RU2020181C1 - Process for producing ferrotitanium - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy, more particularly production of ferrotitanium. SUBSTANCE: a slag containing dicalcium silicate and calcium fluoride in a 5-7: 1 ratio is applied to the surface of a metal melt and the metal is treated with calcium in an amount which is 1.2-2 times larger than the sum of impurities of tin, sulfur, phosphorous and carbon in steel and in titanium intended for smelting purposes. EFFECT: improved properties of the ferrotitanium. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству ферросплавов, в частности к получению ферротитана. The invention relates to the field of metallurgy, and more particularly to the production of ferroalloys, in particular the production of ferrotitanium.

В настоящее время ферротитан выплавляют металлотермическим процессом из ильменитового концентрата, алюминиевого порошка, железной руды, извести и ферросилиция. Для увеличения содержания титана в ферротитане используют отходы металлического титана (М.А.Рысс. Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1985). At present, ferrotitanium is smelted by metallothermal process from ilmenite concentrate, aluminum powder, iron ore, lime and ferrosilicon. To increase the titanium content in ferrotitanium, metal titanium waste is used (M.A. Riss. Production of ferroalloys. M: Metallurgy, 1985).

Недостатком способа является необходимость использования для производства ферротитана дефицитных титансодержащих материалов (оксидов, отходов металлического титана) с низким содержанием вредных примесей (Sn, Р, S, C), которые при проведении восстановительной плавки или при сплавлении металлических компонентов практически полностью переходят в металл, значительно ухудшая его качество. The disadvantage of this method is the need to use for the production of ferrotitanium deficient titanium-containing materials (oxides, metal titanium waste) with a low content of harmful impurities (Sn, P, S, C), which, when carrying out reduction melting or when alloying metal components are almost completely converted into metal, significantly degrading its quality.

В качестве прототипа принят наиболее близкий по технической сущности способ получения ферротитана, заключающийся в сплавлении в высокочастотной печи мягкой стали и скрапа металлического титана или его сплавов. As a prototype adopted the closest in technical essence, the method of producing ferrotitanium, which consists in fusing in a high-frequency furnace mild steel and scrap metal titanium or its alloys.

Недостатком способа-прототипа является снижение качества ферротитана при использовании для его получения металлических отходов титана и стали, загрязненных примесями олова, серы, фосфора, углерода, которые полностью усваиваются ферротитаном в процессе плавки. Окислительные способы снижения содержания примесей в ферротитане, получаемом сплавлением отходов титана и стали, неприемлемы, т.к. в процессе окислительной обработки происходит переход в шлак титана. The disadvantage of the prototype method is the decrease in the quality of ferrotitanium when using metallic waste of titanium and steel, contaminated with tin, sulfur, phosphorus, carbon, which are completely absorbed by ferrotitanium during the smelting process. Oxidative methods to reduce the content of impurities in ferrotitanium obtained by alloying titanium and steel waste are unacceptable, because during the oxidative treatment, a transition to titanium slag occurs.

Таким образом, известный способ характеризуется повышенными требованиями к отходам металлического титана. Например, содержащие олово отходы металлического титана могут быть использованы для получения ферротитана, но этот сплав низкого качества из-за присутствия в нем значительного количества олова. Thus, the known method is characterized by increased requirements for waste titanium metal. For example, tin-containing waste metal titanium can be used to produce ferrotitanium, but this alloy is of poor quality due to the presence of a significant amount of tin in it.

