрата следующий, %: Fe - 440 57,6; FeO - 32,0; Fe ₂ O ₃ - 46,0; TiO ₂ - 10,0; V ₂ O ₅ - 0,5; SiO ₂ - 3,2;

Al ₂ O ₃ - 3,5; CaO - 0,35; MgO - 3,0; MnO - 0,45.

в песке содержится небольшое количество серы и оксидов хрома, фосфора, калия, и натрия, но в сумме это не больше 0,5 % и их принимать во внимание не будем. 445 принимаются следующие допущения.

1. в процессе осуществления способа реакции восстановления металлов из оксидов идут как завершенные, т.е. в полном соответствии со стехиометрическими уравнениями.

указанное допущение безусловно приемлемо для оксидов

450 железа, ванадия и кремния. полной гарантии в отношении оксида титана нет. но если иметь в виду, что реакции восстановления титана из оксидов происходят в условиях вращения металла и шлака на металлической подложке и что продукт реакции сразу может переходить из реакционной зоны в металлическую фазу, то такие

455 условия, по утверждению коротича в.и. [10, C.90], позволяют, с достаточной для инженерных целей точностью, вести расчет в полном соответствии со стехиометрическими уравнениями.

переходу продукта реакции из шлаковой фазы в металлическую способствует также и то, что при вращении возникают

460 центробежные силы, которые помогают освобождающемуся от кислорода и потяжелевшему продукту реакции перейти из шлаковой фазы в металлическую.

2. с целью получения титаносодержащей лигатуры в соответствии с гостом 4761-91, при восстановлении титана из

465 оксидов допускается применение увеличенного количества алюминия в пределах до 5 % его содержания в лигатуре.

3. ванадий из концентрата извлекается полностью, причем распределяется между безуглеродистым железом и титаносодержащей лигатурой поровну.

470 согласно представленной на фиг. 1 технологической схеме переработку концентрата следует вести порциями, состоящими из основной и дополнительной частей. масса дополнительной части зависит от принятой массы основной части. основная часть порции шихты вводится на вращающуюся металлическую подложку,

475 содержащую кремний, причем кремния в подложке должно быть такое количество, чтобы его хватило на восстановление железа из оксидов в основной части порции шихты.

допустим, что масса основной части 10 тонн. железа в 10 тоннах концентрата 5760 кг, и для того чтобы восстановить железо

480 из 3200 кг FeO и 4600 кг Fe ₂ Oз надо потратить 1950 кг кремния. если первую подложку подготовить из ферросилиция, то рекомендуется для этого взять ферросилиций марки фC65, в котором железа 1050 кг, а всего металлическая подложка должна иметь массу 3000 кг ферросилиция фC65.

485 в 10 тоннах концентрата содержится 1000 кг оксида титана и после восстановления алюминием будет получено 600 кг титана.

указанное количество титана будет потрачено на восстановление железа из оксидов в дополнительной части порции шихты. 600 кг титана восстановят железо в 2000 кг концентрата. из

490 этого следует, что порция концентрата должна иметь 12000 кг.

при переработке порции шихты по предлагаемому способу все оксиды металлов в шихте, кроме оксидов магния и кальция, восстанавливаются тремя восстановителями - кремнием, титаном и

алюминием. кремний и титан восстанавливают из порции шихты

495 железо, забирая кислород из оксидов железа, причем кремний восстанавливает железо из основной части порции шихты, а титан - железо из дополнительной части порции шихты. далее кислород, вместе с этими восстановителями, переходит в шлаковую фазу. после перевода железа в металлическую фазу весь кислород из

500 порции шихты оказывается в шлаковой фазе в соединении с металлами, которые в два приема восстанавливает алюминий. зная сколько кислорода в порции шихты, можно определить, сколько потребуется алюминия на восстановление металлов из оксидов.

в порции шихты массой 12 тонн в оксидах железа, кремния,

505 марганца, ванадия и титана в сумме имеется 3230 кг кислорода. чтобы этот кислород перевести в оксид алюминия (при восстановлении металлов из оксидов железа, титана, кремния, ванадия и марганца) потребуется израсходовать 3634 кг Al.

