RU2228967C2 - Method of production of titanium-containing master alloy - Google Patents
Method of production of titanium-containing master alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2228967C2 RU2228967C2 RU2002102084/02A RU2002102084A RU2228967C2 RU 2228967 C2 RU2228967 C2 RU 2228967C2 RU 2002102084/02 A RU2002102084/02 A RU 2002102084/02A RU 2002102084 A RU2002102084 A RU 2002102084A RU 2228967 C2 RU2228967 C2 RU 2228967C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- slag
- iron
- silicon
- oxides
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 55
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 85
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 55
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 12
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims description 19
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 16
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 8
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000006071 cream Substances 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 27
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 10
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 5
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000010409 ironing Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- YPFNIPKMNMDDDB-UHFFFAOYSA-K 2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(2-hydroxyethyl)amino]acetate;iron(3+) Chemical compound [Fe+3].OCCN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O YPFNIPKMNMDDDB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству лигатуры, содержащей в основном титан, кремний и железо. В лигатуре может быть также небольшое количество других полезных металлов, восстанавливаемых из оксидов шихты вместе с основными составляющими лигатуры.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of ligatures, containing mainly titanium, silicon and iron. In the ligature, there may also be a small amount of other useful metals recovered from the oxides of the charge along with the main components of the ligature.
В ильменитовых концентратах высокое содержание оксида титана. Например, в ильменитовом концентрате Медведевского месторождения титаномагнетитов оксида титана от 40 до 45% [1, стр. 159, табл. 33]. Оксидов железа в этих концентратах 47-50%, на остальные оксиды приходиться менее 10%.In ilmenite concentrates, a high content of titanium oxide. For example, in the ilmenite concentrate of the Medvedevsky deposit of titanomagnetites of titanium oxide from 40 to 45% [1, p. 159, tab. 33]. Iron oxides in these concentrates are 47-50%, the remaining oxides account for less than 10%.
Известны разные варианты технологий производства металлического чернового титана из ильменитового концентрата, включающие электролитическое восстановление, восстановление в плазме, карботермическое восстановление [2, стр. 258, рис. 2]. Чтобы по какому-либо варианту технологии произвести металлический титан, необходимо из ильменитового концентрата произвести титанистый шлак, а когда будет получен черновой титан, его, как правило, направляют на электролитическое рафинирование или, после хлорирования, на производство губчатого титана. Из губчатого титана в вакуумно-дуговых печах или гарниссажных печах производят чистый товарный титан, пригодный для получения из него разной товарной продукции, в том числе продукции черной металлургии, например, разных коррозионно-стойких, кислотостойких и жаропрочных сталей.Various options are known for the production of metallic crude titanium from ilmenite concentrate, including electrolytic reduction, plasma reduction, carbothermic reduction [2, p. 258, Fig. 2]. In order to produce metallic titanium according to any technology variant, titanic slag must be produced from ilmenite concentrate, and when rough titanium is obtained, it is usually sent to electrolytic refining or, after chlorination, to production of sponge titanium. Sponge titanium in vacuum arc furnaces or skull furnaces produces pure marketable titanium suitable for obtaining various commercial products from it, including ferrous metallurgy products, for example, various corrosion-resistant, acid-resistant and heat-resistant steels.
Известна бескоксовая технология комплексной переработки руды, по которой полученный после обогащения ильменитовый концентрат окомковывают и ожелезняют или агломерируют, а далее в электрорудотермической печи получают сначала стальной полупродукт, затем легированную сталь, а также титановый шлак, пригодный для производства из него или титановой губки (после хлорирования) или оксида титана для пигмента (после сернокислотного разложения) [1, стр. 160, рис. 44].Known is the coke-free technology of complex ore processing, according to which the ilmenite concentrate obtained after processing is pelletized and ironized or agglomerated, and then in the electrorudothermic furnace, first a steel intermediate is obtained, then alloyed steel, as well as a titanium slag suitable for production from it or a titanium sponge (after chlorination ) or titanium oxide for the pigment (after sulfuric acid decomposition) [1, p. 160, Fig. 44].
Указанные выше технологии многоступенчаты и задалживают большое количество дорогостоящего технологического оборудования.The above technologies are multi-stage and cover a large number of expensive technological equipment.
Известна технология производства из ильменитового концентрата ферротитана [3, стр. 584-585; 4, стр. 605-618], пригодного для раскисления и легирования стали, в том числе кислотостойкой, коррозионно-стойкой и жаропрочной. Ферротитан получают при алюмотермическом внепечном восстановлении оксидов шихты, включающей ильменитовый концентрат, порошок алюминия, железную руду, ферросилиций и мелкую известь. Производится по сути дела титаносодержащая лигатура с содержанием титана 25-28%.The known production technology of ilmenite ferrotitanium concentrate [3, p. 584-585; 4, pp. 605-618], suitable for deoxidation and alloying of steel, including acid-resistant, corrosion-resistant and heat-resistant. Ferrotitanium is obtained by aluminothermic out-of-furnace reduction of charge oxides, including ilmenite concentrate, aluminum powder, iron ore, ferrosilicon and fine lime. Essentially, a titanium-containing ligature is produced with a titanium content of 25-28%.
Алюмотермический процесс производства ферротитана не требует подвода тепла извне и проводится не в электропечи, а в специальном запальном горне. В этом его преимущество. Недостаток - небольшая производительность, если процесс производства ферротитана по какой-либо причине затягивается, то это ведет к низкому извлечению титана и к потере сплава в виде корольков, которые запутываются в шлаке.The aluminothermic process for the production of ferrotitanium does not require external heat supply and is carried out not in an electric furnace, but in a special ignition furnace. This is his advantage. The disadvantage is low productivity, if the production process of ferrotitanium is delayed for any reason, this leads to a low extraction of titanium and to the loss of the alloy in the form of kings, which become entangled in the slag.
Из уровня техники известна также принимаемая за прототип технология жидкофазного восстановления оксидов из шихты, пригодная для восстановления оксидов из ильменитовых концентратов, включающая плавку шихты в плавильной камере агрегата на вращающемся металлическом расплаве, восстановление металлов из части оксидов шихты, сплавление восстановленных металлов с вращающимся металлическим расплавом, удаление вновь образованного металлического расплава, удаление шлака [5].The prior art also knows the technology of liquid-phase reduction of oxides from a charge, suitable for reducing oxides from ilmenite concentrates, including melting a charge in a melting chamber of an aggregate on a rotating metal melt, recovering metals from a portion of a charge oxide, alloying reduced metals with a rotating metal melt, removal of the newly formed metal melt, removal of slag [5].