Сущность изобретения заключается в том, что в индукционную печь загружают и расплавляют металлические отходы (лом, обрезь, скрап, стружку и др. ) стали и титановых отходов в соотношении, необходимом для получения ферротитана заданного состава (40-75% титана, остальное железо). Затем на поверхности расплава наводят шлак, содержащий двухкальциевый силикат и фторид кальция при их соотношении (5-7):1, а затем металлический расплав обрабатывают кальцием, взятым в количестве 1,2-2 раза большем, чем масса примесей олова, серы, фосфора и углерода в расплаве (определяется как их сумма в заданных на плавку металлических компонентах шихты). The essence of the invention lies in the fact that in the induction furnace, metal waste (scrap, trim, scrap, shavings, etc.) of steel and titanium waste is loaded and melted in the ratio necessary to obtain ferrotitanium of a given composition (40-75% titanium, the rest is iron) . Then, slag containing dicalcium silicate and calcium fluoride is induced on the melt surface at a ratio of (5-7): 1, and then the metal melt is treated with calcium taken in an amount of 1.2-2 times greater than the mass of tin, sulfur, and phosphorus impurities and carbon in the melt (defined as their sum in the metal components of the mixture specified for melting).

Шлак, содержащий двухкальциевый силикат и фторид кальция, выплавляется отдельно из извести, кварцевого песка и плавикового шпата в электропечи или наводится в индукционной печи из этих же компонентов. Для получения двухкальциевого силиката отношение количества извести и кремнезема составляет 1,87. Slag containing dicalcium silicate and calcium fluoride is smelted separately from lime, quartz sand and fluorspar in an electric furnace or induced in the induction furnace from the same components. To obtain dicalcium silicate, the ratio of the amount of lime and silica is 1.87.

Удаление вредных примесей - олова, серы, фосфора и углерода - из металлического расплава титана и железа происходит в связанном виде с кальцием, которым обрабатывают металлический расплав. Кальций связывает эти элементы в прочные химические соединения - Са₂Sn, СаS, Са₃Р₂, СаС₂ - нерастворимые в расплаве ферротитана.The removal of harmful impurities - tin, sulfur, phosphorus and carbon - from the metal melt of titanium and iron occurs in a bound form with calcium, which processes the metal melt. Calcium binds these elements into strong chemical compounds - Ca ₂ Sn, CaS, Ca ₃ P ₂ , CaC ₂ - insoluble in the melt of ferrotitanium.

Образующийся станнид кальция - Са₂Sn - хорошо растворяется в металлическом кальции и всплывает в виде капель расплава на границу раздела металл-шлак. При контакте со шлаком часть кальция взаимодействует со шлаком с образованием полуторного силиката кальция и монофторида кальция
2CaO ˙ SiO₂ + Cа = Cа₃O₂ ˙ SiO₂ (1)
CаF₂ + Cа = 2CaF (2) которые находятся в равновесии с металлическим кальцием и, прекрасно смачивая его (или расплав кальция с Са₂Sn), обволакивают капли такого металла, что обеспечивает полное отделение его ферротитана.The resulting calcium stannide - Ca ₂ Sn - dissolves well in metallic calcium and floats in the form of melt drops at the metal-slag interface. Upon contact with the slag, part of the calcium interacts with the slag to form one and a half calcium silicate and calcium monofluoride
2CaO ˙ SiO ₂ + Ca = Ca ₃ O ₂ ˙ SiO ₂ (1)
CaF ₂ + Ca = 2 CaF (2) which are in equilibrium with metallic calcium and, perfectly wetting it (or calcium melt with Ca ₂ Sn), envelop drops of such metal, which ensures complete separation of its ferrotitanium.

Частицы СаS, Са₃Р₂ и СаС₂, контактируя в процессе магнитного перемешивания металла, коалесцируют, укрупняются и выводятся в шлаковую фазу, с которой хорошо усваиваются.Particles of CaS, Ca ₃ P ₂ and CaC ₂ , contacting in the process of magnetic stirring of the metal, coalesce, coarsen and are discharged into the slag phase, which are well absorbed.

