RU2118670C1

RU2118670C1 - Method of smelting silicon-vanadium alloy

Info

Publication number: RU2118670C1
Application number: RU96113537A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Серегин; Ю.В. Ажикина; В.Н. Рудин; И.А. Елизаров
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "ОСТИМ"
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: alloy production. SUBSTANCE: method consists in loading charge containing coke and silicon-vanadium component in smelting assembly and smelting charge. As silicon-vanadium component, exhausted vanadium catalyst from sulfuric acid production is used, which is loaded in amount sufficient to provide ratio of coke to exhausted vanadium catalyst to be (0.25-0.65):1. Exhausted vanadium catalyst can be preliminarily thermally treated to adjust its sulfur level to be as high as 1.5%. Charge can be advantageously supplemented with quartzite and/or iron- containing component in amount 0.1-0.3 weight of exhausted vanadium catalyst. EFFECT: reduced cost due to utilizing production waste. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения кремнийванадийсодержащего сплава, используемого для получения чугунов и сплавов. The invention relates to methods for producing a silicon-vanadium-containing alloy used to produce cast irons and alloys.

Известен способ получения ванадийсодержащих сплавов, по которому ванадийсодержащий шлак расплавляют вместе с кварцем, флюсом и углеродистым восстановителем (например, древесные стружки, кокс, уголь) в печи с закрытой электрической дугой; при этом получают кремнийванадийсодержащий сплав с 25-60% (преимущественно 35% кремния). На второй стадии этот сплав рафинируют при помощи окиси ванадия или ванадиевыми шлаками и известью с получением сплава, содержащего менее 20% кремния. Продукт загрязнен примесями, технология - достаточно трудоемкая (двухстадийность)./Р. Дуррер, Г. Фолькерт. Металлургия ферросплавов., М., "Металлургия", 1976/. A known method for producing vanadium-containing alloys, in which vanadium-containing slag is melted together with quartz, flux and a carbon reducing agent (for example, wood shavings, coke, coal) in a furnace with a closed electric arc; this gives a silicon-vanadium-containing alloy with 25-60% (mainly 35% silicon). In the second stage, this alloy is refined using vanadium oxide or vanadium slag and lime to obtain an alloy containing less than 20% silicon. The product is contaminated with impurities, the technology is quite time-consuming (two-stage) ./ P. Durrer, G. Volkert. Metallurgy of ferroalloys., M., "Metallurgy", 1976 /.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ выплавки кремнийванадиевого сплава, по которому шихту, состоящую из кварцита, кокса и ванадиевого конвертерного шлака плавили в непрерывном процессе с периодическим выпуском металла в течение 1,5 ч. Конвекторный шлак имел следующий состав: (мас. доля) V₂O₅ - 16,3 - 16,5; SiO₂ - 15,5 - 19,5; Fe_общ - 35-37,3; MnO - 8,3 -8,7; Cr₂O₃ - 2,3 - 2,6; TiO₂ - 8,7 - 8,9. Соотношение в шихте - кокс: V₂O₅:SiO₂= 0,7 : 0,2 : 1 соответственно /Г.И.Сальников, Ю.П.Канаев, С.В.Лукин. В.И. Жучков, Ф. С.Раковский, В.Ю.Демин. Получение силикованадия в промышленной рудовосстановительной электропечи. Журнал "Сталь", 1985, N 10, с. 45-47/.Closest to the described technical essence and the achieved result is another known method for smelting a silicon-vanadium alloy, in which a mixture consisting of quartzite, coke and vanadium converter slag was melted in a continuous process with batch metal release for 1.5 hours. Convector slag had the following composition: (mass fraction) V ₂ O ₅ - 16.3 - 16.5; SiO ₂ - 15.5 - 19.5; Fe _total - 35-37.3; MnO - 8.3-8.7; Cr ₂ O ₃ - 2.3 - 2.6; TiO ₂ - 8.7 - 8.9. The ratio in the charge is coke: V ₂ O ₅ : SiO ₂ = 0.7: 0.2: 1, respectively / G.I. Salnikov, Yu.P. Kanaev, S.V. Lukin. IN AND. Zhuchkov, F.S. Rakovsky, V.Yu. Demin. Obtaining silica vanadium in an industrial ore reduction furnace. The magazine "Steel", 1985, N 10, p. 45-47 /.

Среднее содержание отдельных компонентов в полученном продукте составляло (мас. доля %) 36,8 Si; 7,5 V; 4,6 Mn; 3,3 Ti; 1,3 C; 0,039 S; 0,05 P, остальное - железо. The average content of individual components in the resulting product was (wt.%)% 36.8 Si; 7.5 V; 4.6 Mn; 3.3 Ti; 1.3 C; 0.039 S; 0.05 P, the rest is iron.