В качестве металлического расплава в прототипе рекомендуется применять чугун, а в качестве восстановителя - углерод, причем углерод на восстановление рекомендуется брать из чугуна.It is recommended that cast iron be used as a metal melt in the prototype, and carbon is used as a reducing agent, and carbon is recommended for reduction from cast iron.
Следует отметить следующие недостатки технологии (способа) по прототипу. Восстановление оксидов из шлаковой фазы осуществляется углеродом, которое, как широко известно, проходит при большом затрате тепла и выделении большого количества газа, уносящего значительное количество физического и химического тепла.It should be noted the following disadvantages of the technology (method) of the prototype. The reduction of oxides from the slag phase is carried out by carbon, which, as is widely known, passes with a large expenditure of heat and the release of a large amount of gas, which carries away a significant amount of physical and chemical heat.
Поскольку техпроцесс по прототипу осуществляется с выделением большого количества газа, то к агрегату для осуществления способа должно присоединяться громоздкое газоотводящее и пылеулавливающее технологическое оборудование, причем это оборудование еще более усложняется, если в шлаке потребуется восстанавливать оксид магния.Since the technical process of the prototype is carried out with the release of a large amount of gas, cumbersome gas removal and dust collection equipment must be connected to the unit for the implementation of the method, and this equipment is even more complicated if magnesium oxide is to be reduced in the slag.
Новизна предлагаемого способа заключается в том, что в качестве шихты используют ильменитовый концентрат, в качестве металлического расплава - титаносодержащую лигатуру, после расплавления ильменитового концентрата из расплава кремнием восстанавливают железо из оксидов, причем часть оксидов железа восстанавливают кремнием и титаном лигатуры, большую часть полученного расплава железа, в условиях вращения, сливают из плавильного агрегата, в образованном первичном шлаке алюминием восстанавливают оксиды титана, кремния, железа, не восстановленные кремнием, а также другие оксиды металлов, у которых свободная энергия образования меньше, чем у оксида алюминия, при этом в шлаковую фазу подают оксид кальция в количестве, достаточном для получения вторичного жидкоподвижного шлака, при этом из плавильного агрегата сливают большую часть полученной титаносодержащей лигатуры, после чего полностью сливают вторичный шлак, а на остатках лигатуры возобновляют плавку шихты.The novelty of the proposed method lies in the fact that ilmenite concentrate is used as a charge, a titanium-containing ligature is used as a metal melt, iron is reduced from oxides after melting an ilmenite concentrate from a melt, and part of the iron oxides is reduced by silicon and titanium ligatures, most of the obtained iron melt , under rotation conditions, it is poured from the smelting unit, in the primary slag formed by aluminum, the oxides of titanium, silicon, iron are reduced, silicon-renewed, as well as other metal oxides in which the free formation energy is lower than that of aluminum oxide, while calcium oxide is fed into the slag phase in an amount sufficient to obtain a secondary liquid-slag, most of the obtained titanium-containing ligature is poured from the melting unit , after which the secondary slag is completely drained, and on the remnants of the ligature resume smelting of the mixture.
Восстановление оксидов железа рекомендуется осуществлять кремнием, который содержится в ферросилиции.The reduction of iron oxides is recommended to be carried out with silicon, which is contained in ferrosilicon.
Из плавильной камеры рекомендуется сливать железо и лигатуру в количестве 70-90% от имеющегося количества в плавильной камере.It is recommended to drain iron and ligature from the melting chamber in an amount of 70-90% of the available amount in the melting chamber.
В плавильном агрегате рекомендуется вторичному шлаку обеспечивать температуру в пределах 1600-1800°С и соответственно заданной температуре шлака, по условиям стойкости огнеупоров, во вторичном шлаке обеспечивать содержание оксида кальция в шлаке в пределах 20-30%.In the melting unit, it is recommended that the secondary slag provide a temperature in the range of 1600-1800 ° C and, accordingly, the specified temperature of the slag, according to the resistance conditions of refractories, in the secondary slag, the content of calcium oxide in the slag should be within 20-30%.
Ильменит по способу предлагается перерабатывать на титаносодержащую лигатуру без предварительного ожелезнения и, следовательно, исключать затраты как на создание технологического оборудования для ожелезнения, так и на само ожелезнение.Ilmenite by the method is proposed to be processed into a titanium-containing ligature without prior ironization and, therefore, to exclude the costs of both creating technological equipment for ironing and ironing itself.
При ожелезнении оксиды железа восстанавливают углеродистым восстановителем и идут, как известно, эндотермические реакции и требуется большой расход энергии.During ironization, iron oxides are reduced with a carbonaceous reducing agent and, as is known, endothermic reactions take place and a large expenditure of energy is required.
При восстановлении оксидов кремнием и алюминием наоборот идут экзотермические реакции, выделяющие тепло. Если в результате восстановления оксидов потребуется значительное количество кремния и алюминия, то тепла может выделиться столько, что его хватит и на нагрев шихты до расплавления, и на плавку, и на нагрев расплава до необходимой температуры, при которой могут происходить восстановительные реакции между оксидами и кремнием или алюминием.When oxides are reduced by silicon and aluminum, on the contrary, exothermic reactions occur that produce heat. If a significant amount of silicon and aluminum is required as a result of the reduction of the oxides, then so much heat can be released that it is enough to heat the mixture before melting, and to melt, and to heat the melt to the required temperature at which reduction reactions between oxides and silicon can occur or aluminum.
