RU2311469C2 - Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method - Google Patents
Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2311469C2 RU2311469C2 RU2005120263/02A RU2005120263A RU2311469C2 RU 2311469 C2 RU2311469 C2 RU 2311469C2 RU 2005120263/02 A RU2005120263/02 A RU 2005120263/02A RU 2005120263 A RU2005120263 A RU 2005120263A RU 2311469 C2 RU2311469 C2 RU 2311469C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- slag
- metal
- substrate
- oxide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке ильменитового концентрата на ферротитан, на высокотитанистый шлак, пригодный для производства или титановой губки, или пигмента, и на безуглеродистое железо, пригодное для сплавления с металлическим хромом в сплав, из которого может быть получена трубная или листовая нержавеющая металлопродукция. концентрат получают из титаномагнетитовой руды, в которой высоко содержание оксидов железа и титана (титана до 10-15%). Россия имеет самые большие в мире разведанные запасы титаномагнетитовой руды с высоким содержанием железа и титана (Медведевское и Копанское месторождения на Южном Урале, Чинейское и Якутское месторождения в зоне БАМа и др.). Однако только незначительное количество собственной богатой по содержанию железа и титана титаномагнетитовой руды используется в России для производства концентрата ильменита. В статье Покалова В.Т., опубликованной в журнале [1], сказано: "Сейчас добыча титана в России находится на очень низком уровне - не более 1% потребности" и далее "Стоимость текущего импорта составляет 80-100 млн. дол. До настоящего времени ни одно из собственных титановых месторождений, по существу, не вовлечено в эксплуатацию". Причина тому - незаинтересованность в переработке богатой титаномагнетитовой руды металлургическими комбинатами, т.к. при высоком содержании оксида титана в руде трудно ее перерабатывать, используя доменный процесс.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the processing of ilmenite concentrate into ferrotitanium, high-titanium slag suitable for the production of either a titanium sponge or pigment, and carbon-free iron suitable for alloying with metallic chromium into an alloy from which pipe or stainless sheet metal products. the concentrate is obtained from titanomagnetite ore, in which the content of iron and titanium oxides is high (titanium up to 10-15%). Russia has the world's largest explored reserves of titanomagnetite ore with a high content of iron and titanium (Medvedevskoe and Kopanskoe deposits in the Southern Urals, Chineyskoye and Yakutskoye deposits in the BAM zone, etc.). However, only a small amount of its own titanomagnetite ore, which is rich in the content of iron and titanium, is used in Russia for the production of ilmenite concentrate. An article by VT Pokalov, published in the journal [1], says: "Now titanium production in Russia is at a very low level - not more than 1% of the demand" and further "The cost of current imports is 80-100 million dollars. Up to date, none of its own titanium deposits are essentially involved in exploitation. " The reason for this is disinterest in the processing of rich titanomagnetite ore by metallurgical plants, because with a high content of titanium oxide in the ore, it is difficult to process it using a blast furnace process.
Известны бездоменные процессы переработки руд и концентратов из этих руд, в которых имеет место высокое содержание оксидов титана. В многочисленных публикациях даются сведения об этих процессах. Подробно, например, об этом сказано в книгах [2, 3, 4]. Титаносодержащую продукцию в процессах рекомендуется получать, используя карботермию, силикотермию и реже алюминотермию. Одним из недостатков разработанных процессов - сравнительно низкое содержание титана в получаемых продуктах, будь это ферротитан или титаносодержащая лигатура.Homeless processes for processing ores and concentrates from these ores are known, in which there is a high content of titanium oxides. Numerous publications provide information on these processes. Details, for example, are described in books [2, 3, 4]. It is recommended to obtain titanium-containing products in the processes using carbothermy, silicothermy, and less commonly aluminothermy. One of the drawbacks of the developed processes is the relatively low titanium content in the resulting products, be it ferrotitanium or titanium-containing ligature.
Известен способ производства титаносодержащей лигатуры из ильменитового концентрата [5], по которому сначала кремнием и титаном из порции ильменита восстанавливают оксиды железа, пополняя при этом шлаковую фазу оксидами кремния и титана, затем основную часть полученного железа сливают из плавильного агрегата, алюминием восстанавливают из шлака титан и кремний, которые сплавляют с остатком железа и получают лигатуру, содержащую железо, кремний и титан, в котором титана может быть 50-55%. Лигатура из плавильного агрегата сливается не полностью. Часть ее оставляют в плавильном агрегате и на ней, после полного слива конечного шлака, имеющего высокое содержание оксида алюминия, производят переработку следующей порции ильменита. Недостаток способа заключается в том, что при его реализации на завершающей стадии процесса конечный шлак имеет высокое содержание оксида алюминия, температура плавления которого 2050°С. Чтобы шлак был жидкоподвижным, его температура должна быть порядка 2100°С, но чтобы снизить температуру расплава, вводят оксид кальция в пределах 20-30%. Температура шлакового расплава при этом снижается до 1800-1850°С, что вполне допустимо для электроплавильной печи, но футеровка у такой печи будет дорогостоящей. Наличие кремния в лигатуре не снижает ее ценности, но если надо иметь ферротитан с высоким содержанием титана, то кремний препятствует этому.A known method for the production of titanium-containing ligatures from ilmenite concentrate [5], according to which first iron oxides are reduced by silicon and titanium from a portion of ilmenite, while the slag phase is replenished with silicon and titanium oxides, then the main part of the obtained iron is drained from the smelter, aluminum is reduced from titanium by slag and silicon, which is fused to the remainder of the iron and obtain a ligature containing iron, silicon and titanium, in which titanium may be 50-55%. Ligature from the smelter does not merge completely. A part of it is left in the melting unit and on it, after the final slag having a high content of aluminum oxide is completely drained, the next portion of ilmenite is processed. The disadvantage of this method is that when it is implemented at the final stage of the process, the final slag has a high content of aluminum oxide, the melting point of which is 2050 ° C. In order for the slag to be liquid mobile, its temperature must be of the order of 2100 ° C, but in order to lower the melt temperature, calcium oxide is introduced in the range of 20-30%. The temperature of the slag melt in this case drops to 1800-1850 ° C, which is quite acceptable for an electric melting furnace, but lining with such a furnace will be expensive. The presence of silicon in the ligature does not reduce its value, but if you need to have ferrotitanium with a high titanium content, then silicon prevents this.
Из уровня техники известен также принятый за ближайший аналог способ производства титаносодержащей продукции, в частности титаносодержащей лигатуры, включающий образование в плавильном агрегате жидкой металлической подложки, приведение подложки во вращение электромагнитным полем с образованием лунки параболической формы, подачу в лунку порции титаносодержащей шихты, плавку шихты на шлак энергией электромагнитного поля, восстановление металлов из оксидов шлака восстановителем, сплавление восстановленных металлов с подложкой и пополнение шлака оксидом восстановителя, сливы из плавильного агрегата металлической и шлаковой фаз [6].The prior art also knows the method for producing titanium-containing products, in particular titanium-containing ligatures, which is accepted as the closest analogue, including forming a liquid metal substrate in the melting unit, bringing the substrate into rotation by an electromagnetic field to form a parabolic well, feeding a portion of the titanium-containing charge into the well, melting the charge onto slag by electromagnetic field energy, reduction of metals from slag oxides with a reducing agent, alloying of reduced metals with a substrate and pop slag filling with reducing agent oxide, discharge from the smelting unit of the metal and slag phases [6].
В качестве жидкой металлической подложки 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 liquid metal substrate in the prototype, and carbon is used as a reducing agent, and carbon is recommended for reduction from cast iron.
Следует отметить следующие недостатки известной технологии (способа). Восстановление оксидов из шлаковой фазы осуществляется углеродом, которое, как широко известно, проходит при больших затратах тепла и выделении большого количества газа, уносящего значительное количество физического и химического тепла.It should be noted the following disadvantages of the known technology (method). The reduction of oxides from the slag phase is carried out by carbon, which, as is widely known, takes place at high cost 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 известной технологии осуществляется с выделением большого количества газа, то к агрегату для осуществления способа должно присоединяться громоздкое газоотводящее и пылеулавливающее технологическое оборудование.Since the technological process by known technology is carried out with the release of a large amount of gas, a bulky gas exhaust and dust removal equipment must be connected to the unit for the implementation of the method.
