RU2329322C2 - Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite - Google Patents
Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2329322C2 RU2329322C2 RU2005115109/02A RU2005115109A RU2329322C2 RU 2329322 C2 RU2329322 C2 RU 2329322C2 RU 2005115109/02 A RU2005115109/02 A RU 2005115109/02A RU 2005115109 A RU2005115109 A RU 2005115109A RU 2329322 C2 RU2329322 C2 RU 2329322C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- slag
- stage
- titanium
- iron
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 24
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 37
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000006028 limestone Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 abstract 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 8
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 5
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018619 Si-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008289 Si—Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 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 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel 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
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 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
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способу получения высокотитанового ферросплава из ильменита, и может быть использовано для получения легирующего компонента для производства легированных сталей с высоким уровнем физико-механических свойств.The present invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to a method for producing high-titanium ferroalloy from ilmenite, and can be used to obtain an alloying component for the production of alloy steels with a high level of physical and mechanical properties.
В последние 30 лет бурное развитие ядерной физики, физики криогенных температур, химии высокомолекулярных соединений и их синтеза и многих других отраслей науки потребовало от машиностроения поиска новых конструкционных материалов, которые должны обладать комплексом повышенных физико-механических характеристик в сочетании со сравнительно низкой стоимостью, недефицитностью и хорошей обрабатываемостью при их производстве и изготовлении из них разнообразных изделий.In the past 30 years, the rapid development of nuclear physics, cryogenic temperature physics, the chemistry of high molecular weight compounds and their synthesis, and many other branches of science has required engineering to search for new structural materials that should have a complex of enhanced physical and mechanical characteristics combined with a relatively low cost, deficiency and good machinability in their manufacture and manufacture of various products from them.
В ряду конструкционных материалов, обладающих указанным комплексом свойств, одно из первых мест занимают легированные стали. Среди легирующих элементов, которые обеспечивают высокий уровень прочности на растяжение, ударной вязкости, коррозионной и трещиностойкости в легированных сталях, наряду с другими элементами достаточно давно используется титан. Однако производство чистого титана связано с наличием поблизости от сталелитейных предприятий богатых месторождений титановых руд, мощных перерабатывающих комплексов, развитой инфраструктуры доставки титана потребителям, что крайне редко имеет место в условиях конкретного производства легированных сталей. Таким образом, производимый титан для целей получения легированных сталей достаточно дорог и дефицитен.Among structural materials possessing the specified set of properties, one of the first places is occupied by alloyed steels. Among alloying elements that provide a high level of tensile strength, impact strength, corrosion and crack resistance in alloy steels, along with other elements, titanium has been used for a long time. However, the production of pure titanium is associated with the presence of rich titanium ore deposits, powerful processing complexes, and developed infrastructure for delivering titanium to consumers, which is extremely rare in the context of the specific production of alloy steels, near steel mills. Thus, the titanium produced for the purpose of producing alloy steels is quite expensive and scarce.
Выход из создавшегося положения был найден металлургами в ведении в состав шихты для изготовления легированных сталей вместо чистого титана его ферросплава. При этом, чем выше содержание титана в ферросплаве, тем меньшее количество его как легирующего требуется для замены титана при введении легирующего в состав шихты.A way out of this situation was found by metallurgists in charge of alloy steels instead of pure titanium of its ferroalloy. Moreover, the higher the titanium content in the ferroalloy, the smaller the amount of it as alloying is required to replace titanium when introducing alloying into the mixture.