При контакте с кислородом воздуха образовавшихся полуторных силикатов и фторидов, растворенный в них кальций окисляется
2Ca₃O₂ ˙ SiO₂ + O₂ = 2CaO ˙ SiO₂ + 2CaO
(3)
4CaF + O₂ = 2CаF₂ + 2CaO (4) что может вызвать в конечном итоге при длительной выдержке полное окисление свободного кальция. При этом оставшийся Са₂Sn cмачивается шлаком значительно хуже и при разделении может остаться в металлической фазе (на его поверхности), ухудшая качество ферротитана. Поэтому продолжительность выдержки должна быть минимальной, но обеспечивающей удаление примесей из металлического расплава в шлаковую фазу (для промышленной печи при задаваемом количестве кальция не превышает 10 мин).Upon contact with air oxygen formed one-and-a-half silicates and fluorides, the calcium dissolved in them is oxidized
2Ca ₃ O ₂ ˙ SiO ₂ + O ₂ = 2CaO ˙ SiO ₂ + 2CaO
(3)
4CaF + O ₂ = 2CaF ₂ + 2CaO (4) which can ultimately cause complete oxidation of free calcium with prolonged exposure. In this case, the remaining Ca ₂ Sn is wetted by the slag much worse and during separation can remain in the metal phase (on its surface), worsening the quality of ferrotitanium. Therefore, the exposure time should be minimal, but ensuring the removal of impurities from the metal melt into the slag phase (for an industrial furnace with a given amount of calcium does not exceed 10 minutes).

Способность шлака усваивать примеси и удерживать их в своем составе усиливается и продолжительность воздействия шлака увеличивается при защите поверхности расплава инертным газом. The ability of slag to absorb impurities and retain them in their composition is enhanced and the duration of slag exposure increases when the surface of the melt is protected with an inert gas.

Металлический кальций вводят в расплав на штанге, что позволяет расплавить кальций в объеме обрабатываемого металлического расплава. Metallic calcium is introduced into the melt on the rod, which allows melt calcium in the volume of the processed metal melt.

Если плавку проводить без наведения шлака, содержащего двухкальциевый силикат и фторид кальция, равно как и при наведении шлака, не отвечающего этому составу, удаление вредных примесей, особенно олова, затруднительно, что приводит к ухудшению качества получаемого ферротитана. If melting is carried out without inducing slag containing dicalcium silicate and calcium fluoride, as well as when inducing slag that does not meet this composition, the removal of harmful impurities, especially tin, is difficult, which leads to a deterioration in the quality of the obtained ferrotitanium.

При соотношении в шлаке двухкальциевого силиката и фторида кальция большем, чем 7:1, вязкость шлака значительно возрастает, особенно при взаимодействии его с кальцием, что приводит к ухудшению разделения Са₂Sn и металла и к потере части ферротитана, который частично запутывается в вязком шлаке. Использовать шлак с соотношением двухкальциевого силиката и фторида кальция менее, чем 5:1, нецелесообразно, т.к. это приводит к излишнему перерасходу дефицитного фторида кальция. Кроме того, шлак обладает очень высокой жидкоподвижностью, диффузионные процессы в нем проходят очень быстро, что приводит к интенсивному окислению растворенного в шлаке кальция кислородом контактирующего с ним воздуха и, в конечном итоге, к ухудшению удаления олова из ферротитана.When the ratio of dicalcium silicate and calcium fluoride in the slag is greater than 7: 1, the slag viscosity increases significantly, especially when it interacts with calcium, which leads to a decrease in the separation of Ca ₂ Sn and metal and to the loss of part of ferrotitanium, which is partially entangled in viscous slag . It is not practical to use slag with a ratio of dicalcium silicate and calcium fluoride less than 5: 1; this leads to excessive overspending of deficient calcium fluoride. In addition, the slag has a very high fluidity, the diffusion processes in it pass very quickly, which leads to the intense oxidation of the calcium dissolved in the slag by the oxygen of the air in contact with it and, ultimately, to the deterioration of tin removal from ferrotitanium.

Если количество вводимого для удаления вредных примесей кальция больше их массы более, чем в два раза, то имеет место излишний перерасход кальция, а менее, чем в 1,2 раза, то кальция недостаточно для полноты выведения примесей из ферротитана, т. к. образующиеся частицы соединений кальция с вредными примесями мелкие, укрупнение из-за малых их количеств осложнено и они в значительном количестве остаются в ферротитане. If the amount of calcium introduced to remove harmful impurities is more than two times greater than their mass, then there is an excessive calcium overrun, and less than 1.2 times, then calcium is not enough to completely remove impurities from ferrotitanium, since the resulting particles of calcium compounds with harmful impurities are small, enlargement due to their small quantities is complicated and they remain in ferrotitanium in significant quantities.