на восстановление металлов из оксидов алюминий вводится

510 дважды (см. фиг. 1). первый раз он восстанавливает металлы из оксидов основной части шихты, за исключением железа, и кремний из оксида кремния, который поступил в шлаковую фазу, после восстановления им железа из оксидов (FeO и Fe ₂ Cb) из основной порции шихты. всего за первую подачу расходуется 3030 кг Al. в

515 шлаковой фазе после расхода указанного количества алюминия будет добавка 5723 кг оксида алюминия, а всего (с учетом 350 кг Al ₂ Oз и 300 кг MgO, которые имелись в основной части порции шихт) оксидов в шлаке будет 6373 кг. температура плавления такого шлака будет более 2000 ⁰ C.

520 во время добавки в шлаковую фазу оксида алюминия в металлическую фазу добавляется железо, поскольку алюминий

вводится не в чистом виде, а в виде ферроалюминия, в котором железа 20 %.

чтобы иметь температуру плавления шлаковой фазы порядка

525 1800 ⁰ C, в шлаковую фазу следует ввести 1627 кг оксида кальция и тогда масса шлаковой фазы будет 8000 кг, в которой оксида кальция и оксида магния будет, соответственно, около 20 % и около 3 %. полученную шлаковую фазу методом шлакоотсоса следует полностью слить из плавильного агрегата. фактически слитая

530 шлаковая фаза представляет собой плавленый клинкер (пк), пригодный для получения из него цемента марок Bгц-1 и Bгц-2. при необходимости магний из оксида в шлаковой фазе может быть алюминием восстановлен и в газовой фазе из плавильной камеры 4 агрегата 1 удален. для выполнения операции по удалению из

535 шлаковой фазы оксида магния в плавильной камере создается необходимое разрежение (порядка 8 мм рт. ст.), позволяющее алюминием восстановить магний из оксида. если получаемый пар магния отвести в специальную камеру и там окислить, то будет получено 300 кг качественного переклаза.

540 второй раз алюминий вводится на восстановление металлов из оксидов после того, как восстановленный из основной части порции шихты титан восстановит железо из дополнительной части порции шихты, после чего в виде оксида титана сплавится с другими оксидами дополнительной части порции шихты. задача второй

545 порции алюминия, таким образом, заключается в том, чтобы восстановить титан из основной части порции шихты и восстановить титан, кремний, ванадий и марганец из оксидов дополнительной части порции шихты. вторая порция алюминия в данном случае должна иметь массу 604 кг. масса оксида алюминия из этого

550 количества алюминия в шлаковой фазе будет 1141 кг. добавка

оксида магния в шлаковую фазу составит 60 кг и оксида кальция 300 кг и тогда оксида кальция в шлаковой фазе будет не менее 20 %, а всего сливаемая сразу шлаковая фаза будет иметь массу 1500 кг. фактически это будет вторая порция пк, пригодная для переработки

555 на цемент марок Bгц-1 и Bгц-2.

восстановленное из основной части порции шихты безуглеродистое железо, с частью ванадия, представляющее собой первый товарный продукт, рекомендуется из плавильной камеры слить. оставшуюся часть металлической фазы (бж) далее будет

560 пополнена металлами, которые восстановит алюминий при первом его вводе в плавильную камеру агрегата, железом, который восстановит титан из дополнительной части порции шихты (1140 кг Fe) и железом, которое поступило в плавильную камеру агрегата с первой порцией алюминия (757 кг Fe). шлаковая фаза, после

565 восстановления железа титаном из дополнительной части порции шихты, будет иметь оксид титана, содержащийся в порции шихты (12 т), и оксиды кремния, магния, марганца и алюминия, которые содержались в дополнительной части порции шихты.