Из уровня техники известен патент РФ №2228967, С2, публ. 20.05.2004 г. на способ производства титансодержащей лигатуры (Ti-Si-Fe), который включает контролируемую порционную загрузку в многофункциональный плавильный агрегат ильменитового концентрата на остаток лигатуры с предыдущей плавки, плавление концентрата с поддерживанием температуры процесса не ниже 1550°С, восстановление железа из содержащихся в расплаве концентрата оксидов железа подаваемым жидким кремнием, слив 70-80% полученного расплава железа. В плавильной камере после слива расплава железа остается 20-30% неслитого расплава железа и первичный шлак, состоящий из оксидов титана и кремния. Затем осуществляют подачу алюминия в жидком виде как восстановителя оксидов титана, кремния, железа, которые не восстановились жидким кремнием. После прохождения восстановления указанных оксидов производят подачу в шлаковую фазу оксида кальция с образованием вторичного шлака и последующим сливом большей части титаносодержащей лигатуры и вторичного шлака.The patent of the Russian Federation No. 2228967, C2, publ. 05/20/2004 on a method for the production of titanium-containing ligatures (Ti-Si-Fe), which includes a controlled batch loading of ilmenite concentrate into the multifunctional melting unit for the remainder of the ligature from the previous melting, melting the concentrate while maintaining the process temperature not lower than 1550 ° C, iron reduction of the iron oxides contained in the melt concentrate supplied by liquid silicon, draining 70-80% of the obtained iron melt. After draining the molten iron, 20-30% of the non-molten molten iron and primary slag consisting of titanium and silicon oxides remain in the melting chamber. Then, aluminum is supplied in liquid form as a reducing agent for titanium, silicon, and iron oxides that have not been reduced with liquid silicon. After undergoing reduction of these oxides, calcium oxide is fed into the slag phase with the formation of secondary slag and the subsequent discharge of most of the titanium-containing ligature and secondary slag.
К недостаткам данной технологии получения титансодержащей лигатуры следует отнести получение сплава Ti-Si-Fe сложного состава, в котором, кроме собственно титана, предполагаемого к использованию как легирующий элемент в составе легированной стали, входит 20-21 мас.% кремния и 23-25 мас.% железа, что усложняет расчет требуемой массы легирующих элементов для плавления состава конкретной легированной стали. Сложность используемого плавильного агрегата, который должен для осуществления процесса кроме тигельного узла содержать узел МГД-техники для обеспечения в плавильной камере вращения расплава остатка титансодержащей лигатуры, узел отвода и подвода металлических расплавов кремния и алюминия, а также необходимость использования в процессе двух восстановительных агентов - Si и Al в виде расплавов делает способ по данному патенту РФ дорогим и требующим наличия специальной техники, мощность которой составляет 6,6 МВт.The disadvantages of this technology for producing a titanium-containing ligature include obtaining a Ti-Si-Fe alloy of a complex composition, in which, in addition to titanium itself, which is supposed to be used as an alloying element in alloy steel, it contains 20-21 wt.% Silicon and 23-25 wt. .% iron, which complicates the calculation of the required mass of alloying elements for melting the composition of a particular alloy steel. The complexity of the used smelting unit, which, in addition to the crucible assembly, must contain a MHD-technology unit for ensuring the rotation of the melt in the smelting chamber of the remainder of the titanium-containing alloy, the removal and supply unit of silicon and aluminum metal melts, and the need to use two reducing agents, Si and Al in the form of melts makes the method according to this patent of the Russian Federation expensive and requiring special equipment with a capacity of 6.6 MW.
Из уровня техники известен также патент Украины №60240, А, опубл. 15.09.2003 г. в Бюл.9 на способ получения ферротитана духстадийной плавкой в электродуговой печи, согласно которому на первой стадии плавят шихту из ильменитового концентрата, извести и углеродного восстановителя до восстановления железа углеродом, сливают расплавленный шлак с содержанием оксида титана 70-90 мас.% при температуре 1550-1800°С в плавильный горн или другую электродуговую печь. Затем в защитной атмосфере на зеркало расплава шлака загружают алюминий в виде гранул, расплава или в виде расходуемого электрода и осуществляют алюмотермическое восстановление оксидов титана с нагреванием расплава до температуры 1900-2200°С. Полученный ферротитан содержал 58 мас.% Ti, 6 мас.% Al, 24 мас.% Fe и 2 мас.% примеси.The patent of Ukraine No. 60240, A, publ. September 15, 2003, in Bul. 9, on a method for producing ferrotitanium by a two-stage melting process in an electric arc furnace, according to which at the first stage the mixture is melted from ilmenite concentrate, lime and a carbon reducing agent until iron is reduced with carbon, molten slag with a titanium oxide content of 70-90 wt. .% at a temperature of 1550-1800 ° C in a smelting furnace or other electric arc furnace. Then, in a protective atmosphere, aluminum is loaded into the slag melt mirror in the form of granules, melt, or as a consumable electrode, and aluminothermic reduction of titanium oxides is carried out with heating of the melt to a temperature of 1900-2200 ° C. The resulting ferrotitanium contained 58 wt.% Ti, 6 wt.% Al, 24 wt.% Fe and 2 wt.% Impurities.