Рекомендация сначала восстанавливать оксиды железа в расплаве ильменита кремнием, а затем другие оксиды алюминием не приводит к снижению расхода Аl на восстановление оксидов ильменита, т.к. алюминию на второй стадии восстановления оксидов приходится забирать тот кислород, который кремний забрал при восстановлении оксидов железа на первой стадии восстановления, при этом алюминий будет восстанавливать кремний из дополнительно образованного оксида. Однако преимущество такого приема в том, что, во-первых, это позволяет удалять из плавильной камеры железо, в котором будет незначительное количество других металлов, которые имеются в ильмените, но будет сосредоточен почти весь ванадий, который, как известно, восстанавливается из оксида и следует за железом при восстановлении оксида железа, а, во-вторых, удалять из плавильной камеры титаносодержащую лигатуру, в которой будет сравнительно мало железа, много титана, кремния и мало ванадия. Ценность железа возрастает из-за наличия в нем ванадия. Ценность лигатуры также возрастает, т.к. в лигатуре, будет повышенное содержание титана и кремния.The recommendation is first to reduce iron oxides in the ilmenite melt with silicon, and then other aluminum oxides does not reduce the consumption of Al for the reduction of ilmenite oxides, since aluminum in the second stage of oxide reduction has to take the oxygen that silicon took during the reduction of iron oxides in the first stage of reduction, while aluminum will restore silicon from the additionally formed oxide. However, the advantage of this technique is that, firstly, it allows iron to be removed from the melting chamber, in which there will be a small amount of other metals that are in ilmenite, but almost all vanadium, which is known to be reduced from oxide, will be concentrated follows iron during reduction of iron oxide, and, secondly, remove titanium-containing ligature from the melting chamber, in which there will be relatively little iron, a lot of titanium, silicon and a little vanadium. The value of iron increases due to the presence of vanadium in it. The value of the ligature also increases, because in the ligature, there will be a high content of titanium and silicon.
Рекомендация восстанавливать оксиды железа кремнием ферросилиция, например, кремнием ферросилиция ФС75, экономически выгодна, т.к. стоимость кремния в ферросилиции значительно ниже стоимости чистого кремния. Тонна чистого кремния стоит 1000-1100 долл., тонна кремния в ФС75 стоит примерно 700 долл. Ввод холодного ФС75 в расплав не понижает температуру расплава.The recommendation to reduce iron oxides with silicon ferrosilicon, for example, silicon ferrosilicon FS75, is economically advantageous, because the cost of silicon in ferrosilicon is much lower than the cost of pure silicon. A ton of pure silicon costs $ 1000-1100, a ton of silicon in FS75 costs about $ 700. Putting cold FS75 into the melt does not lower the temperature of the melt.
Безусловно, если восстанавливать оксиды железной руды кремнием или алюминием, то стоимость получаемого железа не оправдает затраты на кремний или алюминий. Но если после ожелезнения руды в продукте останется, например, 10-20% оксидов железа, то расход кремния или алюминия на восстановление остатков оксидов железа будет сравнительно небольшим и с экономической точки зрения оправданным. Если же кремний и алюминий восстанавливают металл из оксида, который дороже алюминия и кремния, то такое восстановление с экономической точки зрения оправдывается. Концентрат ильменита содержит в составе примерно одинаковое количество оксида титана и оксидов железа и, т.к. титан дороже Аl, тем более Si, в 2,5-3 раза, то восстановление оксидов концентрата ильменита Аl или Si становиться экономически целесообразным. Если учесть, что при этом идут экзотермические реакции, т.е. с выделением тепла, то экономика становиться еще более эффективной. Большая экономия средств получается и на том, что задалживается на много меньшая масса технологического оборудования. Затраты на оборудование при реализации способа (по примерному расчету) окупаются менее, чем за год, тогда как при других способах переработки ильменитовых концентратов затраты окупаются в течение 5-8 лет [1, стр. 164, табл. 37].Of course, if you restore iron ore oxides with silicon or aluminum, the cost of the resulting iron will not justify the cost of silicon or aluminum. But if, after iron ore, in the product, for example, 10-20% of iron oxides remain, then the consumption of silicon or aluminum for the reduction of iron oxide residues will be relatively small and economically justified. If silicon and aluminum reduce a metal from an oxide that is more expensive than aluminum and silicon, then such a reduction is economically justified. The ilmenite concentrate contains approximately the same amount of titanium oxide and iron oxides and, since since titanium is more expensive than Al, especially Si, 2.5-3 times, then the reduction of oxides of ilmenite concentrate Al or Si becomes economically feasible. If we take into account that in this case exothermic reactions occur, i.e. with heat, the economy becomes even more efficient. Greater cost savings are obtained on the fact that a much smaller mass of technological equipment is repaid. The cost of equipment during the implementation of the method (according to an approximate calculation) pays off in less than a year, while with other methods of processing ilmenite concentrates, the cost pays off within 5-8 years [1, p. 164, table. 37].
Согласно формулы изобретения кремнием рекомендуется восстанавливать оксиды железа из расплава вновь подаваемой на плавку порции концентрата ильменита и вводить это железо в остаток лигатуры, содержащей кремний и титан. Но кремний и титан лигатуры также могут участвовать в восстановлении железа из оксида новой порции ильменита, освобождая при этом остаток лигатуры от кремния и титана. В результате первый металлический слив из плавильной камеры агрегата будет представлять собой в основном железо с небольшими примесями ванадия, марганца, кремния, титана и др.According to the claims, silicon is recommended to reduce iron oxides from the melt of a portion of ilmenite concentrate newly fed to the smelting and to introduce this iron into the remainder of the ligature containing silicon and titanium. But silicon and titanium ligatures can also participate in the reduction of iron from the oxide of a new portion of ilmenite, while freeing the remainder of the ligature from silicon and titanium. As a result, the first metal drain from the melting chamber of the unit will be mainly iron with small impurities of vanadium, manganese, silicon, titanium, etc.
Когда, после слива (в основном железа) наступает очередь восстановления металлов из оксидов алюминием, оксидов железа в шлаке будет мало. Восстанавливаться будет в основном оксиды титана, кремния, остатки железа. В результате будет получена титаносодержащая лигатура, в которой титана будет не 23-28%, а значительно больше, например, более 50%.When, after discharge (mainly iron), it is the turn of metals to recover from oxides of aluminum, there will be little iron oxides in the slag. Mostly oxides of titanium, silicon, and iron residues will be restored. As a result, a titanium-containing ligature will be obtained in which titanium will not be 23-28%, but much more, for example, more than 50%.