Предлагается способ производства титаносодержащей продукции, включающий образование в плавильном агрегате жидкой металлической подложки, приведение подложки во вращение электромагнитным полем с образованием лунки параболической формы, подачу в лунку порции титаносодержащей шихты, плавку шихты на шлак энергией электромагнитного поля, восстановление металлов из оксидов шлака восстановителем, сплавление восстановленных металлов с подложкой и пополнение шлака оксидом восстановителя, сливы из плавильного агрегата металлической и шлаковой фаз. В отличие от известного способа подачу порции титаносодержащей шихты производят двумя частями, первую часть порции подают в лунку на металлическую подложку, образованную из ферроалюминия, причем при подаче этой части в лунке расплавляют порцию плавикового шпата и восстанавливают металлы из оксидов первой части порции шихты алюминием подложки при сплавлении их с металлической подложкой, которая обедняется по алюминию, а образующийся оксид алюминия растворяют в плавиковом шпате до возможного предела растворения при температуре расплава плавикового шпата 1600-1700°С, плавиковый шпат с растворенным оксидом алюминия из плавильного агрегата сливают в ковш, охлаждают до 1450°С с переводом оксида алюминия в твердую фазу, которую отделяют от жидкого плавикового шпата с оставшейся в нем той части оксида алюминия, которая соответствует пределу растворимости для этой температуры, после слива плавикового шпата с растворенным оксидом алюминия на измененную по химическому составу металлическую подложку подают вторую часть порции шихты и ее расплавляют, титаном подложки восстанавливают оксиды металлов во второй части порции шихты, у которых свободная энергия образования оксидов меньше, чем у оксида титана, с образованием высокотитанистого шлака, 70-80% обедненной по титану металлической фазы из плавильного агрегата сливают, в оставшемся в плавильном агрегате шлаке алюминием восстанавливают титан из оксида, который сплавляют с оставшейся металлической фазой, а образующийся при восстановлении титана оксид алюминия сплавляют с плавиковым шпатом, который подают в плавильный агрегат вместе с восстановителем, плавиковый шпат с растворенным оксидом алюминия сливают из плавильного агрегата полностью, после чего полностью сливают пополненную титаном металлическую фазу, сразу создают в плавильном агрегате подложку из ферроалюминия и повторяют операции способа.A method for the production of titanium-containing products is proposed, including the formation of a liquid metal substrate in the melting unit, bringing the substrate into rotation by an electromagnetic field to form a parabolic hole, feeding a portion of the titanium-containing mixture into the well, melting the mixture onto slag with electromagnetic energy, reducing metals from slag oxides with a reducing agent, and alloying reduced metals with a substrate and replenishment of the slag with reducing agent oxide, discharge from the metal smelting unit and phase. In contrast to the known method, a portion of a titanium-containing charge is supplied in two parts, the first part of the portion is fed into the well on a metal substrate formed of ferroaluminium, and when this part is fed, a portion of fluorspar is melted in the hole and metals are recovered from the oxides of the first part of the charge portion by the aluminum substrate at fusing them with a metal substrate, which is depleted in aluminum, and the resulting alumina is dissolved in fluorspar to the possible limit of dissolution at melt temperature and the feldspar is 1600-1700 ° C, the feldspar with dissolved alumina from the smelting unit is poured into a ladle, cooled to 1450 ° C with the transfer of alumina to the solid phase, which is separated from the fluorspar with the remaining part of the alumina in it, which corresponds to the solubility limit for this temperature, after draining the fluorspar with dissolved alumina, the second part of the charge portion is fed to the metal substrate changed in chemical composition and it is melted, restoring titanium to the substrate metal oxides are formed in the second part of the charge portion, in which the free formation energy of oxides is lower than that of titanium oxide, with the formation of a high-titanium slag, 70-80% of the metal phase depleted in titanium is drained from the melting unit, and titanium is reduced with aluminum in the slag remaining in the melting unit from oxide, which is alloyed with the remaining metal phase, and aluminum oxide formed during titanium reduction is alloyed with fluorspar, which is fed to the melting unit together with a reducing agent, the spar with dissolved alumina is completely drained from the melting unit, after which the metal phase replenished with titanium is completely drained, a ferroaluminum substrate is immediately created in the melting unit, and the process is repeated.
Способ отличается тем, что образованный высокотитанистый шлак сливают из плавильного агрегата и направляют на производство титановой губки или пигмента, при этом при направлении на производство титановой губки в шлаке обеспечивают содержание 5% оксида железа, а при направлении на производство пигмента в шлаке обеспечивают содержание 10% оксида железа.The method is characterized in that the formed high-titanium slag is poured from the melting unit and sent to the production of a titanium sponge or pigment, while when sent to the production of a titanium sponge in the slag, 5% iron oxide is provided, and when sent to the production of pigment in the slag, they provide a content of 10% iron oxide.
Титаносодержащая шихта может содержать ильменит. В лунке возможно расплавление порции плавикового шпата соответственно количеству алюминия в подложке из ферроалюминия.The titanium-containing charge may contain ilmenite. In the well, a portion of fluorspar can melt according to the amount of aluminum in the ferroaluminum substrate.
После слива из плавильного агрегата обедненной по титану металлической фазы, представляющей собой безуглеродистое железо, его сплавляют с металлическим хромом до содержания 12-20% и из сплава получают трубную или листовую нержавеющую металлопродукцию.After discharge from the smelting unit of the titanium-depleted metal phase, which is carbon-free iron, it is fused with metallic chromium to a content of 12-20% and stainless steel tubular or sheet metal is obtained from the alloy.
Новизна предлагаемого способа заключается в том, что подачу порции титаносодержащей шихты производят двумя частями, первую часть порции подают в лунку на металлическую подложку, образованную из ферроалюминия, причем при подаче этой части в лунке расплавляют порцию плавикового шпата (фтористого кальция). Металлы из оксидов из первой части порции шихты восстанавливают алюминием подложки, при этом их сплавляют с металлической подложкой, которая обедняется по алюминию, а образующийся оксид алюминия растворяют в плавиковом шпате до возможного предела растворения при температуре расплава плавикового шпата 1600-1700°С. Плавиковый шпат с растворенным оксидом алюминия из плавильного агрегата сливают в ковш, охлаждают до 1450°С и оксид алюминия переводят в твердую фазу, которую отделяют от жидкого плавикового шпата, оставляя в шпате ту часть оксида алюминия, которая соответствует пределу растворимости для этой температуры, после слива плавикового шпата с растворенным оксидом алюминия на измененную по химическому составу металлическую подложку подают вторую часть порции шихты и ее расплавляют. Титаном подложки восстанавливают оксиды металлов во второй части порции шихты, у которых свободная энергия образования оксидов меньше, чем у оксида титана, при этом образуют высокотитанистый шлак, 70-80% обедненной по титану металлической фазы из плавильного агрегата сливают. В оставшемся в плавильном агрегате шлаке алюминием восстанавливают титан из оксида, который сплавляют с оставшейся металлической фазой, а образующийся при восстановлении титана оксид алюминия сплавляют с плавиковым шпатом, который подают в плавильный агрегат вместе с восстановителем. Плавиковый шпат с растворенным оксидом алюминия сливают из плавильного агрегата полностью, после чего полностью сливают пополненную титаном металлическую фазу и сразу в плавильном агрегате создают подложку из ферроалюминия, повторяют операции способа.The novelty of the proposed method lies in the fact that a portion of a titanium-containing mixture is supplied in two parts, the first part of the portion is fed into the hole on a metal substrate formed from ferroaluminium, and when this part is fed, a portion of fluorspar (calcium fluoride) is melted in the hole. Metals from oxides from the first part of the charge portion are reduced by the aluminum substrate, while they are fused with a metal substrate, which is depleted in aluminum, and the resulting aluminum oxide is dissolved in fluorspar to the possible dissolution limit at a melt temperature of fluorspar 1600-1700 ° C. Dissolved alumina fluorspar from the smelting unit is poured into a ladle, cooled to 1450 ° C and the alumina is transferred to the solid phase, which is separated from the fluorspar, leaving the part of the alumina that corresponds to the solubility limit for this temperature after the discharge of fluorspar with dissolved alumina on the changed chemical composition of the metal substrate serves the second part of the portion of the charge and it is melted. The titanium substrates reduce metal oxides in the second part of the charge portion, in which the free formation energy of oxides is less than that of titanium oxide, while forming a high-titanium slag, 70-80% of the titanium-depleted metal phase is drained from the melting unit. In the slag remaining in the melting unit with aluminum, titanium is reduced from oxide, which is alloyed with the remaining metal phase, and the aluminum oxide formed during titanium reduction is alloyed with fluorspar, which is fed to the melting unit together with a reducing agent. Feldspar with dissolved alumina is completely drained from the melting unit, after which the metal phase replenished with titanium is completely drained and a ferroaluminum substrate is created immediately in the melting unit, the process is repeated.