далее до 80 % металлической фазы, пополненной указанными

570 металлами, за счет создания в накопителе жидкого оборотного ферросилиция 3 необходимого разрежения, перекачивается в накопитель. сразу после этого в остаток металлической фазы следует ввести титан (720 кг), кремний (30 кг) и марганец (7 кг), которые будут восстановлены второй порцией алюминия, при этом в

575 металлическую фазу поступит 151 кг железа, а в шлаковую фазу должно поступить необходимое количество оксида кальция.

следующие операции: полный слив из плавильной камеры 4 агрегата 1 шлаковой фазы (порядка 1500 кг плавленого клинкера); полный слив из плавильной камеры 4 агрегата 1 металлической фазы

580 (порядка 1140 кг титаносодержащей лигатуры, в которой титана около 50 %, железа 34 %, кремния 16 %); сразу, после слива из плавильной камеры 4 агрегата 1 титаносодержащей лигатуры и перекрытия сливной летки 18, полный слив из накопителя 3 в плавильную камеру 4 оборотного ферросилиция (порядка 4290 кг, в

585 котором железа порядка 55% и кремния порядка 44 %).

слитый в плавильную камеру и приведенный во вращение оборотный ферросилиций является металлической подложкой, на которую можно будет подавать следующую основную часть порции шихты. в этой подложке может оказаться недостаточно кремния,

590 чтобы полностью восстановить железо из оксидов в основной части новой порции шихты, но недостача небольшая и может быть компенсирована подачей добавки ферросилиция, например, ферросилиция марки фC75 в накопитель 3.

следующий слив из плавильной камеры безуглеродистого

595 железа будет превышать массу железа, которая восстанавливается из основной части порции шихты. масса увеличенной части бж соответствует массе, которая поступает в плавильную камеру агрегата вместе с, порциями алюминия. увеличенная часть массы бж должна расходоваться на приготовление ферроалюминия, который

600 нужен для восстановления металлов из оксидов в порции шихты. это бж, таким образом, можно считать оборотным.

в приведенном примере показано что получается при переработке принятой порции шихты массой 12 т. переработка 1 т шихты по предлагаемому способу позволяет получить:

605 титаносодержащей лигатуры порядка 95 кг, в которой титана 60 кг, безуглеродистого железа порядка 570 кг и плавленого клинкера порядка 790 кг. алюминия при этом будет потрачено 303 кг.

в госте на ферроτитан для разных марок предусматривается возможное содержание алюминия 4 - 14 %. лишний алюминий

610 может быть введен со второй порцией подачи его на восстановление металлов из оксидов. в связи с этим расход алюминия на тонну перерабатываемой шихты около 310 кг.

реакции, при которых осуществляется восстановление металлов из оксидов, носят экзотермический характер, т.е. идут с выделением

615 тепла. при восстановлении металлов из оксидов одним кг кремния или алюминия выделяется до 4 квт-час энергии. при расходе кремния на восстановление железа около 2000 кг энергии выделяется до 8000 квт-час. этой энергии хватает на то, чтобы при регламентированной подаче основной части порции шихты в

620 плавильную камеру 4 плавильного агрегата 1 нагреть, расплавить и нагреть расплав до необходимой температуры порядка 1600 ⁰ C.

при последующем восстановлении металлов из оксидов расходуется 3634 кг алюминия, при этом выделяется порядка 15 тыс. квт-час энергии. на расплавление и нагрев до температуры 1800 ⁰ C

625 вводимого оксида кальция и нагрев металлической и шлаковой фаз до этой температуры, а также на компенсацию тепловых потерь в плавильной камере 4 агрегата 1 и в емкости 17 дополнительной камеры 2 расходуется порядка 8 тыс. квт-час. лишняя энергия отводится через охлаждаемые трубы 5 с водой или с получаемым в

630 трубах перегретым паром. нагретая вода может использоваться в системах отопления домов, а перегретый пар - для производства электроэнергии.

на предлагаемом устройстве может перерабатываться в год до 30 тыс. тонн концентрата, при этом возможная прибыль с каждой

635 тонны - до 10 тыс. руб.