К недостаткам данного изобретения следует отнести недостаточную степень восстановления титана из шлака, наличие в конечном ферротитане восстановителя - 6 мас.% алюминия и 2 мас.% примесей. Кроме того, в качестве исходного материала используется концентрат ильменита, что подразумевает наличие специальной предварительной операции обогащения ильменитовой руды в концентрат, а введение в процесс восстановителя - алюминия в виде гранул требует дополнительных операций по их получению путем расплавления слитков алюминия с последующим раскислением жидкого металла в инертной атмосфере. Необходимость проведения указанных операций ведет к удорожанию единицы веса получаемого ферротитана.The disadvantages of this invention include an insufficient degree of titanium recovery from slag, the presence of a reducing agent in the final ferrotitanium is 6 wt.% Aluminum and 2 wt.% Impurities. In addition, ilmenite concentrate is used as a starting material, which implies the presence of a special preliminary operation for the enrichment of ilmenite ore into a concentrate, and the introduction of a reducing agent in the process of aluminum in the form of granules requires additional operations to obtain them by melting aluminum ingots with subsequent oxidation of the liquid metal in an inert atmosphere. The need for these operations leads to a rise in the cost per unit weight of the obtained ferrotitanium.
Наиболее близким аналогом из уровня техники является патент Украины №59720, А, опубл. 15.09.2003 г., на способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита путем двух стадийного восстановительного электродугового плавления загружаемой порциями на железный расплав шихты из ильменитового концентрата, углеродного восстановителя, например электродного боя и извести на первой стадии процесса. Причем предварительно перед первой стадией образовывают ванну железного расплава путем загрузки в печь железного лома с дальнейшим расплавлением его и удалением образовавшегося шлака. Образовавшийся после первой стадии шлак, содержащий оксид титана, сливают, охлаждают и дробят. На второй стадии готовят основную шихту из смеси дробленого шлака, кускового алюминия и извести, которую загружают на зеркало железного расплава, расплавляют ее и восстанавливают оксиды титана и железа до ферротитана.The closest analogue from the prior art is the patent of Ukraine No. 599720, A, publ. September 15, 2003, on a method for producing a high-titanium ferroalloy from ilmenite by means of two stages of reducing electric arc melting of a mixture loaded from portions of an ilmenite concentrate, a carbon reducing agent, for example, electrode fight and lime, in batches of the first stage of the process. Moreover, before the first stage, they form a bath of iron melt by loading iron scrap into the furnace with further melting it and removing the resulting slag. The slag containing titanium oxide formed after the first stage is poured, cooled and crushed. In the second stage, the main charge is prepared from a mixture of crushed slag, lump aluminum and lime, which is loaded onto an iron melt mirror, melted and reduced titanium and iron oxides to ferrotitanium.
Недостатками данного изобретения являются необходимость предварительной подготовки исходного материала получения ферросплава - ильменита обогащением по содержанию основного компонента процесса в концентрат, что повышает стоимость получаемого продукта - ферротитана. Конечный ферротитан, получаемый по данному изобретению, содержит от 55 до 60 мас.% титана, что является недостаточным для целей производства компонента, вводимого в состав легированных сталей, поскольку постоянно возрастающие объемы производства легированных сталей при таком соотношении основного компонента в ферротитане будут требовать введения значительных объемов получаемого ферросплава на производимую тонну легированной стали. К недостаткам также следует отнести отсутствие защиты процесса на второй его стадии процесса от окисления кислородом воздуха, что значительно ухудшает качество получаемого конечного продукта и снижает выход годного. Главным недостатком данного изобретения является невозможность получения конечного продукта в виде товарного слитка ферротитана. Ферротитан после двухстадийного восстановления и плавления получается в виде корольков, заключенных в массе шлака, что требует дополнительных операций извлечения корольков, очистки их от шлака и сплавления и тем самым удорожает единицу получаемого продукта.The disadvantages of this invention are the need for preliminary preparation of the starting material for producing a ferroalloy - ilmenite by enrichment according to the content of the main component of the process into a concentrate, which increases the cost of the resulting product - ferrotitanium. The final ferrotitanium obtained according to this invention contains from 55 to 60 wt.% Titanium, which is insufficient for the production of the component introduced into the composition of alloy steels, since the constantly increasing volumes of production of alloy steels with this ratio of the main component in ferrotitanium will require the introduction of significant volumes of ferroalloy produced per ton of alloy steel produced. The disadvantages also include the lack of protection of the process at its second stage of the process from oxidation by atmospheric oxygen, which significantly impairs the quality of the resulting final product and reduces the yield. The main disadvantage of this invention is the inability to obtain the final product in the form of a commodity ingot of ferrotitanium. Ferro-titanium after two-stage reduction and melting is obtained in the form of kings, enclosed in a mass of slag, which requires additional operations of extracting the kings, cleaning them from slag and fusion, and thereby increases the cost of a unit of the resulting product.