Образованный высокотитанистый шлак может быть слит из плавильного агрегата и направлен на производство титановой губки или пигмента, при этом в шлаке обеспечивают содержание 5% оксида железа, если шлак идет на производство титановой губки, и 10% оксида железа, если шлак идет на производство пигмента.The formed high-titanium slag can be drained from the smelting unit and directed to the production of a titanium sponge or pigment, while the slag provides 5% iron oxide if the slag is used for the production of titanium sponge, and 10% iron oxide if the slag is used for pigment production.
В качестве титаносодержащей шихты рекомендуется использовать ильменитовый концентрат.As a titanium-containing mixture, it is recommended to use ilmenite concentrate.
В лунке рекомендуется расплавлять порцию плавикового шпата соответственно количеству алюминия в подложке из ферроалюминия.In the well, it is recommended to melt a portion of fluorspar according to the amount of aluminum in the ferroaluminum substrate.
Для получения трубной или листовой нержавеющей металлопродукции после слива из плавильного агрегата обедненной по титану металлической фазы, представляющей собой безуглеродистое железо, его рекомендуется сплавлять с металлическим хромом до содержания 12-20%.To obtain pipe or sheet stainless steel products after discharge from the smelting unit of the titanium-depleted metal phase, which is carbon-free iron, it is recommended to fuse it with metal chromium to a content of 12-20%.
Особенностью предлагаемого способа является то, что при переработке первой части порции шихты, которую рекомендуется принимать из ильменитового концентрата, металлическая вращающаяся подложка создается из ферроалюминия, и алюминия в ней должно быть столько, сколько надо на восстановление железа и титана в первой части порции, а при переработке второй части порции шихты металлическая вращающаяся подложка должна быть из ферротитана, полученного при переработке первой части порции шихты, и титана в ней должно быть столько, сколько требуется на восстановление железа из оксидов во второй части порции шихты.A feature of the proposed method is that when processing the first part of a portion of the charge, which is recommended to be taken from ilmenite concentrate, the metal rotating substrate is created from ferroaluminium, and there should be as much aluminum in it as is needed to reduce iron and titanium in the first part of the portion, and when When processing the second part of the batch, the metal rotating substrate must be made of ferrotitanium obtained by processing the first part of the batch, and titanium should be as much as required They are used to reduce iron from oxides in the second part of a portion of the charge.
При восстановлении титаном железа из второй части порции шихты шлаковая фаза будут пополняться оксидом титана, и если перед подачей в шлаковую фазу оксида титана не удалить из плавильного агрегата оксид алюминия, полученный при восстановлении оксидов железа и титана из первой части порции шихты, то получить нужный высокотитанистый шлак будет нельзя. Поэтому перед восстановлением железа из второй части порции шихты из плавильного агрегата следует полностью слить имеющуюся там шлаковую фазу, состоящую в основном из оксида алюминия. Но чтобы такая шлаковая фаза из плавильного агрегата свободно сливалась, ее температура должна быть порядка 2100°С, что нежелательно. Для снижения температуры шлаковой фазы до 1800-1850°С, что вполне допустимо для электроплавильного агрегата, обычно добавляют в шлаковую фазу оксид кальция.When titanium is reduced by iron from the second part of the charge portion, the slag phase will be replenished with titanium oxide, and if aluminum oxide obtained from the reduction of iron and titanium oxides from the first portion of the charge portion is not removed from the melting unit before feeding titanium oxide into the slag phase, then the desired high-titanium slag will be impossible. Therefore, before the reduction of iron from the second part of the portion of the charge from the smelting unit, the slag phase there consisting of mainly aluminum oxide should be completely drained. But in order for such a slag phase from the melting unit to freely merge, its temperature should be about 2100 ° C, which is undesirable. To reduce the temperature of the slag phase to 1800-1850 ° C, which is quite acceptable for the electrofusion unit, calcium oxide is usually added to the slag phase.
По способу предлагается вводить не оксид кальция для понижения температуры плавления шлаковой фазы, а совместно с подачей на плавку концентрата ильменита подавать плавиковый шпат (фтористый кальций CaF2), температура плавления которого 1418°С и который при температуре порядка 1600-1650°С может растворять оксид алюминия до содержания 50% [7, стр.44, рис.2]. Сливать из плавильного агрегата, следовательно, надо плавиковый шпат с растворенным в нем оксидом алюминия, причем при температуре 1600-1700°С.According to the method, it is proposed to introduce not calcium oxide to lower the melting point of the slag phase, but, together with feeding ilmenite concentrate to the smelting, feed fluorspar (calcium fluoride CaF 2 ), the melting point of which is 1418 ° C and which can dissolve at a temperature of about 1600-1650 ° C aluminum oxide to a content of 50% [7, p. 44, Fig. 2]. Drain from the melting unit, therefore, it is necessary to fluorspar with aluminum oxide dissolved in it, and at a temperature of 1600-1700 ° C.
Плавиковый шпат при температуре порядка 1450°С может растворить только 5% оксида алюминия. Поэтому, если слитый в специальный ковш при температуре 1600-1700°С плавиковый шпат, с растворенным в нем оксидом алюминия до 50%, далее охладить до температуры 1450°С, то на поверхности плавикового шлака образуется твердая фаза из оксида алюминия (глинозема). 45% растворенного оксида алюминия всплывет в твердой фазе, т.к. удельный вес оксида алюминия меньше удельного веса плавикового шпата. Всплывший глинозем можно будет скребком из ковша удалить, а оставшийся плавиковый шпат с растворенным в нем 5% оксида алюминия можно вновь использовать для растворения следующей порции получаемого в процессе реализации способа оксида алюминия. Плавиковый шпат, таким образом, в рекомендуемом для реализации способе переработки ильменитового концентрата является оборотным продуктом. Нельзя, конечно, исключить некоторый расход плавикового шпата при реализации способа, но этот расход незначителен и в какой-то степени зависит от содержания в ильмените оксида кремния, поскольку при наличии в шихте оксида кремния происходит его реакция с фтористым кальцием с выделением оксида кальция. В источнике информации [8, стр.218] сказано, что появление 1 г СаО при реакции соединения плавикового шпата с оксидом кремния сопровождается убылью 1,36 г плавикового шпата. Способ предлагается, главным образом, для разработанной схемы переработки ильменитового концентрата, который может быть получен из титаномагнетитовой руды Якутского месторождения [9, стр.24, рис.3]. Проведенные в МИСИСе анализы проб из титаномагнетитовой руды и ильменитового концентрата Якутского месторождения показали, что среднее содержание оксида кремния в пробах (23 пробы) из титаномагнетитовой руды порядка 1,5%, в пробах из ильменитового концентрата оксида кремния вообще не оказалось.Fluorspar at a temperature of about 1450 ° C can dissolve only 5% alumina. Therefore, if fluorspar merged into a special bucket at a temperature of 1600-1700 ° C, with aluminum oxide dissolved in it up to 50%, is then cooled to a temperature of 1450 ° C, then a solid phase of aluminum oxide (alumina) is formed on the surface of the fluorine slag. 45% dissolved alumina will float in the solid phase, as the specific gravity of aluminum oxide is less than the specific gravity of fluorspar. Surfaced alumina can be removed from the ladle with a scraper, and the remaining fluorspar with 5% alumina dissolved in it can be used again to dissolve the next portion of the alumina obtained in the process. Thus, fluorspar in the recommended method for processing ilmenite concentrate is a circulating product. Of course, it is impossible to exclude some consumption of fluorspar during the implementation of the method, but this consumption is insignificant and to some extent depends on the content of silica in ilmenite, since in the presence of silicon oxide there is a reaction with calcium fluoride with the release of calcium oxide. The source of information [8, p. 218] says that the appearance of 1 g of CaO during the reaction of the compound of fluorspar with silicon oxide is accompanied by a decrease in 1.36 g of fluorspar. The method is proposed mainly for the developed scheme for processing ilmenite concentrate, which can be obtained from titanomagnetite ore of the Yakutsk deposit [9, p.24, Fig. 3]. Analyzes of samples from titanomagnetite ore and ilmenite concentrate of the Yakutsk deposit conducted at MISIS showed that the average content of silicon oxide in samples (23 samples) from titanomagnetite ore is about 1.5%, and there were no silica concentrate samples at all.
