Метод за производство на феротитан от отпадъци
Чертежи към патент България 2221893
Изобретението се отнася до черната металургия, по-специално до методите за производство на феросплави от отпадъци.
Известен метод за производство на феротитан чрез редукция на метали от илменит с добавяне на титанови отпадъци [1].
Материалите за зареждане се добавят към пещта, докато се разтопяват, поддържайки съотношението на елементите, съдържащи желязо и титан, в заряда в рамките на 1: 3-1: 4, а чиповете от титанови сплави се въвеждат върху течната повърхност на сплавта в тигела, за да образуват слой с дебелина, която изключва зачервяване на повърхността му. Слоят от чипове се поддържа на повърхността на стопилката до края на процеса, а средната скорост на покачване на нивото на сплавта в тигела се осигурява с най-малко 0,6 m/h чрез регулиране на мощността на пещта и интензитета на входа на заряда.
Недостатъците на известния метод са: необходимостта от наличие на феротитан още за първото нагряване, отсъствието на потоци води до голяма загуба на титан, особено от чипове, които съдържат масла и течност за рязане (охлаждаща течност). Освен това твърдият феротитан трудно се топи в пещ и се наблюдават големи отпадъци.
По техническа същност най-близък до настоящото изобретение е метод за производство на високопроцентен феротитан в индукционни пещи от отворен тип [3].
Методът включва въвеждане на течна стомана и чугун в тигела и добавяне на титанови отпадъци към пълния комплект на тигела; част от метала остава в тигела. В този случай е оптимален следният режим на топене: зареждане на стоманени отпадъци (20-30 kg) в останалата част от течния метал в тигела ("блато"), периодично зареждане на буци титанов отпадък, зареждане на титанов чипс и останалата част от титанов отпадък. Заза да се намали свръхрастежът на тигела, периодично се извършва промивно топене на бучки отпадъци.
Недостатъкът на този метод е въвеждането на чугун и стомана за първото нагряване в разтопена форма и за това е необходимо да има пещи за тяхното топене. Такъв процес може да се организира само в завод с няколко пещи. В допълнение, използването на чипове без поток води до загуба на титан (6-7% според [3]). Необходима е допълнителна операция за измиване на тигела върху чисти отпадъци на бучки.
Целта на изобретението е да се увеличи абсорбцията на титан, като се получат 70% титан с най-малко загуби на суровини и разходи за енергия.
Техническият резултат от използването на изобретението е производството на феротитан, съответстващ на GOST по отношение на съдържанието на титан, въглерод и примесни елементи.
Предварителното почистване на първоначалните отпадъци се извършва в продължение на 2-3 часа в камера, загрята с водна пара при температура 90-120 o C, а след това в камера със сух въздух при температура 80-110 o C. При първото топене към стоманените отпадъци се добавя чугун в съотношение 1:1. Като флуорсъдържащи соли се използва криолит или смес от криолит и флуорипат в съотношение 1:1.
Предложената технология може да бъде приложена както на ICT, ILT, индустриални честотни пещи, така и на високочестотни IST пещи. В последния случай консумацията на енергия се намалява, топенето се ускорява до 51-60 минути, срещу 60-90 в пещите IChT 1.0/0.04-C2 и ILT.
Превишаването на температурата над 1400 o C води до запалване на титан и големи загуби (в пример 1). Понижаването на температурата под 1100 o С води до замръзване на сплавта, а смесването на отпадъците, когато сплавта съдържа 60-80% титан, ви позволява да разтопите отпадъците при сравнително ниска температура от 1100-1400 o С с минимална загуба на титан за окисление.
Въвеждането на чугун позволява да се намали температурата на желязната сплав до 1400 o C и да се извърши топене с минимални загуби на титан.
Въвеждането на флуоридни соли преди зареждане на чипове може да намали отпадъците от титан, да намали количеството шлака и да подобри условията на работа чрез намаляване на сублимациите на титанов оксид.
Използването на смес от соли (криолит + флуор шпат) намалява цената на потока, намалява изпарението.
Предварителната обработка на първоначалните метални отпадъци от стомана и титан с пара и горещ въздух преди зареждането им в пещта при повишени температури осигурява тяхното пречистване от оксиди и охлаждаща течност и елиминира изгарянето и отделянето на газ по време на топенето, освен това няма насищане на стопилката с въглерод.
Примери за изпълнение на метода: Пример 1. Отпадъчна стомана (St 2, St 3, St 20) се зарежда в индукционна пещ IST 1.0/08 с мощност 800 kW и честота 500 Hz, с прясно напълнен тигел и се нагрява по специална програма до 1600 o C за синтероване на тигела.
Температурата се измерва с оптичен пирометър със скала на измерване 400-1800 o C. Излива се течна стомана, оставяйки 110-120 kg в тигела ("блатото"). Титанови отпадъци бяха заредени в течна стомана. Титанът изгаря, образувайки бял дим, под формата на TiO2, част от титана се редуцира от железни оксиди, а титанът и железният оксид образуват огнеупорна шлака. Не беше възможно да се заваряват над 40% титан поради образуването на огнеупорно съединение TiFe2. Металът беше излят, получиха се 450 кг сплав, част от нея остана в тигела. Повтарящите се топения дават същия резултат. След 8-то нагряване пещта беше спряна.