Немаловажен тот факт, что большинство восстановительных реакций в предлагаемом способе идут без образования газовой фазы, что резко снижает затраты на газоотводящее технологическое оборудование и позволяет создавать в плавильной камере, в случае необходимости инертную атмосферу, предотвращающую, например, нежелательное окисление Аl при его вводе на восстановительные операции и др.It is also important that most of the reduction reactions in the proposed method proceed without the formation of a gas phase, which drastically reduces the cost of exhaust gas processing equipment and allows you to create an inert atmosphere in the melting chamber, if necessary, which prevents, for example, undesired oxidation of Al when it is introduced into the reduction operations, etc.
Оксид кальция необходимо вводить во вторичный шлак в указанном количестве потому, что иначе он будет содержать в основном оксид алюминия, а его температура плавления слишком высокая (2050°С). При добавке во вторичный шлак 20-30% СаО температура плавления шлака будет в пределах 1600-1800°С. Шлак будет иметь достаточную жидкоподвижность и его в жидком виде можно будет свободно удалять из плавильной камеры агрегата. Возможные небольшие добавки других оксидов во вторичном шлаке будут способствовать снижению температуры плавления вторичного шлака. Современные огнеупорные материалы при температурах 1600-1800°С работают вполне удовлетворительно.Calcium oxide must be introduced into the secondary slag in the specified amount because otherwise it will mainly contain aluminum oxide, and its melting point is too high (2050 ° C). When 20-30% CaO is added to the secondary slag, the melting temperature of the slag will be in the range of 1600-1800 ° C. The slag will have sufficient liquid mobility and it can be freely removed from the melting chamber of the unit in liquid form. Possible small additives of other oxides in the secondary slag will help to reduce the melting temperature of the secondary slag. Modern refractory materials at temperatures of 1600-1800 ° C work quite satisfactorily.
Следует заметить, что шлак, в котором оксида алюминия составляет 70-80%, а оксид кальция - 20-30%, представляет собой плавленый клинкер, из которого получают высокоглиноземистый цемент марки ВГЦ-1. (Саратовский цементный завод в 2001 году цемент марки ВГЦ-1 продавал по 24000 руб. за тонну).It should be noted that the slag, in which alumina is 70-80%, and calcium oxide is 20-30%, is a fused clinker, from which high-alumina cement grade VGTs-1 is obtained. (The Saratov cement plant in 2001 sold VGTs-1 cement at 24,000 rubles per ton).
Рекомендация полностью не сливать железо и лигатуру из камеры плавильного агрегата, а оставлять 20-30% необходима потому, что по предлагаемому способу процесс плавки очередной порции концентрата ильменита и другие процессы ведутся в условиях вращения расплава, это вращение обеспечивается за счет применения в разработанном специальном плавильном агрегате [6] МГД-техники (магнитогидродинамической техники). В этом агрегате имеется тигельная часть, практически представляющая собой тигельную индукционную печь. В тигельной индукционной печи, как известно, нагрев шихты ведется за счет наведения в металлической части шихты индукционных токов. Поскольку при сливе в плавильной камере агрегата остается 20-30% металлического расплава (железа или лигатуры) становиться возможным эти остатки перегревать индукционным током до допустимой в агрегате температуры и далее в перегретый расплав постепенно подавать следующую порцию концентрата ильменита и, как только какая-то часть ильменита расплавится и подогреется, в нем становится возможным восстановление оксида железа кремнием и титаном, которые присутствуют в остатках лигатуры. С этого момента тепло на расплав ильменитового концентрата начинает поступать как за счет энергии тигельной части плавильного агрегата, так и за счет экзотермических реакций. Т.к. кремния и титана в лигатуре будет недостаточно, чтобы полностью восстановить оксиды железа в подаваемой порции концентрата ильменита, то с определенного момента в расплав следует подавать или кремний или ферросилиций. При восстановлении оксида железа из концентрата ильменита не нужна высокая температура расплава. Достаточно иметь температуру расплава не больше 1550°С. Желательно, чтобы восстанавливались только оксиды железа. Но, когда железо будет слито, и наступит очередь алюминием восстанавливать другие, более трудновосстанавливаемые оксиды, температура расплава должна увеличиваться, вплоть для температуры 1700-1800°С. Это повышение в основном будет осуществляться за счет экзотермических реакций. Участие тигельной части плавильного агрегата в нагреве расплава сводится к минимуму.The recommendation is not to completely drain the iron and ligature from the chamber of the melting unit, but leaving 20-30% is necessary because, according to the proposed method, the melting process of the next portion of ilmenite concentrate and other processes are carried out under conditions of melt rotation, this rotation is ensured by using a special melting unit [6] of MHD technology (magnetohydrodynamic technology). This unit has a crucible part, which is practically a crucible induction furnace. In a crucible induction furnace, as is known, the charge is heated by induction currents in the metal part of the charge. Since, when draining, 20-30% of the metal melt (iron or ligature) remains in the melting chamber of the unit, it becomes possible to overheat these residues with an induction current to a temperature acceptable in the unit and then gradually transfer the next portion of ilmenite concentrate to the overheated melt and, as soon as some ilmenite will melt and heat up, it becomes possible to restore iron oxide with silicon and titanium, which are present in the ligature residues. From this moment, heat begins to flow to the melt of ilmenite concentrate both due to the energy of the crucible part of the melting unit and due to exothermic reactions. Because silicon and titanium in the ligature will not be enough to completely restore iron oxides in the supplied portion of ilmenite concentrate, then from a certain point either silicon or ferrosilicon should be fed into the melt. When recovering iron oxide from ilmenite concentrate, a high melt temperature is not needed. It is enough to have a melt temperature of not more than 1550 ° C. It is desirable that only iron oxides are reduced. But, when the iron is drained, and the turn comes to aluminum to restore other, more difficult to recover oxides, the melt temperature should increase, up to a temperature of 1700-1800 ° C. This increase will mainly be due to exothermic reactions. The participation of the crucible part of the melting unit in heating the melt is minimized.
В примере осуществления предлагаемого способа реализуется схема, показанная на фиг.1.In an example embodiment of the proposed method, the circuit shown in FIG. 1 is implemented.
Для примера массу порции подаваемого на плавку концентрата ильменита примем равной 1 тонне. Химический состав ильменитового концентрата примем таким, каким он показан в книге [1, стр. 159, табл. 33, графа 4].For example, we take the mass of a portion of ilmenite concentrate supplied to the smelting to be equal to 1 ton. We will take the chemical composition of ilmenite concentrate as shown in the book [1, p. 159, tab. 33, column 4].