По способу предлагается возвращать плавиковый шпат, освободив его от растворенного в нем оксида алюминия (глинозема), из которого затем может быть получен алюминий широко известным способом, например методом электролиза. Но если принять рекомендации, помещенные в книге [7, стр.37, 41-42, 56-57], то алюминий, участвующий в процессе переработки ильменитового концентрата, можно возвратить, если растворенный в плавиковом шпате оксид алюминия восстановить углеродом. Весь кислород ильменита при этом будет переведен в отводимую из плавильного агрегата газовую фазу, в плавильном агрегате останутся разделенные алюминий и плавиковый шпат, причем, чтобы это отделение было скорым и эффективным, алюминий при восстановлении должен сплавляться с железом в ферроалюминий с удельным весом больше, чем удельный вес плавикового шпата. В этом случае плавиковый шпат, с растворенным в нем оксидом алюминия, необходимо будет сливать из плавильного агрегата не в специальный ковш, а во второй аналогичный плавильный агрегат, где заранее следует создавать вращающуюся подложку из ферроалюминия, удельный вес которой должен быть больше удельного веса плавикового шпата. Во втором плавильном агрегате, таким образом, будет производиться необходимый для реализации способа ферроалюминий и освобожденный от оксида алюминия плавиковый шпат. Отводимая от плавильного агрегата газовая фаза будут представлять собой оксид углерода, пригодный для использования в качестве газового топлива.According to the method, it is proposed to return fluorspar, freeing it from aluminum oxide (alumina) dissolved in it, from which aluminum can then be obtained by a widely known method, for example, by electrolysis. But if we accept the recommendations in the book [7, p. 37, 41-42, 56-57], then the aluminum involved in the processing of ilmenite concentrate can be returned if the alumina dissolved in the fluorspar is reduced by carbon. In this case, all of the ilmenite oxygen will be transferred to the gas phase discharged from the smelting unit, the separated aluminum and fluorspar will remain in the smelting unit, and in order for this separation to be quick and efficient, the aluminum must be fused with iron to reduce ferroaluminium with a specific gravity greater than the proportion of fluorspar. In this case, fluorspar, with aluminum oxide dissolved in it, will need to be drained from the melting unit not into a special ladle, but into a second similar melting unit, where a rotating substrate made of ferroaluminium should be created in advance, the specific gravity of which should be greater than the specific weight of the fluorspar . Thus, in the second smelting unit, ferroaluminium and fluorspar, freed from alumina, will be produced. The gas phase discharged from the smelting unit will be carbon monoxide suitable for use as a gas fuel.
Анализируя технологическую схему предлагаемого способа (см. Фиг.1), можно заметить, что ферротитан в ней упоминается дважды. Первый раз, когда перерабатывается первая часть порции шихты. Титана в этом ферротитане может быть до 45%. Если не делить порцию шихты на две части, то будут получен ферротитан и шлак с высоким содержанием оксида алюминия, но содержание титана в ферротитане не изменится.Analyzing the technological scheme of the proposed method (see Figure 1), it can be noted that ferrotitanium is mentioned twice in it. The first time that the first part of the charge portion is processed. Titanium in this ferrotitanium can be up to 45%. If you do not divide the batch portion into two parts, then ferrotitanium and slag with a high content of alumina will be obtained, but the titanium content in ferrotitanium will not change.
После переработки по способу второй части порции шихты можно получить титан с высоким содержанием титана (до 75%) или высокотитанистый шлак, пригодный для переработки на титановую губку или пигмент. В книге [4, стр.159, табл.33] сказано, что шлак на титановую губку должен содержать FeO 5%, а если на пигмент, то в шлаке должно быть 10% FeO. Из этого следует, что при восстановлении алюминием оксидов в первой части порции шихты необходимо восстановить столько оксида титана, чтобы его на восстановление оксида железа во второй части порции шихты не хватило и чтобы в получаемом высокотитанистом шлаке оставалось 5 или 10% невосстановленного FeO. Следует заметить, что оставление в шлаке 5 или 10% невосстановленного FeO играет положительную роль, т.к. при этом значительно снижается температура плавления шлака.After processing the second part of the charge portion by the method, it is possible to obtain titanium with a high titanium content (up to 75%) or high-titanium slag suitable for processing on a titanium sponge or pigment. The book [4, p. 159, Table 33] says that the slag on the titanium sponge should contain 5% FeO, and if on the pigment, then 10% FeO should be in the slag. It follows that when reducing oxides with aluminum in the first part of the charge portion, it is necessary to recover as much titanium oxide so that it is not enough to reduce iron oxide in the second part of the charge portion and that 5 or 10% of unreduced FeO remains in the resulting high-titanium slag. It should be noted that the remaining 5 or 10% of unreduced FeO in the slag plays a positive role, since this significantly reduces the melting point of the slag.
Если же высокотитанистый шлак будет расходоваться на ферротитан с высоким содержанием титана, то для снижения его температуры вводится, как это и предусматривается способом, плавиковый шпат.If the high-titanium slag will be spent on ferrotitanium with a high titanium content, then fluorspar is introduced to reduce its temperature, as stipulated by the method.
Имеет место одна важная особенность предлагаемого способа - многофункциональность. Эта многофункциональность может быть реализована в плавильном агрегате, который назван в технической литературе также многофункциональным плавильном агрегатом (МПА), который имеет патентную защиту [9].There is one important feature of the proposed method is multifunctionality. This multifunctionality can be implemented in a melting unit, which is also referred to in the technical literature as a multifunctional melting unit (MPA), which has patent protection [9].
Технологическая многофункциональность способа заключается в том, что практически на одном объекте, где все технологическое оборудование может быть взаимосвязано с главным в объекте МПА, может быть получено значительное число товарной продукции. Например: после переработки первой и второй частей порции ильменита и полного слива высокотитанистого шлака, который будут отправлен на производство титановой губки или пигмента, в МПА остается чистое железо, причем безуглеродистое. Если в такое железо ввести 12-20% металлического хрома и получить безуглеродистый сплав железа с хромом, то из такого сплава далее можно получить нержавеющую листовую или трубную продукцию, причем если необходимо получить листовую продукцию, то можно, используя МПА, реализовать патент РФ [10], а если трубную продукцию, то можно, используя дополнительную емкость в МПА, получать полые трубные заготовки, в том числе из слоев металла разного химического состава. Технология производства таких полых заготовок представлена в патенте РФ [11].The technological versatility of the method lies in the fact that practically at one facility, where all technological equipment can be interconnected with the main facility in the MPA, a significant number of commercial products can be obtained. For example: after processing the first and second parts of a portion of ilmenite and completely draining the high-titanium slag, which will be sent to the production of a titanium sponge or pigment, pure iron remains in the MPA, moreover, carbon-free. If 12-20% of metallic chromium is introduced into such iron and a carbon-free alloy of iron with chromium is obtained, then from this alloy one can further obtain stainless sheet or pipe products, and if it is necessary to obtain sheet products, it is possible, using IPA, to implement a RF patent [10 ], and if pipe production, then it is possible, using an additional capacity in MPA, to obtain hollow pipe billets, including from metal layers of different chemical composition. The production technology of such hollow billets is presented in the patent of the Russian Federation [11].
Поскольку хром сплавляется с безуглеродистым железом в сплав, то получаемая из него нержавеющая продукция приобретает свойства, которые имеет никельсодержащая нержавеющая продукция, например продукция из нержавеющего сплава 0,8Х18Н10Т.Since chromium is fused with carbon-free iron into an alloy, the stainless products obtained from it acquire the properties that nickel-containing stainless products have, for example, products from the 0.8X18H10T stainless alloy.
Разработана технология, по которой получаемые в МПА полые заготовки для нержавеющей продукции еще горячими подаются на производство труб, причем разного диаметра.A technology has been developed by which hollow billets for stainless products obtained in MPA are still fed hot to the production of pipes of different diameters.
Если требуется производить ферротитан, то, до того как восстановить алюминием титан из оксидов, из МПА сливается основная часть безуглеродистого железа, которое (в другом агрегате) может перерабатываться на товарную продукцию, которая обозначена на схеме переработки порций ильменитового концентрата.If it is required to produce ferrotitanium, then, before aluminum is reduced to titanium from oxides, the main part of carbon-free iron is merged from MPA, which (in another unit) can be processed into commercial products, which are indicated on the scheme for processing portions of ilmenite concentrate.
В примере осуществления предлагаемого способа реализована 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 шихты из ильменитового концентрата, который может быть получен из титаномагнетитовой руды Якутского месторождения, принимаем 10 тонн.For example, the mass of a portion of the mixture from ilmenite concentrate, which can be obtained from titanomagnetite ore of the Yakutsk deposit, is 10 tons.
Химический состав этого концентрата (средний из 8-ми проб) следующий, %: TiO2 - 50,02; FeO - 45,40; MnO - 0,78; MgO - 3,30; Cr2О3 - 0,06; Al2O3 - 0,014.The chemical composition of this concentrate (the average of 8 samples) is as follows,%: TiO 2 - 50.02; FeO - 45.40; MnO - 0.78; MgO - 3.30; Cr 2 O 3 - 0.06; Al 2 O 3 - 0.014.