В основу заявленного изобретения поставлена задача разработки способа получения высокотитанового ферросплава с содержанием титана 68 - 78,7 мас.% в конечном продукте, снижения себестоимости единицы веса продукта, устранения возможности загрязнения кислородом воздуха ферросплава при восстановлении титана, обеспечения условий получения готового продукта в виде компактного товарного слитка ферротитана с заданным содержанием титана.The basis of the claimed invention is the task of developing a method for producing a high-titanium ferroalloy with a titanium content of 68 - 78.7 wt.% In the final product, reducing the cost per unit weight of the product, eliminating the possibility of air pollution of the ferroalloy when reducing titanium, ensuring the conditions for obtaining the finished product in the form of a compact commodity ingot of ferrotitanium with a given titanium content.
Поставленная задача реализуется тем, что способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита двухстадийным электропечным плавлением с последующим сливом шлака на первой стадии процесса и образованием ферросплава на второй стадии процесса, заключающийся в предварительном введении в электродуговую печь железного лома, расплавлении его и удалении образовавшегося шлака, после чего на первой стадии осуществляют загрузку в электродуговую печь шихты из ильменита, электродного боя, извести или известняка, восстанавливают и плавят железо, сливают содержащий оксид титана шлак, а на второй стадии осуществляют приготовление основной шихты, состоящей из содержащего оксид титана дробленого шлака, полученного на первой стадии, и алюминия. Приготовленную основную шихту, как наполнитель, формуют в металлической оболочке расходуемого электрода, который плавят под слоем флюса до образования ферротитана, содержащего 68-78,7 мас.% титана, 19,3-30,0 мас.% железа и до 1,98 мас.% примесей.The task is realized in that the method of producing high-titanium ferroalloy from ilmenite by two-stage electric furnace melting followed by drainage of slag at the first stage of the process and the formation of ferroalloy at the second stage of the process, which consists in preliminary introducing scrap iron into the electric arc furnace, melting it and removing the resulting slag, after which at the first stage, batch is loaded into the electric arc furnace from ilmenite, electrode battle, lime or limestone, restored and melted iron, slag containing titanium oxide is poured off, and in the second stage, the main charge is prepared, consisting of crushed slag containing titanium oxide obtained in the first stage, and aluminum. The prepared main charge, as a filler, is molded in a metal shell of a consumable electrode, which is melted under a flux layer to form ferrotitanium containing 68-78.7 wt.% Titanium, 19.3-30.0 wt.% Iron and up to 1.98 wt.% impurities.
Суть заявленного изобретения заключается в том, что способ получения высокотитанового ферросплава из ильменита включает две стадии. На первой стадии получают титановый шлак с высоким содержанием оксида титана и минимальным содержанием оксидов железа. Плавление шлака, содержащего оксид титана, осуществляется в дуговых электропечах переменного или постоянного тока на второй стадии процесса.The essence of the claimed invention lies in the fact that the method for producing high-titanium ferroalloy from ilmenite involves two stages. At the first stage, titanium slag is obtained with a high content of titanium oxide and a minimum content of iron oxides. The melting of slag containing titanium oxide is carried out in an electric arc furnace of alternating or direct current at the second stage of the process.
В электропечи расплавляют чугунный или стальной лом. После расплавления лома из печи удаляют образовавшийся в результате плавки шлак и на поверхность жидкой металлической ванны отдельными порциями загружают смесь, состоящую из ильменитовой руды и восстановителя (электродного боя или кокса). Для ошлакования содержащейся в ильменитовой руде пустой породы в состав смеси добавляют известняк или известь. В процессе расплавления смеси происходит восстановление содержащихся в руде оксидов железа. Восстановленное железо переходит в металлический расплав, что приводит к повышению концентрации оксида титана в образовавшемся шлаке. Обогащенный оксидом титана шлак, после завершения восстановительного периода плавления смеси, сливают в изложницы.Cast iron or steel scrap is melted in an electric furnace. After the scrap is melted from the furnace, the slag formed as a result of melting is removed, and a mixture consisting of ilmenite ore and a reducing agent (electrode fight or coke) is loaded in separate portions onto the surface of the liquid metal bath. To slag the gangue contained in ilmenite ore, limestone or lime is added to the mixture. In the process of melting the mixture, the iron oxides contained in the ore are reduced. The reduced iron goes into a metal melt, which leads to an increase in the concentration of titanium oxide in the resulting slag. The slag enriched with titanium oxide, after completion of the recovery period of the melting of the mixture, is poured into the molds.