Недостатком способа является то, что по данной технологии получают продукт, загрязненный примесями и имеющий низкое содержание кремния (менее 40%), что резко снижает сферу его применения. Кроме того, процесс не удается провести в непрерывном режиме, нарушается режим работы печи. The disadvantage of this method is that this technology produces a product contaminated with impurities and having a low silicon content (less than 40%), which sharply reduces the scope of its application. In addition, the process cannot be carried out in a continuous mode, the operating mode of the furnace is violated.

Нами была поставлена задача получить сплав, обладающий повышенной активностью по кремнию (содержание Si≥70%), который может применяться не только для легирования сталей, но и как восстановитель при производстве феррованадия и других ванадиевых сплавов (силикокальций с ванадием). We set the task to obtain an alloy with increased silicon activity (Si content ≥70%), which can be used not only for alloying steels, but also as a reducing agent in the production of ferrovanadium and other vanadium alloys (silicocalcium with vanadium).

Задача решена тем, что проплавляют шихту, содержащую кокс и компонент, в качестве которого используют отработанный ванадиевый катализатор сернокислотного производства одновременно содержащий окись ванадия и окись кремния и не содержащий примесей. Катализатор вводят в количестве, необходимом д о получения в шихте соотношения кокс: отработанный ванадиевый катализатор (ОВК) равного (0,25 - 0,65):1. The problem is solved in that they melt a mixture containing coke and a component, which is used as a spent vanadium catalyst for sulfuric acid production simultaneously containing vanadium oxide and silicon oxide and not containing impurities. The catalyst is introduced in an amount necessary to obtain in the mixture the ratio of coke: spent vanadium catalyst (HVAC) equal to (0.25 - 0.65): 1.

Целесообразно перед внесением в шихту ОВК провести термическую его обработку до содержания в нем серы не более 1,5%. It is advisable to introduce heat treatment to the HVAC charge before the sulfur content in it is not more than 1.5%.

Возможно в шихту дополнительно вводить кварцит и/или железосодержащий компонент. It is possible to additionally introduce quartzite and / or an iron-containing component into the charge.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

Добавляемый отработанный ванадиевый катализатор содержит:
V₂O₅ - 3-9%; SiO₂ - 40-70%; S - 10-35%; K₂O , Na₂O - 10 - 13%. При смешении с коксом и проплавки шихты идет процесс восстановления SiO₂+2C=Si+2CO,
V₂O₅+5C=2V+5CO.The added spent vanadium catalyst contains:
V ₂ O ₅ - 3-9%; SiO ₂ - 40-70%; S - 10-35%; K ₂ O, Na ₂ O - 10 - 13%. When mixed with coke and melting the mixture, the reduction process of SiO ₂ + 2C = Si + 2CO,
V ₂ O ₅ + 5C = 2V + 5CO.

За счет того, что в отработанном катализаторе SiO₂ находится в активной форме, процесс восстановления проходит с более высокой скоростью и более полно, что позволяет получить в готовом сплаве содержание кремния выше 70%, сплав не содержит примесей T, Mn, Cr. Такой сплав имеет широкую сферу применения. Кроме того, отработанный катализатор содержит щелочи K₂O и Na₂O, которые активируют углеродистый восстановитель, что значительно ускоряет процесс восстановления. Высокое содержание кремния резко снижает содержание серы в сплаве.Due to the fact that SiO ₂ is in active form in the spent catalyst, the reduction process proceeds at a higher speed and is more complete, which allows to obtain a silicon content in the finished alloy above 70%, the alloy does not contain impurities T, Mn, Cr. Such an alloy has a wide scope. In addition, the spent catalyst contains alkalis K ₂ O and Na ₂ O, which activate the carbon reducing agent, which significantly accelerates the recovery process. High silicon content dramatically reduces the sulfur content in the alloy.

Однако количество кокса и отработанного ванадиевого катализатора должно быть строго регламентировано. Снижение количества кокса менее 0,25 мас. ч. на 1 часть ОВК приводит к тому, что процесс восстановления полностью не проходит, SiO₂ остается в шлаке, что ведет к нарушению режима работы печи. Требуется остановка печи и нарушается непрерывность процесса. Увеличение доли кокса более 0,65 частей на 1 часть ОВК приводит к тому, что избыточный кокс на выходе из печи спекается и попадает в готовый продукт. В результате выпускается брак.However, the amount of coke and spent vanadium catalyst should be strictly regulated. The decrease in the amount of coke less than 0.25 wt. including 1 part of the HVAC leads to the fact that the recovery process does not completely pass, SiO ₂ remains in the slag, which leads to a violation of the operating mode of the furnace. A furnace shutdown is required and the process is disrupted. An increase in the coke fraction of more than 0.65 parts per 1 part of HVAC leads to the fact that excess coke sintering at the outlet of the furnace and ends up in the finished product. The result is a marriage.