Порция шихты согласно предлагаемого способа делится на две части. Проведенные расчеты показали, чтобы титана в ферротитане, полученном при переработке первой части порции шихты, хватило на восстановление железа из FeO, которое содержится во 2-ой части порции шихты, необходимо в первой части иметь порядка 40% порции шихты, а во 2-ой части - порядка 60%. Из этого следует, что сначала на переработку подается первая часть порции шихты массой 4 т, а затем вторая часть порции шихты массой 6 т.A portion of the charge according to the proposed method is divided into two parts. The calculations showed that the titanium in ferrotitanium obtained by processing the first part of the charge portion is sufficient to recover iron from FeO, which is contained in the second part of the charge portion, it is necessary to have about 40% of the charge portion in the first part, and in the second parts - about 60%. From this it follows that first the first part of the charge portion weighing 4 tons is fed for processing, and then the second part of the charge portion is weighing 6 tons.
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. В примере приводятся результаты, полученные при восстановлении металлов только из двух оксидов - титана и железа. Из-за малости остальных восстанавливаемых оксидов - марганца и хрома - их восстановление не учитывается. Оксид магния восстанавливаться не будет и возможен его уход их плавильного агрегата или вместе с высокотитанистым шлаком, где его присутствие будут близким к допустимому, или вместе с плавиковым шпатом и оксидом алюминия, после чего, при необходимости, MgO может быть восстановлен известным методом в товарную продукцию.1. The example presents the results obtained during the reduction of metals from only two oxides - titanium and iron. Due to the smallness of the rest of the reduced oxides — manganese and chromium — their reduction is not taken into account. Magnesium oxide will not be reduced and its melting unit will be able to escape either together with high-titanium slag, where its presence will be close to acceptable, or together with fluorspar and aluminum oxide, after which, if necessary, MgO can be reduced into commercial products by a known method .
2. Основным восстановителем оксидов является алюминий и хотя на определенном этапе оксид железа восстанавливается титаном, полученный при этом оксид титана далее также восстанавливается алюминием. В примере подсчитан максимально возможный расход алюминия на восстановление оксидов. Фактически будет иметь место несколько меньший расход, который может быть уточнен только после практической реализации способа.2. The main reducing agent for oxides is aluminum, and although iron oxide is reduced by titanium at a certain stage, the titanium oxide obtained in this way is also reduced by aluminum. In the example, the maximum possible consumption of aluminum for the reduction of oxides was calculated. In fact, there will be a slightly lower consumption, which can be specified only after the practical implementation of the method.
3. Восстановление FeO титаном из второй части порции шихты принимается полным, поскольку, как известно, титан является сильным восстановителем оксидов железа и восстанавливает его практически полностью.3. The reduction of FeO by titanium from the second part of the charge portion is accepted as complete, since, as is known, titanium is a strong reducing agent of iron oxides and reduces it almost completely.
Для восстановления железа и титана из 4-х тонн концентрата ильменита необходимо затратить порядка 1354 кг алюминия. Поскольку алюминий на восстановление должен расходоваться из ферроалюминия (FeAl), в котором 25% железа и удельный вес которого ≈3,0 г/см3, то масса подложки из FeAl должна составить порядка 1805 кг. На указанную приведенную во вращение жидкую подложку из FeAl и следует постепенно подавать 4 т концентрата ильменита.To restore iron and titanium from 4 tons of ilmenite concentrate, it is necessary to spend about 1354 kg of aluminum. Since aluminum for reduction should be spent from ferroaluminium (FeAl), in which 25% of iron and its specific gravity is ≈3.0 g / cm 3 , the mass of the FeAl substrate should be about 1805 kg. 4 tons of ilmenite concentrate should be gradually fed into the indicated liquid-rotated FeAl substrate.
Температура подложки должна быть не менее температуры плавления ильменита. Начальную температуру рекомендуется иметь порядка 1250-1300°С.The temperature of the substrate should be at least the melting point of ilmenite. The initial temperature is recommended to have about 1250-1300 ° C.
Регламент подачи ильменита на плавку должен быть таким, чтобы при подаче шихты подложка всегда была расплавленной.The regulations for the supply of ilmenite for melting should be such that, when feeding the charge, the substrate is always molten.
Сразу после расплавления ильменита алюминий начнет восстанавливать оксиды, в первую очередь оксид железа, а затем и оксид титана, причем реакции такого восстановления экзотермические, т.е. с выделением тепла. Тепло, следовательно, будет поступать как от тигельной части МПА, так и за счет экзотермических реакций. Восстановление оксидов будет сопровождаться вводом в шлаковую фазу оксида алюминия (Al2О3), что потребует за собой увеличение температуры шлаковой фазы. Как только температура шлаковой фазы будет повышена до 1450-1500°С, следует вместе с продолжением подачи концентрата ильменита начинать подачу на плавку плавикового шпата (CaF2), температура плавления которого 1418°С.Immediately after the melting of ilmenite, aluminum will begin to reduce oxides, primarily iron oxide, and then titanium oxide, and the reactions of such reduction are exothermic, i.e. with the release of heat. Heat, therefore, will come both from the crucible part of the MPA, and due to exothermic reactions. The reduction of oxides will be accompanied by the introduction of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) into the slag phase, which will require an increase in the temperature of the slag phase. As soon as the temperature of the slag phase is increased to 1450-1500 ° C, along with the continued supply of ilmenite concentrate, the supply of fluorspar (CaF 2 ), melting temperature of which is 1418 ° C, should be started.
К моменту переработки первой части порции шихты в шлаковый расплав необходимо ввести столько CaF2, сколько в нем будет Al2О3, а температура расплава должна быть порядка 1650°С. Фактически расплав будет содержать 2556 кг CaF2 и 2556 кг Al2О3, в сумме 5112 кг.By the time of processing the first part of the charge portion into the slag melt, it is necessary to introduce as much CaF 2 as there is Al 2 O 3 in it , and the melt temperature should be about 1650 ° C. In fact, the melt will contain 2556 kg of CaF 2 and 2556 kg of Al 2 O 3 , in total 5112 kg.
Указанный расплав из плавильного агрегата должен полностью сливаться, и если на объекте нет второго аналогичного МПА, то слив надо осуществлять в ковш, футерованный углеродистым огнеупором, иначе (если будут обычная футеровка из огнеупорного материала) плавиковый шпат быстро разъест эту футеровку. После охлаждения расплава в ковше до температуры порядка 1450°С порядка 2430 кг Al2О3 из жидкой фазы выделится в твердую, поскольку растворимость Al2О3 в плавиковом шпате при температуре 1450°С составляет всего 5%, и эту твердую фазу (глинозем) из ковша следует удалить. Оставшийся в ковше плавиковый шпат, массой 2556 кг, с растворенным в нем 126-тью кг глинозема, становится пригодным как оборотный материал для использования при переработке следующей части порции шихты из ильменитового концентрата.The specified melt from the smelting unit must completely merge, and if there is no second similar MPA on the object, then it must be drained into a ladle lined with carbon refractory, otherwise (if there will be a regular lining of refractory material) the fluorspar will quickly corrode this lining. After cooling the melt in the ladle to a temperature of about 1450 ° C, about 2430 kg of Al 2 O 3 will separate from the liquid phase into the solid phase, since the solubility of Al 2 O 3 in fluorspar at a temperature of 1450 ° C is only 5%, and this solid phase (alumina ) should be removed from the bucket. The fluorspar remaining in the bucket, weighing 2556 kg, with 126 kg of alumina dissolved in it, becomes suitable as a working material for use in the processing of the next portion of the batch of ilmenite concentrate.
Лучше иметь на объекте дополнительный аналогичный МПА и в этот агрегат, на заранее подготовленную вращающуюся подложку, например, из ферроалюминия, через специальный шлакопровод перелить плавиковый шпат с растворенным в нем оксидом алюминия. Вращение подложки позволит иметь в агрегате лунку параболической формы, за счет которой будут предохраняться стенки футеровки МПА от разъедающего действия плавикового шпата. Далее оксид алюминия следует восстановить углеродом так, как это рекомендуется в книге Дигонсского В.В. и др. [7]. Углерод в составе СО уйдет через специальный газопровод на полезное сжигание, а алюминий сплавится с подложкой. Освободившийся от оксида алюминия плавиковый шпат снова может быть готов к употреблению, причем его и образующийся в МПА ферроалюминий можно будет по тому же специальному шлакопроводу, по которому был подан плавиковый шпат с оксидом алюминия, перелить в основной МПА. Переливы из основного МПА в дополнительный и обратно через специальный шлакопровод возможны, поскольку крышки на МПА устанавливаются с возможностью их герметизации, что позволяет в камерах МПА создавать или повышенное давление инертного газа, или необходимое разряжение, или вакуум.It is better to have an additional similar MPA at the facility and into this unit, onto a pre-prepared rotating substrate, for example, from ferroaluminium, pour fluorspar with aluminum oxide dissolved in it through a special slag pipeline. The rotation of the substrate will allow you to have a parabolic-shaped hole in the unit, due to which the walls of the MPA lining will be protected from the corrosive action of fluorspar. Further, aluminum oxide should be reduced with carbon as recommended in the book of V. V. Digonsky. et al. [7]. Carbon in the composition of СО will go through a special gas pipeline for useful combustion, and aluminum will fuse with the substrate. The fluorspar freed from alumina can again be ready for use, moreover, it and ferroaluminium formed in the MPA can be poured into the main MPA using the same special slag conduit through which the fluorspar with aluminum oxide was fed. Overflows from the main MPA to the additional one and vice versa through a special slag pipe are possible, since the covers on the MPA are installed with the possibility of sealing them, which allows the MPA chambers to create either increased inert gas pressure, or the necessary vacuum, or vacuum.