На второй стадии процесса готовят шихту, состоящую из дозированного количества измельченного шлака, полученного на первой стадии, и алюминиевого порошка крупностью основной фракции не более 800 мкм. Готовую смесь загружают в металлическую оболочку с последующим использованием ее в качестве расходуемого электрода на установке электрошлакового плавления. Расходуемый электрод, представляющий собой металлическую оболочку, заполненную наполнителем из вышеуказанной шихты, подключают к положительному полюсу источника тока и опускают в навеску флюса, расположенную на поду плавильного тигля, до соприкосновения с подом, на который подан отрицательный полюс источника тока. После осуществления контакта электрода с подом тигля подают напряжение и поднимают расходуемый электрод до образования электрической дуги с оптимальными электрическими параметрами (устойчивым горением). В результате выделения тепла от электросопротивления флюса и экзотермических реакций восстановления происходит расплавление расходуемого электрода. Восстановленный титан, проходя через слой образующегося жидкого шлака, скапливается на поду тигля. После полного расплавления расходуемого электрода электропитание печи отключают и дают остыть продуктам плавки. Образовавшийся слиток ферротитана освобождают от шлака и совместно с другими слитками после предыдущих плавок переплавляют в индукционной печи в слиток с усредненным химическим составом, мас.%: 68,00-78,70 титана, 19,30-30,00 железа, до 1,98 примесей, содержащих алюминий, кремний, марганец, ванадий, серу.At the second stage of the process, a mixture is prepared consisting of a metered amount of ground slag obtained in the first stage and aluminum powder with a particle size of not more than 800 microns. The finished mixture is loaded into a metal shell, followed by its use as a consumable electrode in an electroslag melting plant. A consumable electrode, which is a metal shell filled with filler from the above mixture, is connected to the positive pole of the current source and lowered into the flux hitch located on the bottom of the melting crucible until it contacts the hearth to which the negative pole of the current source is fed. After the electrode contacts the bottom of the crucible, a voltage is applied and the sacrificial electrode is raised to form an electric arc with optimal electrical parameters (stable combustion). As a result of heat generation from the electrical resistance of the flux and exothermic recovery reactions, the consumed electrode melts. Reduced titanium, passing through a layer of formed liquid slag, accumulates on the bottom of the crucible. After the molten electrode is completely melted, the furnace power is turned off and the melting products are allowed to cool. The resulting ferrotitanium ingot is freed of slag and, together with other ingots, after previous melts, is melted in an induction furnace into an ingot with an average chemical composition, wt.%: 68.00-78.70 titanium, 19.30-30.00 iron, up to 1, 98 impurities containing aluminum, silicon, manganese, vanadium, sulfur.
ПРИМЕР.EXAMPLE.
I стадия процесса - получение шлака, содержащего оксид титана.Stage I of the process - obtaining slag containing titanium oxide.
Плавление шихты с образованием шлака, содержащего оксид титана, производилось на лабораторной дуговой печи постоянного тока с основной футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовался лом литейного чугуна и ильменитовая руда состава, в мас.%:The mixture was melted to form slag containing titanium oxide in a direct current laboratory arc furnace with a main lining. As the charge materials used cast iron scrap and ilmenite ore composition, in wt.%:
Как восстановитель использовался мелкоизмельченный электродный бой с содержанием углерода 86 мас.%.As a reducing agent used finely ground electrode battle with a carbon content of 86 wt.%.
Для офлюсовывания кремнезема, содержащегося в ильменитовой руде, использовалась свежеобожженная известь с размерами кусков 10-30 мм.For fluxing of silica contained in ilmenite ore, freshly calcined lime with pieces 10-30 mm in size was used.