В связи с тем, что обработанный катализатор содержит довольно большое количество серы целесообразно предварительно провести его термообработку с целью удаления из него избыточного количества серы, т.к. она связывает кремний, образуя летучие продукты, например SiS и SiS₂. При этом происходит потеря кремния и вынос серы с отходящими газами, что ухудшает экологию. Термообработанный катализатор содержит: V₂O₅ - 6-13%; SiO₂- 45-75%; S - 0,1-1,5%; K₂O и Na₂О - 8-18%.Due to the fact that the treated catalyst contains a rather large amount of sulfur, it is advisable to pre-heat it in order to remove excess sulfur from it, because it binds silicon, forming volatile products, such as SiS and SiS ₂ . In this case, there is a loss of silicon and removal of sulfur with exhaust gases, which affects the environment. The heat-treated catalyst contains: V ₂ O ₅ - 6-13%; SiO ₂ - 45-75%; S - 0.1-1.5%; K ₂ O and Na ₂ O - 8-18%.

Возможно в шихту для плавки дополнительно вводит кварцит и/или железосодержащий компонент (например, железную стружку). Количество вводимого кварцита преимущественно составляет 0,05 - 0,3 мас. доли от массы ОВК. Количество железосодержащего компонента определяется необходимым содержанием его в готовом продукте. Кварцит вводится для разрыхления колошника. При введении его менее 0,05 мас.ч. разрыхления не происходит, а увеличение его более 0,3 мас.ч. снижает в сплаве содержание ванадия. It is possible that quartzite and / or an iron-containing component (for example, iron shavings) is additionally introduced into the charge for melting. The amount of input quartzite is preferably 0.05 to 0.3 wt. fractions of the mass of HVAC. The amount of iron-containing component is determined by its necessary content in the finished product. Quartzite is introduced to loosen the top. With the introduction of less than 0.05 wt.h. loosening does not occur, and an increase of more than 0.3 parts by weight reduces vanadium content in the alloy.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

В руднотермическую шахтную электропечь загружают кокс и отработанный ванадиевый катализатор (не термообработанный или предварительно термообработанный) при необходимости добавляют кварцит и/или желесодержащий компонент и проплавляют при температуре 1200- 1600^oC. Плавку ведут до накопления определенного количества сплава. Это количество зависит от параметров печи, в которой ведут плавку. Сплав имеет следующий состав: кремний - 72,5 -75% мас. ; ванадий - 8,9 - 14,0; марганец - 0,1; углерод - 0,1; сера - 0,088 - 0,01; фосфор - 0,008 - 0,01; железо - остальное.Coke and spent vanadium catalyst (not heat-treated or pre-heat-treated) are loaded into an ore-thermal mine electric furnace, if necessary, quartzite and / or a iron-containing component are added and melted at a temperature of 1200-160 ^° C. Melting is carried out until a certain amount of alloy is accumulated. This amount depends on the parameters of the furnace in which they are melting. The alloy has the following composition: silicon - 72.5 -75% wt. ; vanadium - 8.9 - 14.0; manganese - 0.1; carbon - 0.1; sulfur - 0.088 - 0.01; phosphorus - 0.008 - 0.01; iron is the rest.

Результаты проведенных опытов сведены в представленную ниже таблицу. The results of the experiments are summarized in the table below.

Использование предложенного способа позволит получить кремнийванадийсодержащий сплав с любым необходимым содержанием кремния (вплоть до 75%), что расширяет сферу его применения. Процесс технологичен, проводится в непрерывном режиме. Кроме того, использование отхода производства - отработанного ванадиевого катализатора - удешевляет производство и улучшает экологию. Using the proposed method will allow to obtain a silicon-vanadium-containing alloy with any necessary silicon content (up to 75%), which expands the scope of its application. The process is technological, carried out continuously. In addition, the use of production waste - spent vanadium catalyst - reduces the cost of production and improves the environment.

Claims

1. A method of smelting a silicon-vanadium alloy, comprising loading a charge containing coke and a silicon-vanadium-containing component into a melting unit and thermally melting it, characterized in that the spent vanadium sulfuric acid catalyst is used as the silicon-vanadium-containing component, which is loaded in an amount that provides a coke ratio in the charge and spent vanadium catalyst, equal to 0.25 - 0.65: 1, respectively.

2. The method according to claim 1, characterized in that the spent vanadium catalyst is pre-treated with heat to a sulfur content of not more than 1.5%.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the quartzite and / or iron-containing component is additionally loaded into the melting unit in an amount of 0.1 - 0.3 by weight of the spent vanadium catalyst.