Состав следующий, %: Feобщ - 35,94; FeO - 33,80; Fе2О3 - 13,76; TiO2 - 42,50; SiO2 - 3,83; Аl2О3 - 2,91; CaO - 0,78; MgO - 1,2; V2О5 - 0,18; MnO - 0,88; Сr2О3 - 0,03; Р - 0,012; S - 0,06.The composition is as follows,%: Fe total - 35.94; FeO - 33.80; Fe 2 O 3 - 13.76; TiO 2 - 42.50; SiO 2 - 3.83; Al 2 O 3 - 2.91; CaO - 0.78; MgO - 1.2; V 2 O 5 - 0.18; MnO - 0.88; Cr 2 O 3 - 0.03; P is 0.012; S is 0.06.
Примем следующие допущения, которые сильно не скажутся на конечном результате расчета.We accept the following assumptions, which will not greatly affect the final result of the calculation.
1. Оксиды железа и ванадия на 85% восстанавливаются кремнием и на 15% - титаном из лигатуры, после чего образуется продукт - железо, которое, чтобы иметь товарную ценность, должно освободиться от серы одним из известных методов.1. Iron and vanadium oxides are reduced by 85% with silicon and by 15% with titanium from ligatures, after which a product is formed - iron, which, in order to have commercial value, must be freed from sulfur using one of the known methods.
2. Оксиды титана, кремния и марганца восстанавливаются алюминием, после чего образуется два товарных продукта: титаносодержащая лигатура и плавленый клинкер, пригодный для производства высокоглиноземистого цемента ВГЦ-1, причем для получения указанного клинкера в образующийся при восстановлении оксидов вторичный шлак вводится соответствующее количество оксида кальция.2. The oxides of titanium, silicon and manganese are reduced by aluminum, after which two marketable products are formed: a titanium-containing ligature and a fused clinker suitable for the production of high-alumina cement VGC-1, whereby the corresponding amount of calcium oxide is introduced into the secondary slag formed during the reduction of oxides .
3. Оксиды магния и кальция алюминием не восстанавливаются. Примесь оксида магния в клинкере не превысит допускаемую по ГОСТу (2%).3. Oxides of magnesium and calcium are not reduced by aluminum. The admixture of magnesium oxide in clinker will not exceed the allowable in accordance with GOST (2%).
4. Наличие хрома и фосфора не учитывается из-за их малости.4. The presence of chromium and phosphorus is not taken into account due to their smallness.
Согласно выполненному расчету, чтобы получить указанные на фиг.1 товарные продукты необходимо из оксидов железа, титана, кремния, ванадия и марганца забрать примерно 310 кг кислорода. На стадии восстановления железа из оксидов примерно 90 кг кремния заберет из оксидов железа ≈100 кг кислорода, но на второй стадии восстановления других оксидов этот кислород пойдет на окисление алюминия. При соединении 310 кг кислорода с алюминием алюминия потребуется ≈350 кг.According to the calculation, in order to obtain the commodity products indicated in FIG. 1, approximately 310 kg of oxygen must be taken from the oxides of iron, titanium, silicon, vanadium and manganese. At the stage of reduction of iron from oxides, approximately 90 kg of silicon will take ≈100 kg of oxygen from iron oxides, but at the second stage of reduction of other oxides, this oxygen will be used to oxidize aluminum. When connecting 310 kg of oxygen with aluminum, aluminum will require ≈350 kg.
Роль кремния - способствовать разделению производства из концентрата ильменита железа и титаносодержащей лигатуры. В лигатуре будет снижено содержание Fe (оно будет соответствовать тому количеству, сколько его будет в лигатуре, не слитой до конца из плавильной камеры агрегата) и повышено содержание кремния. Выход товарного продукта - клинкера останется неизменным. При введении в расплав ≈90 кг кремния выделится ≈360 кВт·ч энергии, т.к. окисление каждого кг кремния кислородом оксида дает ≈4,0 кВт·ч энергии (как известно, окисление кислородом 1 кг кремния не из оксида дает ≈8 кВт·ч).The role of silicon is to facilitate the separation of production from iron ilmenite concentrate and titanium-containing ligatures. In the ligature, the Fe content will be reduced (it will correspond to the amount of it in the ligature, not completely drained from the melting chamber of the unit) and the silicon content will be increased. The output of a commercial product - clinker will remain unchanged. When ≈90 kg of silicon is introduced into the melt, ≈360 kWh of energy will be released, since oxidation of each kg of silicon with oxygen oxide gives ≈4.0 kW · h of energy (as you know, oxygen oxidation of 1 kg of silicon from non-oxide gives ≈8 kW · h).
Окисление 1 кг алюминия кислородом из оксидов также дает ≈4,0 кВт·ч энергии.The oxidation of 1 kg of aluminum with oxygen from oxides also gives ≈4.0 kW · h of energy.
Окисление 350 кг Аl кислородом из оксидов позволит получить, следовательно, ≈1400 кВт·ч энергии.Oxidation of 350 kg of Al with oxygen from oxides will therefore yield ≈1400 kWh of energy.
В процессе переработки к одной тонне ильменитового концентрата добавляется 90 кг кремния, 350 кг алюминия и 220 кг оксида кальция, чтобы в клинкере его было 25%.During processing, 90 kg of silicon, 350 kg of aluminum and 220 kg of calcium oxide are added to one ton of ilmenite concentrate, so that it contains 25% in clinker.
Если считать, что процесс плавки проходит без образования газовой фазы, то перерабатываемая масса увеличивается на 660 кг.If we assume that the melting process takes place without the formation of a gas phase, then the processed mass increases by 660 kg.
Основная часть этой массы должна быть нагрета до 1600-1800°С (примем нагрев до 1750°С). На нагрев такой массы до 1750°С потребуется ≈1200 кВт·ч энергии. С учетом тепловых потерь (35%) расход энергии составит ≈1600 кВт·ч. Экзотермические реакции при окислении кремния и алюминия дают 360+1400=1700 кВт·ч энергии. Практически процесс переработки концентрата ильменита может проходить без внешней затраты энергии, т.е. так, как он проходит в упомянутом выше алюмтермическом процессе производства ферротитана, не требующего подвода тепла извне [4, стр. 605-616].The main part of this mass should be heated to 1600-1800 ° C (we accept heating to 1750 ° C). ≈1200 kWh of energy is required to heat such a mass to 1750 ° C. Taking into account heat losses (35%), the energy consumption will be ≈1600 kW · h. Exothermic reactions during the oxidation of silicon and aluminum give 360 + 1400 = 1700 kWh of energy. In practice, the processing of ilmenite concentrate can take place without external energy consumption, i.e. as it takes place in the above-mentioned aluminothermic process for the production of ferrotitanium, which does not require external heat supply [4, p. 605-616].