на металлургическом объекте рекомендуется применять не одно устройство, а шесть, причем пять устройств использовать для переработки порций шихты из концентрата, а шестое - для приготовления ферроалюминия с 20% -ным содержанием железа.

640 шестое устройство целесообразно выполнить упрощенным - без накопителя оборотного ферросилиция. его назначение - производить ферроалюминий для всех остальных устройств на объекте и на продажу.

металлургический объект с пятью устройствами сможет

645 перерабатывать в год до 150 тыс. тонн титаномагнетитового концентрата, при этом получать безуглеродистое железо, например, для производства безникелевой нержавеющей металлопродукции, плавленый клинкер, например, для производства цемента марок Bгц-1 и Bгц-2 и ценную титаносодержащую лигатуру, в которой

650 содержание титана до 50 %.

при сооружении металлургического объекта с несколькими предлагаемыми устройствами, который подходит к категории мини- металлургического предприятия (ммп), сторонние инвестиции потребуются только для сооружения первого устройства для

655 переработки концентрата и одного устройства для изготовления ферроалюминия. остальные устройства в ммп можно будет сооружать за счет собственной прибыли.

технический результат предлагаемого способа и устройства заключается в следующем:

660 реализуется безотходная, энергосберегающая, экологически чистая технология с быстро окупаемым технологическим оборудованием.

обеспечивается увеличение извлечения ванадия в безутлеродистое железо (бж) и титаносодержащую лигатуру, т.к.

665 ванадий теряется только на стадии обогащения руды.

не допускается перевод оксида титана в промежуточный продукт, из которого он далее попадает в шлак, затем в продукт малой ценности, например, в щебень для дорожного покрытия, как это происходит в случае доменного производства. перевод титана в

670 ценную товарную продукцию позволяет применять в технологическом процессе сравнительно дорогой восстановитель металлов из оксидов - алюминий. большая ценовая разница титана и алюминия позволяет в несколько раз сократить окупаемость технологического оборудования.

675 реализуется прогрессивная технология жидкофазного восстановления металлов из оксидов в условиях вращения расплава электромагнитным полем, позволяющих при плавке, например: полезно использовать центробежный эффект; ускоренно расплавлять подаваемую на плавку шихту и восстанавливать в ней избирательно

680 металлы из оксидов, а также ускоренно растворять железо в алюминии при производстве ферроалюминия.

техпроцесс осуществляется почти без выделения газа из расплава, что значительно сокращает затраты средств на изготовление оборудования по удалению и очистке газа.

685 наличие в устройстве для осуществления способа накопителя оборотного ферросилиция упрощает процесс переработки шихты, сокращает время переработки каждой очередной порции шихты, позволяет исключить из состава технологического оборудования применение ковшей для слива в них оборотного ферросилиция и

690 применения средств, позволяющих выдерживать оборотный ферросилиций в жидком виде.

размещение под днищем накопителя оборотного ферросилиция индукционных единиц, которые по конструкции аналогичны индукционным единицам, размещаемым вокруг стенок и под

695 днищем агрегата 1, позволяет снизить расходы на изготовление и электропитание индукционных единиц.

источники информации:

1. заявка на выдачу патента российской федерации .Nb 700 2001114960.

2. патент российской федерации JNb 2276198.

3. патент российской федерации JV° 2207476.

4. патент российской федерации JVb 2165461.

5. филиппенков A.A., дерябин ю.A., смирнов л.а.эффективные 705 технологии легирования стали ванадием. екатеринбург: уро ран,

2001.

6. заявка выдачу патента российской федерации JVb 2005119819.

7. леонтьев л.и., ватолин H.A., шаврин св., шуманов н.с. пирометаллургическая переработка комплексных руд.м:

710 металлургия , 1997, табл. 3.

8. патент российской федерации .Nb 2207476.

9. заявка на выдачу патента российской федерации JVb 2006124678.

10. патент российской федерации N« 2250151.

11. коротич B.и., набойченко CC, сотников A.и., грачев св., 715 фурман E.л., ляшков в.б. начало металлургии. учебник для вузов.

екатеринбург. 2000.