Способ позволяет получать ферротитан с содержанием олова, не превышающим 0,05%, фосфора, не превышающим 0,01%, углерода, не превышающим 0,01%, и с содержанием серы до следов. The method allows to obtain ferrotitanium with a tin content not exceeding 0.05%, phosphorus not exceeding 0.01%, carbon not exceeding 0.01%, and with a sulfur content to the trace.

Испытание предложенного способа осуществляли на промышленной индукционной тигельной печи типа ИЧТ-2,5 с емкостью тигля 2,5 т и мощностью печного трансформатора 1000 кВт. Testing of the proposed method was carried out on an industrial induction crucible furnace of the type IChT-2.5 with a crucible capacity of 2.5 tons and a furnace transformer power of 1000 kW.

Для испытания использовали следующие материалы:
1. Стальной лом марки ЗА (ГОСТ 2787-86) с содержанием 0,05% S, 0,08% С, 0,05% Р.The following materials were used for testing:
1. Steel scrap grade ZA (GOST 2787-86) with a content of 0.05% S, 0.08% C, 0.05% R.

2. Титановые отходы и стружка в дробленом виде с длиной витка от 5 до 150 мм; масса отдельных кусков, пакетов, листов, рулонов не более 15 кг и шириной не более 300 мм; содержит 98,2% Тi, 0,5% Sn, 0,05%, 0,1% С, 0,1% Р. 2. Titanium waste and shavings in crushed form with a coil length of 5 to 150 mm; the mass of individual pieces, packages, sheets, rolls of not more than 15 kg and a width of not more than 300 mm; contains 98.2% Ti, 0.5% Sn, 0.05%, 0.1% C, 0.1% R.

После разогрева печи и спекания тигля в него загрузили 1,00 т отходов титана и 1,00 т стального лома. После расплавления загруженных металлических компонентов на поверхности расплава навели шлак путем загрузки шлакообразующей смеси, состоящей из извести, кварцевого песка и концентрата плавикового шпата. After heating the furnace and sintering the crucible, 1.00 tons of titanium waste and 1.00 tons of steel scrap were loaded into it. After the loaded metal components were melted, slag was brought to the surface of the melt by loading a slag-forming mixture consisting of lime, silica sand and fluorspar concentrate.

Применяемые шлакообразующие компоненты соответствовали следующим требованиям:
- известь содержала 95,6% СаО и соответствовала ВТТ 139-2-84;
- кварцевый песок содержал 99,5% SiO₂ и соответствовал ГОСТ 4417-75;
- концентрат плавикового шпата содержал 99,5% СаF₂ и соответствовал ГОСТ 7618-83.Used slag-forming components met the following requirements:
- lime contained 95.6% CaO and corresponded to BTT 139-2-84;
- quartz sand contained 99.5% SiO ₂ and corresponded to GOST 4417-75;
- fluorspar concentrate contained 99.5% CaF ₂ and corresponded to GOST 7618-83.

После наведения шлака металлический расплав при температуре 1420^oC обработали металлическим кальцием с содержанием кальция 99,9%, введенным в металлический расплав на стальном пруте. Для обработки использовали кальций, полученный с машиностроительного завода г. Электросталь (ТУ 95.768-80).After slag guidance, the metal melt at a temperature of 1420 ^° C. was treated with calcium metal with a calcium content of 99.9%, introduced into the metal melt on a steel bar. Calcium obtained from the machine-building plant of the city of Elektrostal (TU 95.768-80) was used for processing.