Использование дополнительного МПА, в котором можно будет восстанавливать алюминий из оксида, делает алюминий оборотным, и его не надо будут закупать, причем, оборачиваясь, он может подаваться в основной МПА в виде ферроалюминия, который также может быть получен в дополнительном МПА, если в освободившийся от оксида алюминия плавиковый шпат подать FeO, например, в виде сухой окалины. Плавиковый шпат быстро растворит FeO, углерод заберет кислород, а железо сплавится с алюминием до заданного содержания - 25%.The use of additional MPA, in which aluminum can be reduced from oxide, makes aluminum circulating, and it will not need to be purchased, and, turning, it can be supplied to the main MPA in the form of ferroaluminium, which can also be obtained in additional MPA, if released from alumina, fluorspar should be fed FeO, for example, in the form of dry scale. Feldspar will quickly dissolve FeO, carbon will take oxygen, and iron will fuse with aluminum to a predetermined content of 25%.
Конечно, ввод дополнительного МПА повлечет за собой дополнительные затраты на изготовление дополнительного технологического оборудования, но выгода экономического и технологического характера становится настолько существенной, что эти затраты окупятся.Of course, the introduction of additional MPA will entail additional costs for the production of additional technological equipment, but the economic and technological benefits become so significant that these costs will pay off.
После удаления из МПА жидкой фазы из CaF2 и Al2О3 в МПА остается ферротитан, в котором титана порядка 40% (остальное железо), на подложку из ферротитана подается и расплавляется вторая часть порции шихты из ильменитового концентрата. Задача титана в подложке - полностью восстановить FeO из этой порции и самому уйти в шлаковую фазу, которая будет представлять собой высокотитанистый шлак. Чтобы температура указанного шлака была в пределах не больше 1700-1750°С, рекомендуется дополнительно ввести оксид железа, как это показано на фиг.1, но это надо делать, если весь оксид титана будет далее направлен на производство титановой губки или пигмента. Оксида титана в высокотитанистом шлаке будет порядка 5 т.After the liquid phase is removed from MPA from CaF 2 and Al 2 O 3 , ferrotitanium remains in MPA, in which titanium is about 40% (the rest is iron), the second part of the charge portion from ilmenite concentrate is fed and melted onto the substrate from ferrotitanium. The task of titanium in the substrate is to completely restore FeO from this portion and to enter the slag phase itself, which will be a high-titanium slag. In order for the temperature of the specified slag to be no more than 1700-1750 ° C, it is recommended to additionally introduce iron oxide, as shown in Fig. 1, but this must be done if all titanium oxide is further directed to the production of a titanium sponge or pigment. Titanium oxide in high-titanium slag will be about 5 tons.
После полного слива высокотитанистого шлака в МПА останется около 4 т безуглеродистого железа, которое можно полностью слить и направить на передел в железную металлопродукцию, которая будет иметь высокие антикоррозийные свойства, но прочность будет ниже, чем прочность, например, стали. Лучше это железо в МПА сплавить, например, с 15% металлического хрома, получить 4,7 т сплава и этот сплав направить на производство листовой или трубной нержавеющей продукции.After the high-titanium slag is completely drained, about 4 tons of carbon-free iron will remain in the MPA, which can be completely drained and sent to redistribution into iron metal products, which will have high anticorrosive properties, but the strength will be lower than the strength, for example, of steel. It is better to alloy this iron in MPA, for example, with 15% metal chromium, to obtain 4.7 tons of alloy and direct this alloy to the production of sheet or pipe stainless products.
В случае необходимости иметь ферротитан с высоким содержанием титана высокотитанистый шлак из МПА не сливается, а сливается из него все безуглеродистое железо, и вместо него водится ферроалюминий порядка 3000 кг, в котором будет порядка 2250 кг алюминия, которого хватит на восстановление всего оксида титана из порции шихты. Если весь оксид титана восстановится до металла, то в ферротитане будет порядка 3000 кг титана и порядка 750 кг железа, всего 3650 кг. В этом ферротитане будут 80% титана и 20% железа.If it is necessary to have ferrotitanium with a high titanium content, the high-titanium slag from MPA does not merge, but all carbon-free iron merges from it, and instead ferroaluminium is about 3000 kg in which there will be about 2250 kg of aluminum, which is enough to recover all titanium oxide from a portion charge. If all titanium oxide is reduced to metal, then in ferrotitanium there will be about 3000 kg of titanium and about 750 kg of iron, a total of 3650 kg. This ferrotitanium will have 80% titanium and 20% iron.
Однако полный слив железа влечет за собой исчезновение в МПА вращающейся металлической подложки, которая предохраняет футеровку от разъедающего действия шлака. Чтобы этого не допустить, из МПА надо слить не все полученное железо, а порцию FeAl, которая сплавится с остатком железа, и Al начнет восстанавливать титан из шлака. Металлическая фаза начнет пополняться титаном в ходе экзотермической реакции, т.е. с выделением тепла.However, a complete discharge of iron entails the disappearance in the MPA of a rotating metal substrate, which protects the lining from the corrosive action of slag. In order to prevent this, not all of the obtained iron should be drained from MPA, but a portion of FeAl, which will fuse with the remainder of iron, and Al will begin to reduce titanium from slag. The metal phase begins to replenish with titanium during the exothermic reaction, i.e. with the release of heat.
Чтобы не было перегрева шлаковой фазы, FeAl в МПА надо подавать регламентированно. Когда в шлаке образуется определенное количество оксида алюминия, например порядка 20-30%, также регламентированно следует подавать в МПА CaF2 для растворения в нем оксида алюминия.So that there is no overheating of the slag phase, FeAl in MPA must be fed in a regulated manner. When a certain amount of alumina is formed in the slag, for example, of the order of 20-30%, CaF 2 should also be fed to MPA in order to dissolve the alumina in it.
Следует сказать, что операции по регламентированной подаче в МПА FeAl и CaF2 в твердом виде трудностей представлять не будут, но при подаче в жидком виде могут возникнуть трудности. Если при реализации предлагаемого способа будет применяться предлагаемое устройство, то, во-первых, проведение указанных операций значительно упрощается, и, во-вторых, появляется возможность иметь оборотным не только плавиковый шпат, но и алюминий. Затраты, связанные с воспроизводством алюминия, будут иметь место, но они будут значительно меньше, чем при покупке алюминия.It should be said that the operations for the regulated supply of FeAl and CaF 2 in solid form to MPA will not present difficulties in solid form, but difficulties in supplying in liquid form may arise. If during the implementation of the proposed method the proposed device will be used, then, firstly, carrying out these operations is greatly simplified, and, secondly, it becomes possible to have not only fluorspar but also aluminum. The costs associated with the reproduction of aluminum will take place, but they will be significantly less than with the purchase of aluminum.
В случае оставления полученного железа в МПА в пределах 20-30%, как это показано на фиг.1, содержание титана в ферротитане может быть до 70%, и он может предлагаться потребителям по ГОСТу 4761-91.In the case of leaving the obtained iron in MPA within 20-30%, as shown in figure 1, the titanium content in ferrotitanium can be up to 70%, and it can be offered to consumers according to GOST 4761-91.