Пример 2. Отпадъци St 20 под формата на изрезки и изрезки, покрити с масло, и чипове от титанови сплави, съдържащи масло и срязваща течност (охлаждаща течност), бяха обработени с пара при температура 90-120 o C в парната камера на заводастоманобетонни изделия за 2-3 ч. След това отпадъците се прехвърлят в камерата, където се нагряват със сух въздух при 80-110 o C. В резултат на това загубата на тегло поради отстраняването на маслото от стоманените отпадъци възлиза на 2,5%, а от съдържащите титан чипове 4,5-4,8%.
Индукционна пещ IST 1.0/0.8 с мощност 800 kW и честота на тока 500 Hz, с прясно напълнен тигел, отпадъци St 2 и чугун се зареждат и нагряват по специална програма за синтероване на тигела.
След разтопяването на първата част от сплавта се добавя следващата порция отпадъци, докато тигелът се напълни. При пълен тигел сплавта се държи 1,5 часа и се излива във формата, оставяйки 100-150 kg в пещта, сплавта се охлажда в пещта до 1400 o C и титановите отпадъци се зареждат на части от 20-40 kg под формата на парчета. Температурата на процеса (според оптичен пирометър) се поддържа в диапазона 1100-1400 o C. След като пълен тигел се настрои на 1100 o C, се добавят 1,5 kg криолит, разбърква се, докато малко количество шлака стане течно. Готовата феротитанова сплав се излива (500 кг), оставяйки "блато"
100-110 кг на фурна.
Пример 3. 400 kg отпадъци от титан от I-IV групи и 112 kg отпадъци от стомана St 2 бяха заредени в "блатото" (от пример 2), редуващи се части от отпадъците, така че 20-40 kg стомана бяха заредени на 60-80 kg скрап от титанови отпадъци, температурата се поддържаше в рамките на 1120-1380 o C (според 3-4 измервания на разтопете с помощта на оптичен пирометър). Стоманеният скрап беше предварително подготвен за топене, както в пример 2, титановите отпадъци не бяха обработени, тъй като бяха под формата на парчета. Пълен тигел се заварява за 51 минути, добавят се 2,5 kg криолит и се излива в чугунена форма (498 kg).
Сплавта съдържа 70,5% титан, отпадъците са 2,53% от зареденото. Химическият анализ е даден в таблицата.
Пример 4. Предварително приготвените отпадъци се зареждат в "блатото" след предишното нагряванетитан под формата на парчета от групи I и II и чипове (220 kg), стомана 108 kg. Зарежда се, като се запазва съотношението, както в пример 3. Преди зареждането на чиповете се разтопяват 2 kg криолит, който покрива по-голямата част от менискуса на метала, а чиповете се покриват с тънък слой сол, предотвратяващ окисляването им. Температурата се поддържа не по-висока от 1360 o C и не по-ниска от 1115 o C.
Пример 5. В "блатото" след предишното нагряване се зареждат предварително подготвени отпадъци от стомана и титан-съдържащи сплави: титан под формата на скрап I група 120 kg, чипове 275 kg, стомана 135 kg. Съотношението между тях по време на натоварването се поддържа, както в пример 3.
Тъй като имаше много чипове след зареждането на буци от титанов отпадък, 2,5 kg смес от соли (криолит + флуорен поток в съотношение 1: 1) бяха разтопени и чиповете, смесени със стомана, бяха заредени в слой от соли. Температурата се поддържа в рамките на 1130-1395 o С (чрез оптичен пирометър). След като пълният тигел беше заварен, сплавта в количество 512 kg беше излята във формата и процесът беше повторен.
Съдържанието на титан в сплавта се оказа 74,6%, а отпадъците - 3,9%, въглерод - 0,25%.
Източници на информация 1. Ю. Я. Плинер, Г.Ф. Игнатенко "Редукция на метални оксиди с алуминий", М., Металургия, 1967 г.
2. "Метод за топене на феротитан". Патент България 2131479, C 22 C 33/04. Публикувано BI 1999.06.10.
3. Захаров Ю.В., Фаткулин О.Х. "Изследване на процеса на топене на високопроцентен феротитан в индукционни пещи от отворен тип". Публикувано Технология на леките сплави, 2000, 3, с.28-32.5
ИСК
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че предварителното почистване се извършва чрез задържане в продължение на 2-3 часа в камера, загрята с пара при 90-120°С и след това в камера със сух въздух при 80-110°С.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че когатоПри първото нагряване чугунът се добавя към стоманените отпадъци в съотношение 1:1.
4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че като флуорсъдържащи соли се използва криолит.
5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че като флуорсъдържащи соли се използва смес от криолит и флуорипат в съотношение 1:1.