Подготовка шихты включала весовое дозирование ее компонентов и тщательное их перемешивание с целью усреднения состава смеси. Технология плавления состояла в загрузке входящего в состав шихты чугунного лома в электропечь, его расплавлении и нагрева до температуры 1350-1400°С. После этого образовавшийся в процессе плавления металлической части шихты шлак удаляли из печи, а на поверхность металлической ванны расплава периодически, отдельными порциями, загружали подготовленную шихту и расплавляли ее. Догрузка шихтовых материалов производилась в процессе плавления по их мере расплавления ранее загруженных порций шихты. После расплавления последней порции шихты, загруженной в печь, электропечь отключали и производили слив шлака и части металла в изложницы. Остывший шлак дробили, измельчали и отбирали пробу для определения его химического состава. Оптимальный химический состав шлака - 79,5 мас.% TiO2, 7,8 мас.% Fe2O3, остальное - примеси оксидов алюминия, кремния, ванадия, марганца, а также сера и фосфор.The preparation of the charge included the weight dosing of its components and thorough mixing for the purpose of averaging the composition of the mixture. The melting technology consisted in loading the pig iron scrap included in the charge into an electric furnace, its melting and heating to a temperature of 1350-1400 ° С. After that, the slag formed during the melting of the metal part of the charge was removed from the furnace, and the prepared charge was periodically, in separate portions, loaded onto the surface of the metal bath of the melt and melted. Loading of charge materials was carried out during the melting process as they melt previously loaded batches of the charge. After the last portion of the charge loaded into the furnace was melted, the electric furnace was turned off and the slag and some metal were drained into the molds. The cooled slag was crushed, crushed, and a sample was taken to determine its chemical composition. The optimal chemical composition of the slag is 79.5 wt.% TiO 2 , 7.8 wt.% Fe 2 O 3 , the rest is impurities of oxides of aluminum, silicon, vanadium, manganese, as well as sulfur and phosphorus.
II стадия процесса - получение ферротитана из шлака, содержащего оксид титана.The second stage of the process is the production of ferrotitanium from slag containing titanium oxide.
Плавление ферротитана проводилось методом восстановления содержащихся в основной шихте оксидов титана, железа и кремния алюминием при расплавлении расходуемого электрода под слоем защитного флюса. В качестве связующего при подготовке основной шихты применялось жидкое стекло, а офлюсовывание оксида алюминия производилось вводимым в шихту известняком. После дозирования шлака, алюминиевого порошка и жидкого стекла смесь основной шихты перемешивалась с целью усреднения состава. Подготовленная смесь загружалась в стальную оболочку расходуемого электрода и уплотнялась. Характеристики расходуемого электрода представлены в таблице.Ferrotitanium was melted by the method of reduction of the titanium, iron, and silicon oxides contained in the main charge with aluminum during melting of the consumable electrode under a protective flux layer. Liquid glass was used as a binder in the preparation of the main charge, and the alumina was fluxed by limestone introduced into the charge. After dosing of slag, aluminum powder and liquid glass, the mixture of the main charge was mixed in order to average the composition. The prepared mixture was loaded into the steel shell of the consumable electrode and compacted. The characteristics of the consumable electrode are presented in the table.
Подготовленный расходуемый электрод подключался к положительному полюсу источника питания постоянного тока, а под плавильного тигля - к отрицательному полюсу. С помощью механизма перемещения электрод опускался до обеспечения контакта с подом тигля плавления, проходя при этом слой защитного флюса на поду тигля. После включения источника питания, возбуждения электрической дуги между расходуемым электродом и подом плавильного тигля производилось расплавление расходуемого электрода. Скорость перемещения расходуемого электрода обеспечивала расплавление его торца в шлаковой среде. По мере плавления электрода на поверхность образующегося расплава отдельными порциями подавали известняк для офлюсовывания глинозема, который образовывался в результате восстановительных процессов и получения легкоплавкого и жидкоподвижного шлака.The prepared consumable electrode was connected to the positive pole of the DC power source, and under the melting crucible, to the negative pole. Using the movement mechanism, the electrode was lowered until it became in contact with the hearth of the melting crucible, while passing a layer of protective flux on the hearth of the crucible. After turning on the power source, exciting an electric arc between the consumable electrode and the hearth of the melting crucible, the consumable electrode was melted. The speed of movement of the consumable electrode ensured the melting of its end in the slag medium. As the electrode melted, limestone was fed in separate portions to the surface of the formed melt to flux alumina, which was formed as a result of reduction processes and the production of low-melting and liquid-moving slag.