Известны многие варианты технологического оборудования по переработке ильменитового концентрата. Чаще всего эти варианты включают широко распространенное и освоенное в черной и цветной металлургии оборудование, такое, например, как вращающиеся трубчатые печи и колосниковые конвейеры для ожелезнения в окатышах концентрата ильменита. Для раздельной плавки ожелезненных окатышей на железо или чугун и на титанистый шлак, пригодный для производства из него титановой губки или пигментного диоксида титана, применяют широко известные дуговые электропечи или рудотермические печи и т.д. В публикациях [2, 4] это оборудование представлено достаточно широко. Окатыши из концентрата ильменита производят в специальном цехе, где применяется соответствующее известное оборудование. Переработка ильменитового концентрата на титаносодержащую продукцию задалживает, следовательно, значительное количество технологического оборудования, причем не дешевого.Many variants of technological equipment for processing ilmenite concentrate are known. Most often, these options include equipment widely used and mastered in ferrous and non-ferrous metallurgy, such as, for example, rotary tube furnaces and grate conveyors for ironing in ilmenite concentrate pellets. For the separate melting of ironized pellets on iron or cast iron and on titanium slag suitable for the production of titanium sponge or pigment titanium dioxide from it, widely known arc electric furnaces or ore-thermal furnaces, etc. are used. In publications [2, 4] this equipment is represented quite widely. Pellets from ilmenite concentrate are produced in a special workshop where appropriate known equipment is used. The processing of ilmenite concentrate into titanium-containing products, therefore, pays off a significant amount of technological equipment, and not cheap.
Известно принятое за ближайший аналог осуществления способа устройство, представляющее собой плавильный агрегат, описание конструкции которого представлено в патенте РФ №2207476 [9]. В известном устройстве имеется устройство для производства продукции цветной металлургии, содержащее многофункциональный плавильный агрегат, состоящий из корпуса, выполненного из охлаждаемых труб с закрепленной на них футеровкой, крышкой с рядом отверстий для подачи через них в плавильную камеру необходимых материалов и отвода газовой фазы, в том числе с центральным отверстием, футерованного огнеупором днища с центральной сливной шлаковой леткой, размещенного на днище МГД-устройства для создания вращения жидкой металлической фазы в плавильной камере и тигельной части для индукционного нагрева жидкой металлической фазы, размещенной вокруг корпуса, и футерованную емкость, сообщающуюся через металлопровод с плавильной камерой и снабженную донной и боковой летками для слива из плавильной камеры металлической фазы и крышкой.Known taken as the closest analogue to the implementation of the method of the device, which is a melting unit, a design description of which is presented in the patent of the Russian Federation No. 2207476 [9]. In the known device there is a device for the production of non-ferrous metallurgy containing a multifunctional melting unit, consisting of a housing made of cooled pipes with a lining fixed to them, a cover with a number of holes for supplying the necessary materials through them to the melting chamber and venting the gas phase, including including a central hole lined with a refractory bottom with a central drain slag notch located on the bottom of the MHD device to create a rotation of the liquid metal phase in a melting chamber and a crucible for induction heating of a liquid metal phase placed around the housing, and a lined tank communicating through a metal wire with a melting chamber and provided with bottom and side slots for draining the metal phase from the melting chamber and a lid.
Примеры работы агрегата даны в патентах РФ №№2228967 и 2250271 [5, 12], в которых плавильный агрегат назван многофункциональным плавильным агрегатом (МПА).Examples of the operation of the unit are given in RF patents Nos. 2228967 and 2250271 [5, 12], in which the melting unit is called a multifunctional melting unit (MPA).
Принятый за ближайший аналог, в составе устройства для осуществления способа, МПА 1 (см. Фиг.2) содержит следующие основные узлы: корпус 1, выполненный из охлаждаемых труб с закрепленной на них футеровкой; крышку 2 с рядом отверстий для подачи через них в плавильную камеру необходимых материалов и отвода газовой фазы, в том числе с центральный отверстием 3; футерованное огнеупором днище 4 с центральной сливной шлаковой леткой 5; размещенное на днище МГД-устройство 6 для создания вращения жидкой металлической фазы в плавильной камере 7; размещенную вокруг корпуса 1 тигельную часть 8 для индукционного нагрева жидкой металлической фазы; а также дополнительный узел - футерованную емкость 9, сообщающуюся через металлопровод 10 с плавильной камерой 7 и снабженную донной 11 и боковой 12 летками для слива из плавильной камеры 7 металлической фазы, и крышкой 13.Accepted as the closest analogue, as part of the device for implementing the method, MPA 1 (see Figure 2) contains the following main nodes:
Предлагаемый способ может быть реализован с применением МПА 1 в соответствии с технологической схемой, которая представлена на Фиг.1.The proposed method can be implemented using
Согласно способу слив плавикового шпата с растворенным в нем оксидом алюминия осуществляется в ковш, футерованный дорогим углеродистым материалом. После охлаждения слива до температуры 1450°С из него выделится глинозем, который необходимо будет удалить из ковша и отправить, как товарный продукт 1, на переработку в электролизный цех лучше того алюминиевого завода, который поставляет алюминий. Плавиковый шпат, освободившийся от оксида алюминия на 95%, становится оборотным, чего нельзя сказать об алюминии.According to the method, the discharge of fluorspar with aluminum oxide dissolved in it is carried out in a ladle lined with expensive carbon material. After cooling the drain to a temperature of 1450 ° C, alumina will be released from it, which will need to be removed from the ladle and sent as a
МПА 1 хотя и пригоден для реализации способа, но в этом МПА переработка ильменитового концентрата не может быть достаточно эффективной, в частности из-за того, что отдельные операции способа выполняются продолжительное время и при этом задалживается вспомогательное оборудование, например, специальные ковши с дорогостоящей углеродистой футеровкой.
Новизна предлагаемого устройства заключается в том, что рядом с главным плавильным агрегатом (МПА 1, Фиг.2) размещен дополнительный плавильный агрегат (ПА 2), который содержит аналогичные узлы и не содержит дополнительного узла, но имеет один общий для двух плавильных агрегатов узел 14, размещенный при соблюдении герметичности относительно центральных отверстий в крышках, причем общий узел внутри содержит выполненный из графитовых труб металлошлакопровод с одним горизонтальным участком 15 и двумя вертикальными участками 16, оси которых совпадают с осями центральных отверстий в крышках; металлошлакопровод снабжен управляемым гидроприводом 17 вертикального возвратно-поступательного перемещения на шаг, равный высоте плавильной камеры агрегата; к крышкам подключены системы, позволяющие в камерах плавильных агрегатов создавать повышенное давление инертного газа или разрежение.The novelty of the proposed device lies in the fact that next to the main melting unit (
Вертикальные участки металлошлакопроводов соединены с горизонтальным участком через угловые графитовые блоки 18, закрепленные в общем кожухе 19, который соединен с приводом 17 вертикального возвратно-поступательного перемещения, причем гидроцилиндр привода размещен между главным плавильным агрегатом и дополнительным плавильным агрегатом.The vertical sections of the metal slag pipelines are connected to the horizontal section through the corner graphite blocks 18, fixed in a
Наличие в устройстве для реализации способа ПА2 позволяет:The presence in the device for implementing the method PA2 allows you to:
- создавая в МПА1 давление газа или в ПА2 разрежение и через металлошлакопровод, размещенный в общем узле, сливать из МПА1 плавиковой шпат с растворенным в нем оксидом алюминия не в ковш с графитовой футеровкой, а в ПА2 на вращающуюся металлическую подложку из FeAl, которая предохраняет обычную футеровку в ПА2 от разъедающего действия CaF2;- by creating a gas pressure in MPA1 or in PA2 a vacuum and through a metal slag conduit located in a common unit, pour fluorspar with MPA1 dissolved in it not into a ladle with graphite lining, but in PA2 onto a rotating FeAl metal substrate, which protects the usual lining in PA2 from the corrosive action of CaF 2 ;
- за счет ввода в ПА2 углеродистого восстановителя восстанавливать оксид алюминия, а также оксид железа, из подаваемой в ПА, например, прокатной окалины, и полученные Al и Fe сплавлять с металлической подложкой в необходимый для процесса FeAl, при этом алюминий, так же как и плавиковый шпат, становится оборотным;- by introducing a carbon reducing agent into PA2, to reduce alumina, as well as iron oxide, from mill scale fed into PA, for example, and the resulting Al and Fe to be fused with a metal substrate to the FeAl necessary for the process, while aluminum, like fluorspar becomes negotiable;
- создавая давление в ПА2 или разрежение в МПА1 и устанавливая в определенной позиции вертикальные участки металлошлакопровода, переливать из ПА2 в МПА1 в заданных количествах подготовленные в ПА2 CaF2 и FeAl.- creating pressure in PA2 or rarefaction in MPA1 and establishing vertical sections of the metal slag pipeline in a certain position, pour CaF 2 and FeAl prepared in PA2 from PA2 into MPA1 in predetermined quantities.
В предлагаемом способе по переработке ильменитового концентрата вращающаяся подложка рекомендуется из ферроалюминия. В способах по патентам РФ [5] и [12] рекомендуется вести переработку ильменитового концентрата на иных металлических вращающихся подложках. Просчитаны эффективности способов, реализуемых по указанным патентам.In the proposed method for processing ilmenite concentrate, a rotating substrate is recommended from ferroaluminium. In the methods of RF patents [5] and [12], it is recommended to process ilmenite concentrate on other metal rotating substrates. Calculated the effectiveness of the methods implemented by the specified patents.