Для реализации способа рекомендуется применить разработанный многофункциональный плавильный агрегат (МПА) [6].To implement the method, it is recommended to use the developed multifunctional melting unit (MPA) [6].
МПА включает два энергетических узла (тигельный узел для нагрева металлического расплава до температуры 1800°С и узел МГД-техники для обеспечения вращения расплава в плавильной камере) и узел отвода и подвода металлических расплавов в плавильную камеру. Мощность тигельного узла - до 6 МВт. Мощность МГД-техники до 0,6 МВт.MPA includes two energy units (a crucible unit for heating a metal melt to a temperature of 1800 ° C and a unit of MHD technology to ensure the rotation of the melt in the melting chamber) and a unit for removing and supplying metal melts to the melting chamber. The crucible unit power is up to 6 MW. The power of MHD equipment is up to 0.6 MW.
На МПА осуществимы все необходимые операции по заявляемому способу (по соответствующей подаче ильменитового концентрата на плавку, по вводу восстановителей оксидов, по созданию вращения металлического и шлакового расплава, по регулируемой подаче энергии, по сливу продуктов плавки и т.д.).At MPA, all the necessary operations are possible according to the claimed method (by appropriate supply of ilmenite concentrate for melting, by introducing reducing agents of oxides, by creating a rotation of metal and slag melt, by controlled energy supply, by draining melting products, etc.).
МПА пригоден для эффективного переплава полученного ранее железа, с целью освобождения его от серы, если она будет в железе сверх допустимой нормы по ГОСТу.MPA is suitable for efficient remelting of previously obtained iron, in order to release it from sulfur if it is in iron in excess of the permissible norm according to GOST.
Титан, как известно, имеет высокую реакционную активность при повышенных температурах, особенно по отношению к кислороду, азоту и углероду. Присутствие даже небольшого количества этих веществ ведет к образованию оксидов, карбидов и нитридов титана. Предлагаемая технология и предлагаемый к реализации технологии МПА позволяет исключить контакт титана с указанными веществами.Titanium is known to have high reactivity at elevated temperatures, especially with respect to oxygen, nitrogen, and carbon. The presence of even a small amount of these substances leads to the formation of titanium oxides, carbides and nitrides. The proposed technology and proposed for the implementation of the MPA technology eliminates the contact of titanium with these substances.
Процесс плавки по предлагаемому способу очередной порции ильменитового концентрата начинается с подачи небольшого количества концентрата, например, 200-300 кг, на вращающийся остаток лигатуры, температура которой высокая и близкая к той, какую имел вторичный шлак при полном сливе его из плавильной камеры агрегата.The smelting process according to the proposed method for the next portion of ilmenite concentrate begins with the supply of a small amount of concentrate, for example, 200-300 kg, to the rotating ligature residue, whose temperature is high and close to that which had secondary slag when it was completely drained from the smelting chamber of the unit.
Поскольку температура плавления ильменитового концентрата сравнительно невысокая, то подаваемые первые 200-300 кг концентрата быстро расплавляются и понизят температуру лигатуры, но нельзя допускать ее ниже 1550°С, т.к. температура плавления железа будет порядка 1500°С. После расплавления указанных килограммов концентрата начнется процесс восстановления железа из оксидов концентрата с выделением тепла. С этого момента следует начинать постоянную регулируемую подачу оставшейся порции концентрата на плавку и подачу кремния в жидком виде через узел подвода металлического расплава, из расчета по 90 кг на каждую тонну подаваемого концентрата. По окончании подачи кремния на восстановление железа из оксидов и сравнительно незначительной выдержки времени, необходимой для завершения процесса восстановления железа из оксидов, следует раскрыть летку слива металлического расплава, сообщающуюся с узлом отвода и подвода металлического расплава из плавильной камеры и слить 70-80% полученного расплава железа. Далее летка слива перекрывается (предпочтительно шибером) и в плавильную камеру предпочтительно в жидком виде через узел подвода металлического расплава вводится алюминий из расчета 350 кг на каждую тонну подаваемого на плавку концентрата.Since the melting temperature of ilmenite concentrate is relatively low, the first 200-300 kg of concentrate supplied quickly melt and lower the ligature temperature, but it must not be allowed below 1550 ° C, because the melting point of iron will be about 1500 ° C. After the specified kilograms of the concentrate are melted, the process of iron reduction from the concentrate oxides with the release of heat will begin. From this moment, it is necessary to begin a constant controlled supply of the remaining portion of the concentrate for melting and supply of silicon in liquid form through the supply unit of the metal melt, based on 90 kg per ton of supplied concentrate. At the end of the supply of silicon for the reduction of iron from oxides and the relatively short time required to complete the process of reducing iron from oxides, it is necessary to open the drain of the metal melt, which communicates with the node for the removal and supply of the metal melt from the melting chamber and drain 70-80% of the obtained melt gland. Further, the let-drain is blocked (preferably by a gate) and aluminum is introduced into the melting chamber, preferably in liquid form, through the melt supply unit at the rate of 350 kg per ton of concentrate supplied to the smelting.
После слива основной части в плавильной камере останется 20-30% не слитого железа и первичный шлак, состоящий в основном из оксидов титана и кремния.After the main part is drained, 20-30% of the non-fused iron and primary slag, consisting mainly of titanium and silicon oxides, will remain in the melting chamber.
