Технология получения феррованадия силико-алюминотермическим способом
В зависимости от содержания примесей выплавляют феррованадий нескольких марок (табл. 10.2).
Таблица 10.2. Состав феррованадия, %, по ГОСТ 27130-94 (ISО 5451-80)
| Марка | V | Si | Al | C | S |
| не более | |||||
| ФВд50У0,4 | 48–60 | 1,8 | 0,2 | 0,40 | 0,02 |
| ФВд50У0,5 | 48–60 | 2,0 | 0,3 | 0,50 | 0,02 |
| ФВд50У0,6 | 48–60 | 2,0 | 0,3 | 0,60 | 0,03 |
| ФВд50У0,3 | не менее 50 | 2,0 | 2,5 | 0,30 | 0,10 |
| ФВд50У0,75 | не менее 50 | 2,0 | 2,5 | 0,75 | 0,10 |
| ФВд40У0,5 | 35–48 | 2,0 | 0,5 | 0,50 | 0,05 |
| ФВд40У0,75 | 35–48 | 2,0 | 0,5 | 0,75 | 0,05 |
| ФВд40У1 | 35–48 | 2,0 | 0,5 | 1,00 | 0,05 |
| Марка | P | As | Cu | Mn | Ni |
| не более | |||||
| ФВд50У0,4 | 0,07 | 0,01 | 0,2 | 2,7 | – |
| ФВд50У0,5 | 0,07 | 0,01 | 0,2 | 4,0 | – |
| ФВд50У0,6 | 0,07 | 0,02 | 0,2 | 5,0 | – |
| ФВд50У0,3 | 0,10 | 0,05 | 0,2 | 0,2 | – |
| ФВд50У0,75 | 0,10 | 0,05 | 0,2 | 0,2 | – |
| ФВд40У0,5 | 0,08 | 0,03 | 0,4 | 2,0 | – |
| ФВд40У0,75 | 0,08 | 0,03 | 0,4 | 4,0 | – |
| ФВд40У1 | 0,10 | 0,03 | 0,4 | 6,0 | – |
Основное количество феррованадия получают восстановлением V2O5 кремнием ферросилиция и алюминием в присутствии извести в дуговой электропечи сталеплавильного типа мощностью 3000 кВ∙А. Реакции восстановления V2O5 кремнием в присутствии СаО имеют вид:
V2O5 + Si + 2СаО = 
V + 2СаО∙SiO2;
∆G 
= –470000 + 75,0Т, Дж/моль;
V2O3 + Si + 2СаО = 
V + 2СаО∙SiO2;
∆G = –250000 + 54,0Т, Дж/моль.
Технологический процесс выплавки феррованадия в дуговой электропечи включает три периода. Целью первого периода является восстановление ванадия из оборотных (возвратных) продуктов плавки третьего периода. В печь загружают шихту, состоящую из оборотного шлака; извести; ферросилиция; алюминия; пентаоксида ванадия; металлоотсевов и стальной обрези. В результате восстановительных процессов содержание V2O5 в шлаке снижается до 0,25–0,35%, металл к концу периода содержит 25–30% V, 20–24% Si и 0,3–0,5% C.
Шлак с низким содержанием ванадия выпускают из печи. Во втором периоде основными операциями являются: восстановление V2O5 кремнием и алюминием, получение металла с содержанием ³35% V и 10–12% Si, доводка и выпуск отвального шлака.
Во второй период в печь загружают пентаоксид ванадия, известь, 75%-ный ферросилиций, алюминий. После расплавления шихты перемешивают металл и шлак для ускорения восстановления ванадия. В это время металл содержит 6–8% Si, а шлак 8–10% V2O5. Затем загружают ферросилиций и алюминий, восстанавливая ванадий из шлака. За 15–20 мин до конца второго периода отбирают пробу металла, в которой должно содержаться 35–40% V, 9-12% Si и 0,4–0,6% C, а отвальный шлак второго периода – не более 0,35% V2O5. При содержании V2O5 в шлаке не более 0,35% шлак выпускают из печи.
В третьем периоде (рафинировочном) ведут окисление кремния, растворенного в металле, пентаоксидом ванадия и получают феррованадий заданного состава. Шлак с высоким содержанием ванадия используется в первый период плавки. В начале третьего (рафинировочного) периода в печь заваливают пентаоксид ванадия и известь. В конце периода металл и шлак перемешивают. При содержании в феррованадии £2% Si его выпускают в ковш, футерованный шамотом с магнезитовой обмазкой.
Шлак третьего периода содержит 12–16% V2O5, его выпускают в шлаковню и используют в первом периоде следующей плавки. Феррованадий разливают в вертикальные чугунные изложницы. Химические составы феррованадия, производимого на НПО «Ванадий-Тула ЧМ» и Чусовском металлургическом заводе, приведены в табл. 10.3.