При полном растворении кальция в металлическом расплаве, через 2-3 мин, сначала сливали шлак в отдельную изложницу и затем проводили слив ферротитана в плоские изложницы, установленные на тележки. Перед разливкой изложницы в течение часа прогревали горелкой и тщательно обмазывали известковым раствором, а на дно изложниц засыпали по одной лопате ферротитановой крошки для предотвращения пригара слитка к днищу изложниц. When calcium was completely dissolved in the metal melt, after 2-3 minutes, the slag was first poured into a separate mold and then ferrotitanium was drained into flat molds mounted on carts. Before casting, the molds were heated for an hour with a burner and thoroughly coated with lime mortar, and one spade of ferrotitanium chips was poured onto the bottom of the molds to prevent ingot from sticking to the bottom of the molds.

Плавки по предлагаемой технологии проводили по трем вариантам (по одной плавке в каждом варианте): при соотношении двухкальциевого силиката и фторида кальция в наводимом шлаке, равном 5:1, и отношении массы вводимого кальция в расплав к массе суммы примесей Sn, S, P и С в стали и титане, заданных на плавку, равном 1,2:1, в варианте 1, при соотношениях 6:1 и 1,6:1 - в варианте 2 и 7:1 и 2:1 - в варианте 3. Smelting according to the proposed technology was carried out according to three options (one smelting in each version): when the ratio of dicalcium silicate and calcium fluoride in the induced slag was 5: 1, and the ratio of the mass of calcium introduced into the melt and the mass of the sum of impurities Sn, S, P and C in steel and titanium, set for melting, equal to 1.2: 1, in option 1, with ratios of 6: 1 and 1.6: 1 - in option 2 and 7: 1 and 2: 1 - in option 3.

При проведении испытания способа-прототипа в индукционную печь загружали металлические отходы титана и стальной скрап. После получения однородного расплава его сливали в плоские изложницы. Шлак при проведении плавки этого варианта (вариант 4) не наводили и металлический расплав кальцием не обрабатывали. When testing the prototype method, titanium metal waste and steel scrap were loaded into an induction furnace. After obtaining a uniform melt, it was poured into flat molds. Slag during the smelting of this option (option 4) was not induced and the metal melt was not treated with calcium.

Результаты испытания предложенного способа и способа-прототипа приведены в таблице, из которой следует, что по предложенному способу ферротитан характеризуется пониженным содержанием вредных примесей - олова, серы, фосфора и углерода - по сравнению с прототипом. The test results of the proposed method and the prototype method are shown in the table, from which it follows that according to the proposed method, ferrotitanium is characterized by a reduced content of harmful impurities - tin, sulfur, phosphorus and carbon - compared to the prototype.

Промышленное использование предложенного способа характеризуется его эффективностью в части использования отходов титана и стали, загрязненных примесями, с получением ферротитана с низким содержанием примесей. Industrial use of the proposed method is characterized by its effectiveness in terms of the use of titanium and steel wastes contaminated with impurities to produce ferrotitanium with a low content of impurities.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОТИТАНА, включающий загрузку и расплавление в тигле индукционной печи лома, отходов стали и титана, взятых в соотношении, обеспечивающем требуемый состав ферротитана, до получения металлического расплава, отличающийся тем, что на поверхности металлического расплава наводят шлак, содержащий двухкальциевый силикат и фторид кальция в соотношении 5 - 7 : 1, а затем металлический расплав обрабатывают кальцием, взятым в количестве, в 1,2 - 2,0 раза превышающем массу суммы примесей олова, серы, фосфора и углерода в стали и титане, заданных на плавку. METHOD FOR PRODUCING FERROTITANIUM, comprising loading and melting scrap metal, steel and titanium waste in a crucible of an induction furnace, taken in a ratio providing the required composition of ferrotitanium, to obtain a metal melt, characterized in that slag containing dicalcium silicate and calcium fluoride is induced on the surface of the metal melt in a ratio of 5 - 7: 1, and then the metal melt is treated with calcium taken in an amount 1.2 to 2.0 times the mass of the sum of tin, sulfur, phosphorus and carbon impurities in steel and titanium, set for melting.

Images