По мере накопления во вторичном шлаке оксида алюминия температуру шлака следует повышать и, чтобы не надо было повышать ее до 2050-2100°С (температура плавления оксида алюминия 2050°С) во вторичный шлак следует организовать регулируемую подачу оксида кальция из расчета 220 кг на каждую тонну ильменитового концентрата. Вскоре после окончания подачи в плавильную камеру алюминия в ней сформируется титаносодержащая лигатура в основном из титана, кремния и железа и вторичный шлак. Примерный основной состав лигатуры: 50-54% Ti; 20-21% Si; 23-25% Fe.As the accumulation of alumina in the secondary slag, the temperature of the slag should be increased and, so that it is not necessary to increase it to 2050-2100 ° C (the melting point of aluminum oxide is 2050 ° C), a regulated supply of calcium oxide at a rate of 220 kg for each should be arranged in the secondary slag ton of ilmenite concentrate. Shortly after the supply of aluminum to the melting chamber is completed, a titanium-containing alloy is formed in it mainly from titanium, silicon and iron and secondary slag. Approximate basic composition of the ligature: 50-54% Ti; 20-21% Si; 23-25% Fe.
Вторичный шлак будет содержать в основном оксиды алюминия и кальция. Однако, если будут сбои в регулируемой подаче Аl и Са на ведение процесса, то во вторичном шлаке может оказаться оксид титана, что нежелательно.Secondary slag will contain mainly aluminum and calcium oxides. However, if there are interruptions in the controlled supply of Al and Ca to the process, titanium oxide may appear in the secondary slag, which is undesirable.
Полученную лигатуру в количестве 70-80% следует слить через узел отвода металлического расплава, после чего, как об этом сказано выше, сливается полностью полученный вторичный шлак.The resulting ligature in an amount of 70-80% should be drained through the site of removal of the metal melt, after which, as mentioned above, the completely obtained secondary slag is poured.
Проведенные расчеты стоимости, полученной по способу продукции, и по расчету стоимости затрат на реализацию способа показали, что прибыль от переработки одной тонны ильменитового концентрата составит до 300$ за тонну. Главное, почему имеет место сравнительно высокая прибыль - разница в цене Аl и Ti. Будет прибыль и из-за того, что вторичный шлак может расходоваться на производство дорогостоящего высокоглиноземистого цемента.The calculations of the cost obtained by the method of production and the calculation of the cost of implementing the method showed that the profit from processing one ton of ilmenite concentrate will be up to $ 300 per ton. The main reason why there is a relatively high profit is the difference in the price of Al and Ti. There will be a profit due to the fact that secondary slag can be spent on the production of expensive high-alumina cement.
Предлагаемый для переработки ильменитового концентрата МПА в час может перерабатывать до 5 т. В год - примерно 30 000 т (при 6000 часов работы в течение года). Годовая прибыль будет 9 млн. долл. Окупаемость - менее года, т.к. ориентировочная расчетная стоимость МПА≈4,5 млн. долл.The MPA proposed for processing ilmenite concentrate per hour can process up to 5 tons. About 30,000 tons per year (with 6,000 hours of operation during the year). The annual profit will be $ 9 million. Payback - less than a year, because Estimated estimated cost of MPA ≈ $ 4.5 million.
Технический результат от применения предлагаемого способа заключается в следующем.The technical result from the application of the proposed method is as follows.
Не менее, чем в два раза, сокращается расход энергии на переработку ильменитового концентрата, поскольку в процессе при восстановлении металлов из оксидов идут не эндотермические реакции (с поглощением тепла), а экзотермические (с выделением тепла).The energy consumption for processing ilmenite concentrate is reduced by at least a factor of two, since in the process of recovering metals from oxides, not endothermic reactions (with heat absorption), but exothermic ones (with heat evolution) occur.
Используется факт большого содержания оксида титана в ильменитовых концентратах (до 45%), позволяющий, вследствие большой ценовой разницы в стоимости титана с одной стороны и стоимости Аl и Si с другой стороны, с положительным эффектом использовать сильные металлические восстановители, каковыми являются Аl и Si, в результате чего в несколько раз сокращается срок окупаемости технологического оборудования, задалживаемого для реализации предлагаемого способа.The fact of a high content of titanium oxide in ilmenite concentrates (up to 45%) is used, which allows, due to the large price difference in the cost of titanium on the one hand and the cost of Al and Si on the other hand, to use positive metal reducing agents, such as Al and Si, with a positive effect as a result, the payback period of technological equipment, delayed for the implementation of the proposed method, is reduced several times.
Реализуется практически безотходная технология.Almost waste-free technology is being implemented.
Реализуется прогрессивная технология жидкофазного восстановления металлов из оксидов в условиях вращения расплава электромагнитным полем, позволяющая при плавке, например: полезно использовать центробежный эффект; ускорено расплавлять подаваемый на плавку концентрат ильменита и ускоренно осуществлять после расплавления массообмен между шлаковой и металлической фазами тем более, что становиться возможным вводить восстановитель в шлаковую фазу через металлическую фазу; упрощать операции по периодическому удалению металлической и шлаковой фаз из плавильной печи агрегата.A progressive technology of liquid-phase reduction of metals from oxides is realized under conditions of melt rotation by an electromagnetic field, which allows for melting, for example: it is useful to use a centrifugal effect; accelerated to melt the ilmenite concentrate supplied to the melting and to accelerate after melting the mass transfer between the slag and metal phases, all the more so as it becomes possible to introduce a reducing agent into the slag phase through the metal phase; simplify operations to periodically remove the metal and slag phases from the unit smelter.
Техпроцесс осуществляется без или почти без выделения газа из расплава, что упрощает конструкцию плавильного агрегата и исключает необходимость иметь оборудование по удалению и очистке газа.The technological process is carried out with or without almost no gas evolution from the melt, which simplifies the design of the melting unit and eliminates the need for gas removal and purification equipment.
Источники информацииSources of information
1. Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шуманов Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. М.: Металлургия, 1997, с. 432.1. Leontyev L.I., Vatolin N.A., Shavrin S.V., Shumanov N.S. Pyrometallurgical processing of complex ores. M .: Metallurgy, 1997, p. 432.
2. Петрунько А.Н. Развитие производства титана в СССР./Сборник. И.П.Бардин и отечественная металлургия. М.: Наука. 1983, с. 252-259.2. Petrunko A.N. Development of titanium production in the USSR. / Collection. I.P. Bardin and domestic metallurgy. M .: Science. 1983, p. 252-259.
3. Тарасов А.В., Уткин П.И. Общая металлургия. М.: Металлургия, 1997, с. 592.3. Tarasov A.V., Utkin P.I. General metallurgy. M .: Metallurgy, 1997, p. 592.
4. Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургиздат, 1963, с. 640.4. The United F.P. Electrometallurgy of steel and ferroalloys. M.: Metallurgizdat, 1963, p. 640.
5. Патент Российской Федерации №2165461. Способ производства чугуна и шлака./Коршунов Е.А., Смирнов П.А., Буркин С.П., Тарасов А.Г., Логинов Ю.Н., Сарапулов Ф.Н. МКИ С 21 В 11/00, заявл. 27.05.99, опубл. 20.04.2001, Бюллетень № 11.5. Patent of the Russian Federation No. 21545461. Method for the production of pig iron and slag./ Korshunov E.A., Smirnov P.A., Burkin S.P., Tarasov A.G., Loginov Yu.N., Sarapulov F.N. MKI C 21 V 11/00, declared 05.27.99, publ. 04/20/2001, Bulletin No. 11.
6. Заявка на патент РФ №2001113326/02 (013744) от 14.05.2001. Плавильный агрегат. Авторы: Коршунов Е.А., Сарапулов Ф.Н., Буркин С.П., Тарасов А.Г., Арагилян О.А., Третьяков B.C.6. RF patent application No. 20011132326/02 (013744) dated 05/14/2001. The melting unit. Authors: Korshunov E.A., Sarapulov F.N., Burkin S.P., Tarasov A.G., Aragilyan O.A., Tretyakov B.C.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102084/02A RU2228967C2 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Method of production of titanium-containing master alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102084/02A RU2228967C2 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Method of production of titanium-containing master alloy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002102084A RU2002102084A (en) | 2003-09-20 |
| RU2228967C2 true RU2228967C2 (en) | 2004-05-20 |
Family
ID=32678341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002102084/02A RU2228967C2 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Method of production of titanium-containing master alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2228967C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2295582C1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Titania-containing slag processing method |
| RU2311469C2 (en) * | 2005-06-30 | 2007-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
| RU2329322C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-07-20 | Сергей Николаевич Чепель | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite |
| RU2335564C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-10-10 | Александр Афанасьевич Звездин | High titanium ferro alloy produced by two stages reduction out of ilmenite |
| CN102936635A (en) * | 2012-10-25 | 2013-02-20 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | Method for extracting iron and titanium from ilmenite-containing concentrate |
| CN115231576A (en) * | 2022-08-01 | 2022-10-25 | 昆明理工大学 | A method for preparing silicon-iron-titanium alloy by utilizing silicon slag, red mud and titanium-containing blast furnace slag |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SI9800280A (en) * | 1998-10-29 | 1999-02-28 | Štefan Žvab | Production process of ferro-titanium alloy |
| CN1126766C (en) * | 1998-10-19 | 2003-11-05 | 积水化学工业株式会社 | Vinyl chloride resin, process for producing the same, and molded object |
-
2002
- 2002-01-23 RU RU2002102084/02A patent/RU2228967C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1126766C (en) * | 1998-10-19 | 2003-11-05 | 积水化学工业株式会社 | Vinyl chloride resin, process for producing the same, and molded object |
| SI9800280A (en) * | 1998-10-29 | 1999-02-28 | Štefan Žvab | Production process of ferro-titanium alloy |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2329322C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-07-20 | Сергей Николаевич Чепель | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite |
| RU2335564C2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-10-10 | Александр Афанасьевич Звездин | High titanium ferro alloy produced by two stages reduction out of ilmenite |
| RU2295582C1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Titania-containing slag processing method |
| RU2311469C2 (en) * | 2005-06-30 | 2007-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
| CN102936635A (en) * | 2012-10-25 | 2013-02-20 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | Method for extracting iron and titanium from ilmenite-containing concentrate |
| CN115231576A (en) * | 2022-08-01 | 2022-10-25 | 昆明理工大学 | A method for preparing silicon-iron-titanium alloy by utilizing silicon slag, red mud and titanium-containing blast furnace slag |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI398528B (en) | Recovery of residues containing copper and other valuable metals | |
| CN100475987C (en) | Method and device for recovering non-ferrous metals from residues containing zinc | |
| CN103952517B (en) | Containing the treatment process of vanadium chromium hot melt and the smelting process of high-chromic vanadium titanium magnet ore concentrate | |
| RU2250271C1 (en) | Method of high-titanium-bearing foundry alloy production | |
| JPWO2013187348A1 (en) | Method for producing metallic chromium | |
| RU2228967C2 (en) | Method of production of titanium-containing master alloy | |
| RU2003103262A (en) | METHOD FOR PROCESSING RED SLUDGE OF ALUMINUM PRODUCTION | |
| RU2206630C2 (en) | Method of converting titanomagnetite vanadium- containing ore into titanic iron, vanadium slag and titanium-containing alloy | |
| JPS6032684B2 (en) | Manufacturing method of refined steel | |
| GB2030179A (en) | Production of steel from iron sponge in electric furnaces | |
| US3091524A (en) | Metallurgical process | |
| JPS61166910A (en) | Manufacturing method of chromium-containing alloy | |
| US1521607A (en) | Method of extracting and recovering vanadium | |
| CN103966382B (en) | The treatment process of vanadium-bearing hot metal and the smelting process of v-ti magnetite concentrate | |
| US4274867A (en) | Method for producing low-carbon steel from iron ores containing vanadium and/or titanium | |
| RU2299921C2 (en) | Method of producing complex foundry alloys from converter vanadium slag | |
| RU2295582C1 (en) | Titania-containing slag processing method | |
| US2350725A (en) | Process for recovering metals from steel slags | |
| CN1052510A (en) | A kind of new special smelting process---electroslag induction purifying method | |
| JP3921511B2 (en) | Operation method of copper converter | |
| RU2261285C1 (en) | Method of production of blister copper and zinc | |
| EP4417713A1 (en) | The novel two-step (semi-)continuous process for clean slag and steel or hot metal | |
| CN205954085U (en) | Equipment of metallic lead recovery of hot aluminium ash and slag preparation steelmaking auxiliary material | |
| RU2350670C2 (en) | Method of concentrates treatment from ore, containing oxides of ferric, titanium and vanadium and facility for its implementation | |
| UA77117C2 (en) | Method for producing highly titanium ferroalloy of ilmenite by two stage electric furnace melting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080124 |