После расплавления расходуемого электрода электропечь отключали, а образующийся компактный слиток ферротитана и шлак оставляли в электропечи до полного охлаждения. Слиток ферротитана отделяли от шлака, отбирали пробы ферротитана и шлака для определения их химического состава. Получаемый слиток ферротитана содержал, в мас.%:After the consumable electrode was melted, the electric furnace was turned off, and the resulting compact ferrotitanium ingot and slag were left in the electric furnace until completely cooled. A ferrotitanium ingot was separated from the slag, ferrotitanium and slag samples were taken to determine their chemical composition. The resulting ferrotitanium ingot contained, in wt.%:
Результаты химического анализа шлака, содержащего оксид титана, который был получен на первой стадии процесса получения высокотитанового ферросплава, и образовавшегося шлака, полученного на второй стадии процесса, свидетельствуют о высокой степени восстановления титана (75-80%), а следовательно, предлагаемая схема технологического процесса получения высокотитанового ферросплава из ильменита двухстадийным электропечным плавлением обеспечивает получение ферротитана с содержанием титана 68-78,7 мас.%, 19,3-30,0 мас.% железа и до 1,98 мас.% примесей. Стоимость килограмма ферротитана, получаемого по представленной технологии, на 20% ниже стоимости килограмма ферротитана по технологии ближайшего аналога из уровня техники и на 8% меньше ферротитана, получаемого магнийтермическим методом. Конечный продукт заявленного способа представляет собой компактный слиток ферротитана с регулируемым условиями получения химического состава в заявленном диапазоне значений содержания основного компонента ферросплава - титана. Технология плавления расходуемого электрода под слоем флюса обеспечивает защиту расплава от кислорода окружающей среды, что подтверждается приведенным выше химическим составом опытного слитка ферротитана.The results of chemical analysis of slag containing titanium oxide, which was obtained in the first stage of the process for producing high-titanium ferroalloy, and the resulting slag obtained in the second stage of the process, indicate a high degree of titanium reduction (75-80%), and therefore, the proposed process flow diagram for producing high-titanium ferroalloy from ilmenite by two-stage electric furnace melting provides ferrotitanium with a titanium content of 68-78.7 wt.%, 19.3-30.0 wt.% iron and up to 1.98 wt.% impurities. The cost of a kilogram of ferrotitanium obtained by the presented technology is 20% lower than the cost of a kilogram of ferrotitanium according to the technology of the closest prior art and 8% less than ferrotitanium obtained by the magnesium thermal method. The final product of the claimed method is a compact ingot of ferrotitanium with controlled conditions for obtaining the chemical composition in the claimed range of the contents of the main component of the ferroalloy - titanium. The melting technology of the consumable electrode under the flux layer provides protection of the melt from ambient oxygen, which is confirmed by the above chemical composition of the experimental ferrotitanium ingot.
Представленное описание не ограничивает заявляемое изобретение во всех возможных его модификациях, усовершенствованиях и эквивалентах, которые не выходят за рамки заявленной формулы, а служит лишь иллюстрацией, дополнением и уточнением конкретных воплощений изобретения.The presented description does not limit the claimed invention in all its possible modifications, improvements and equivalents that do not go beyond the scope of the claimed formula, but serves only as an illustration, addition and clarification of specific embodiments of the invention.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200503961 | 2005-04-25 | ||
| UAA200503961A UA77117C2 (en) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | Method for producing highly titanium ferroalloy of ilmenite by two stage electric furnace melting |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005115109A RU2005115109A (en) | 2006-11-27 |
| RU2329322C2 true RU2329322C2 (en) | 2008-07-20 |
Family
ID=37505614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005115109/02A RU2329322C2 (en) | 2005-04-25 | 2005-05-19 | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2329322C2 (en) |
| UA (1) | UA77117C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492262C1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of making titanium slag in ore furnace |
| RU2497970C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-10 | Игорь Михайлович Шатохин | Method for obtaining titanium-containing alloy for steel alloying |
| RU2734610C1 (en) * | 2019-08-09 | 2020-10-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Ромекс" | Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof |
| RU2755187C1 (en) * | 2020-08-17 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ФАН" | Method for aluminothermic production of ferrotitanium |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA83974C2 (en) * | 2007-10-11 | 2008-08-26 | Сергей Николаевич Чепель | Method for obtaining ferrotitanium ingot by electroarc melting of rutile under layer of protective flux |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1126766A (en) * | 1995-08-23 | 1996-07-17 | 宝鸡特殊钢厂 | Production process of ferro-titanium alloy |
| SI9800280A (en) * | 1998-10-29 | 1999-02-28 | Štefan Žvab | Production process of ferro-titanium alloy |
| UA59720A (en) * | 2002-11-25 | 2003-09-15 | Сергій Миколайович Чепель | Process for producing high-titanium ferroalloy of ilmenite |
| UA60240A (en) * | 2003-06-02 | 2003-09-15 | Володимир Іванович Бессараб | Method for ferrotitanium production |
| RU2228967C2 (en) * | 2002-01-23 | 2004-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Дата-Центр" | Method of production of titanium-containing master alloy |
-
2005
- 2005-04-25 UA UAA200503961A patent/UA77117C2/en unknown
- 2005-05-19 RU RU2005115109/02A patent/RU2329322C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1126766A (en) * | 1995-08-23 | 1996-07-17 | 宝鸡特殊钢厂 | Production process of ferro-titanium alloy |
| SI9800280A (en) * | 1998-10-29 | 1999-02-28 | Štefan Žvab | Production process of ferro-titanium alloy |
| RU2228967C2 (en) * | 2002-01-23 | 2004-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Дата-Центр" | Method of production of titanium-containing master alloy |
| UA59720A (en) * | 2002-11-25 | 2003-09-15 | Сергій Миколайович Чепель | Process for producing high-titanium ferroalloy of ilmenite |
| UA60240A (en) * | 2003-06-02 | 2003-09-15 | Володимир Іванович Бессараб | Method for ferrotitanium production |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492262C1 (en) * | 2012-04-20 | 2013-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of making titanium slag in ore furnace |
| RU2497970C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-10 | Игорь Михайлович Шатохин | Method for obtaining titanium-containing alloy for steel alloying |
| RU2734610C1 (en) * | 2019-08-09 | 2020-10-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Ромекс" | Method of producing titanium-iron alloy and device for implementation thereof |
| RU2755187C1 (en) * | 2020-08-17 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ФАН" | Method for aluminothermic production of ferrotitanium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005115109A (en) | 2006-11-27 |
| UA77117C2 (en) | 2006-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2013049908A (en) | Method for producing high-purity steel by electroslag remelting method | |
| US4165234A (en) | Process for producing ferrovanadium alloys | |
| JP3338701B2 (en) | Method for producing chromium-containing metal | |
| RU2329322C2 (en) | Method of producing high titanium ferroalloy out of ilmenite | |
| RU2335564C2 (en) | High titanium ferro alloy produced by two stages reduction out of ilmenite | |
| RU2041961C1 (en) | Method for steel making | |
| RU2608936C2 (en) | Mixture and method for aluminothermic production of ferrotitanium using same | |
| RU2455379C1 (en) | Method to melt low-carbon manganiferous alloys | |
| RU2148102C1 (en) | Method of preparing ferromanganese | |
| RU2338805C2 (en) | Method of alumino-thermal production of ferro-titanium | |
| RU2374349C1 (en) | Method of smelting of vanadium-bearing alloys | |
| Mattar et al. | Effect of nitrogen alloying on sulphur behaviour during ESR of AISI M41 steel | |
| CN108441595B (en) | Fluxing agent for quickly melting waste vanadium slag, preparation method and melting method thereof | |
| RU2150523C1 (en) | Method of aluminothermic refining of dust-like zinc dross fraction | |
| RU2031132C1 (en) | Method of remelting of complex-alloyed alloy waste | |
| US3556770A (en) | Process for making alloys and metals | |
| RU2031165C1 (en) | Process for electroslag preparation of metals from waste steel-making manganese slags | |
| RU2102516C1 (en) | Method of preparing ferrotitanium | |
| RU2549820C1 (en) | Method for aluminothermic obtainment of ferroalloys | |
| JP2014077157A (en) | Reduction refining method for metal | |
| RU2201991C2 (en) | Method of production of zirconium alloying composition | |
| UA59720A (en) | Process for producing high-titanium ferroalloy of ilmenite | |
| RU2177049C1 (en) | Method of preparing ferro-silico-titanium foundry alloy | |
| WO2023224516A1 (en) | Alloy for processing of iron melts in the processes of ferrous metallurgy | |
| RU2291203C2 (en) | Method of making vanadium-containing steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120520 |