Эффективность предлагаемой переработки ильменитового концентрата с применением подложки из ферроалюминия и с применением аналогичного МПА, который позволяет вести плавку в несколько измененных условиях, позволяет утверждать о не меньшей эффективности предлагаемого нового технического решения. Если в: способах по патентам [5] и [12] прибыль от реализации способов определяется суммой до 400 долл. на 1 тонну концентрата ильменита, то по предлагаемому способу, как показывают проверочные расчеты, эта прибыль может быть удвоена и даже утроена (если использовать при реализации способа дополнительный ПА2).The effectiveness of the proposed processing of ilmenite concentrate using a substrate of ferroaluminium and using a similar MPA, which allows melting under slightly changed conditions, allows us to state that the proposed new technical solution is no less effective. If in: methods according to patents [5] and [12], the profit from the implementation of the methods is determined by the amount of up to $ 400 per 1 ton of ilmenite concentrate, then according to the proposed method, as shown by verification calculations, this profit can be doubled and even tripled (if used when implementing the method, additional PA2).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:The technical result of the invention 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 two times, since in the process when metals are reduced from oxides, not endothermic reactions (with heat absorption), but exothermic (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 Al, с другой стороны, с положительным эффектом использовать сильный металлический восстановитель, каковым является Al, 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, on the other hand, to use a strong metal reducing agent, such as Al, with a positive effect, as a result which reduces the payback period of technological equipment, delayed for the implementation of the proposed method;
реализуется практически безотходная технология, а удаляемая из ПА2 газовая фаза представляет удобное для потребителя газовое топливо.almost waste-free technology is being implemented, and the gas phase removed from PA2 represents a gas fuel convenient for the consumer.
Реализуется прогрессивная технология жидкофазного восстановления металлов из оксидов в условиях вращения расплава электромагнитным полем, позволяющая при плавке, например: полезно использовать центробежный эффект; ускоренно расплавлять подаваемый на плавку концентрат ильменита и плавиковый шпат, при этом защищать футеровку от агрессивного действия плавикового шпата; ускоренно осуществлять после расплавления массообмен между шлаковой и металлической фазами; 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; accelerate to melt ilmenite concentrate and fluorspar supplied to the smelting, while protecting the lining from the aggressive action of fluorspar; to accelerate after melting mass transfer between the slag and metal phases; simplify operations to periodically remove the metal and slag phases from the unit smelter.
В случае производства только ферротитана и безуглеродистого железа проводить плавки только со сливом металлической фазы в товарную продукцию, слива шлаковой фазы не потребуется.In the case of the production of only ferrotitanium and carbon-free iron, melting is carried out only with the discharge of the metal phase into commercial products, the discharge of the slag phase is not required.
Источники информацииInformation sources
1. Покалов В.Т. Проблемы сырьевой базы легирующих металлов. Журнал Минеральные ресурсы России, №5-6, 2003.1. Pokalov V.T. Problems of the raw material base of alloying metals. Journal Mineral Resources of Russia, No. 5-6, 2003.
2. Дерябин Ю.А., Смирнов Л.А., Дерябин А.А. Перспективы переработки Чинейских титаномагнетитов. - Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 1999, - 368 с.2. Deryabin Yu.A., Smirnov L.A., Deryabin A.A. Prospects for processing Chinean titanomagnetites. - Yekaterinburg: Sred.-Ural. Prince Publishing House, 1999, 368 p.
3. Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургиздат, 1963, с.640.3. The United F.P. Electrometallurgy of steel and ferroalloys. M .: Metallurgizdat, 1963, p. 640.
4. Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шумаков Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. М.: Металлургия, 1997, с.432.4. Leontyev L.I., Vatolin N.A., Shavrin S.V., Shumakov N.S. Pyrometallurgical processing of complex ores. M.: Metallurgy, 1997, p.432.
5. Патент РФ №2228967.5. RF patent No. 2228967.
6. Патент РФ №2228967.6. RF patent No. 2228967.
7. Дигонский В.В., Дигонский С.В. Дубинин Н.А. Металлургия будущего. Новосибирск: ВО "НАУКА", 1993.7. Digonsky V.V., Digonsky S.V. Dubinin N.A. Metallurgy of the future. Novosibirsk: IN "SCIENCE", 1993.
8. Трахимович В.И., Шалимов А.Г. Использование железа прямого восстановления при выплавке стали. М.: Металлургия, 1982, 248 с.8. Trakhimovich V.I., Shalimov A.G. The use of direct reduction iron in steelmaking. M .: Metallurgy, 1982, 248 p.
9. Патент РФ №2207476.9. RF patent No. 2207476.
10. Патент РФ №2250151.10. RF patent №2250151.
11. Патент РФ №2184327.11. RF patent No. 2184327.
12. Патент РФ №2250271.12. RF patent No. 2250271.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005120263/02A RU2311469C2 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005120263/02A RU2311469C2 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005120263A RU2005120263A (en) | 2007-01-10 |
| RU2311469C2 true RU2311469C2 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=37760890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005120263/02A RU2311469C2 (en) | 2005-06-30 | 2005-06-30 | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2311469C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009139667A1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-11-19 | Volkov Anatoly Evgenievich | Method and device for the pressure production of chemically active metals |
| CN103484683A (en) * | 2013-10-12 | 2014-01-01 | 钢铁研究总院 | Comprehensive utilization method of molten titanium-bearing blast furnace slag |
| RU2774340C1 (en) * | 2018-06-26 | 2022-06-17 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for manufacturing ingots from a titanium-based metal compound |
| US11512369B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-11-29 | Safran Aircraft Engines | Method for producing ingots consisting of a metal compound containing titanium |
-
2005
- 2005-06-30 RU RU2005120263/02A patent/RU2311469C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009139667A1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-11-19 | Volkov Anatoly Evgenievich | Method and device for the pressure production of chemically active metals |
| CN103484683A (en) * | 2013-10-12 | 2014-01-01 | 钢铁研究总院 | Comprehensive utilization method of molten titanium-bearing blast furnace slag |
| RU2774340C1 (en) * | 2018-06-26 | 2022-06-17 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for manufacturing ingots from a titanium-based metal compound |
| US11512369B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-11-29 | Safran Aircraft Engines | Method for producing ingots consisting of a metal compound containing titanium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005120263A (en) | 2007-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102912078A (en) | Minimum energy utilization electric arc furnace system and processes for making steel products | |
| EP3464653A1 (en) | Method and apparatus for the production of cast iron, cast iron produced according to said method | |
| RU2311469C2 (en) | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method | |
| CN106062217B (en) | The method of the mineral of melting iron content, titanium and vanadium | |
| RU2250271C1 (en) | Method of high-titanium-bearing foundry alloy production | |
| RU2295582C1 (en) | Titania-containing slag processing method | |
| WO2011045755A1 (en) | Ferrochrome alloy production | |
| RU2299921C2 (en) | Method of producing complex foundry alloys from converter vanadium slag | |
| JPS6032684B2 (en) | Manufacturing method of refined steel | |
| UA77117C2 (en) | Method for producing highly titanium ferroalloy of ilmenite by two stage electric furnace melting | |
| US3172758A (en) | Oxygen process for producing high | |
| Gasik et al. | Metallurgy of ferrotitanium | |
| RU2350670C2 (en) | Method of concentrates treatment from ore, containing oxides of ferric, titanium and vanadium and facility for its implementation | |
| CN205954085U (en) | Equipment of metallic lead recovery of hot aluminium ash and slag preparation steelmaking auxiliary material | |
| RU2287024C1 (en) | Method of production of iron from charge containing silicon and iron oxides | |
| RU2228967C2 (en) | Method of production of titanium-containing master alloy | |
| RU2549820C1 (en) | Method for aluminothermic obtainment of ferroalloys | |
| US3690867A (en) | Electric-arc steelmaking | |
| Abdellatif | Pilot plant demonstration of the Mintek Thermal Magnesium Process | |
| CN106048241A (en) | Method and device for recycling metal aluminum in hot aluminum ash and preparing steelmaking auxiliary material from smelted slag | |
| US3372022A (en) | Process for alloying metallic melts | |
| Gertsyk et al. | Technology of Melting of a 12Kh18N10T Alloy in Induction Furnaces | |
| Katz | Slags’ effects on cast iron production | |
| RU2102516C1 (en) | Method of preparing ferrotitanium | |
| JP4581136B2 (en) | Method for smelting reduction of iron oxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20090828 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170701 |