Как следует из данных табл. 10.4, на одну плавку феррованадия в дуговой электропечи расходуется 7865 кг шихтовых материалов, в том числе 2150 кг пентаоксида ванадия, 1010 кг ферросилиция марки ФС75, 105 кг алюминия, 4100 кг извести.
Таблица 10.4. Расход шихтовых материалов, оборотного шлака и кремнистого металла по периодам плавки при выплавке феррованадия
| Материал | Период плавки | Всего | ||
| 1-й | 2-й | 3-й | ||
| Пентаоксид технический | ||||
| Известь | ||||
| Стальная обрезь | – | – | ||
| Металлоотсев | – | – | ||
| Оборотный шлак 3-го периода | 1931,91 | – | – | – |
| Ферросилиций ФС75 | – | |||
| Алюминий | – | |||
| Кремнистый металл (обо-ротный) | – | 1417,22 | 1865,94 | – |
| СУММА | 4631,91 | 4682,22 | 3765,94 |
Особенностью трехпериодной технологии производства феррованадия силикоалюминотермическим способом в дуговой электропечи, как это следует из приведенного выше, состоит в том, что плавка ведется по «закольцованному» режиму, что учитывается в приведенной табл. 10.4 по составам и расходом шихтовых материалов. Схема «закольцованной» трехстадийной промышленной технологии производства феррованадия с указанием шихтовых компонентов и их химсостава (в мас.%) по периодам плавки представлена на рис. 10.11.
Таблица 10.3. Фактический химический состав феррованадия, %
| Марка | V | C | Mn | Si | Cu | As | Al | P | S | |
| НПО «Ванадий-Тула ЧМ» | ||||||||||
| ФВд40 | 36–48* 45,11 | 0,7–1,0 0,826 | 5,0–6,0 5,59 | 1,0–2,0 1,30 | 0,1–0,2 | <0,01 | 0,02–0,03 | 0,06–0,07 | <0,01 | |
| ФВд50 | 50–56 52,59 | 0,2–0,7 0,373 | 2,7–5,0 3,52 | 1,0–2,0 1,30 | 0,1–0,2 | <0,01 | 0,02–0,03 | 0,06–0,14 0,08 | <0,01 | |
| Чусовский металлургический завод | ||||||||||
| ФВд40 | 35–48 40,47 | 0,3–0,7 0,406 | 1,1–6,0 3,33 | 0,9–2,0 1,374 | 0,4 | 0,01 | 0,1 | 0,07–0,10 0,08 | 0,02 | |
| ФВд50 | 48–58 50,50 | 0,3–0,6 0,356 | 1,6–5,0 3,26 | 0,9–2,0 1,374 | 0,2 | 0,01 | 0,1 | 0,06–0,07 | 0,02 | |
* Числитель – диапазон изменений, знаменатель – среднее значение.
Рис. 10.11.Трехпериодная технологическая схема получения
стандартного феррованадия в дуговой электропечи
силикоалюминотермическим способом с использованием пентаоксида
Улавливание, очистка и утилизация пылегазовых образований.
Улавливание мелкодисперсной пыли, образующейся при выплавке феррованадия производится рукавными фильтрами следующей технической характеристики:
| Тип рукавного фильтра | ФРН-1250-01 |
| Газопропускная способность | до 116 тыс. м3/ч |
| Фильтрирующая поверхность | 1212 м2 |
| Фильтрующий материал | лавсан |
| Входная концентрация пыли | не более 20 г/м3 |
| Удельная газовая нагрузка | не более 1,6 м3/м2×мин |
| Гидравлическое сопротивление | менее 2 кПа |
| Эффективность очистки | 98-99% |
За каждым рукавным фильтром установлен дымосос с электродвигателем мощностью 315 кВт и числом оборотов – 1500 об/мин. Очищенные газы направляются в общую дымовую трубу высотой 70 м. При оптимальных параметрах работы фильтров (табл. 10.5) газ очищается до санитарных норм.
Таблица 10.5. Параметры работы рукавных фильтров электропечей для выплавки феррованадия
| Параметры | Фильтр 1 | Фильтр 2 |
| Количество очищенных газов, тыс. м3/ч | 44-45 | 53–58 |
| Гидравлическое сопротивление, кг/м3 | 130–180 | 120–180 |
| Температура газов на входе в фильтр, оС | 1,1–5,9 | 1,2–6,3 |
| Концентрация пыли в газах на входе в фильтр, г/м3 | 0,02–0,05 | 0,01–0,03 |
| Эффективность пылеулавливания, % | 98,2–99,2 | 99,2–99,5 |
| Давление сжатого воздуха на регенерацию фильтров, МПа | 0,6±0,05 | 0,6±0,05 |
| Удаление уловленной пыли | Одновременно с регенерацией | |
| Регенерация фильтров | При увеличении гидравлического сопротивления фильтров до 180–190 кг/м2 через каждые 2 ч эксплуатации с паузой |
Утилизация уловленной пыли позволяет улучшить показатели производства феррованадия.