DE2509650C2

DE2509650C2 - Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von vanadinhaltigen Legierungen

Info

Publication number: DE2509650C2
Application number: DE19752509650
Authority: DE
Inventors: Olga S. Bobkowa; Awerkij A. Moskva Frolow; Nikolaj P. Slotwinskij-Sidak; Oleg W. Trawin
Original assignee: Central'nyj Naucno-Issledovatel'skij Institut Cernoj Metallurgii Imeni Ip Bardina Moskva Su
Current assignee: Central'nyj Naucno-Issledovatel'skij Institut Cernoj Metallurgii Imeni Ip Bardina Moskva Su
Priority date: 1975-03-05
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1982-01-21
Also published as: DE2509650A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von vanadinhaltigen Legierungen.

Gegenwärtig verwendet man zum Legieren von Stahl bevorzugt Ferrovanadin, das in Elektroöfen nach silikoaluminothermischen Verfahren durch Schmelzen gewonnen wird. Der Schmelzvorgang umfaßt hauptsächlich zwei Perioden· Reduktions- und Raffinierperioden. Als Ergebnis der Reduktion von Vanadinoxiden erhält man zuerst eine Legierung, enthaltend bis 35% Vanadin und von 9 bis 12% Silizium; danach wird die Schlacke mit etwa 0,35% Vanadinoxid abgegossen. Nach dem Abgießen der Schlacke wird die Legierung in demselben Ofen raffiniert, indem dieser Legierung Vanadinpentoxyd und Kalk hinzugeführt wird. Es wird Ferrovanadin mit 35 bis 50% Vanadin, 0,5 bis 0.7% Kohlenstoff, bis 2% Silizium und Schlacke mit einem Vanadinoxidgehalt bis 14%, die in der Charge der nachfolgenden Schmelzung ausgenutzt wird, erhalten.

Nach diesem Verfahren findet jedoch die Reduktion von Vanadinoxiden gleichzeitig mit dem Schmelzen des Einsatzes statt, infolgedessen werden schwer reduzierbare sauerstoffärmere Vanadinoxide gebildet, die in Silikate gebunden sind, aus denen Vanadin schwer reduzierbar ist. Außerdem erfolgt die Reduktion nur auf

der Grenzfläche Metall-Schlacke. Diese Kontaktfläche von Metall und Schlacke ist nicht hinreichend, weshalb sie die Ursache einer niedrigen Reduktionsgeschw indigkeit bildet.

Infolge des andauernden Verbleibens des zu erschmelzenden Metalls im Elektroofen und dessen Kontaktes mit Elekrroden wird eine Legierung mit einem hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt. Da im Ofen das Schmelzen des Einsatzes und die Reduktion von Vanadinoxiden gleichzeitig erfolgen, erreicht die Temperatur im Ofen im Durchschnitt 1650^:C. Diese Temperatur ist zur Herstellung von Legierungen mit mehr als 50% Vanadingehalt nicht ausreichend.

Außerdem werden im Verlaufe der Reduktion von Vanadinoxiden im Ofen Schlacken gebildet, die die Auskleidung des Ofens zerstören (vergleiche hierzu auch DE-AS 17 58 399).

Es ist ein aluminothermisches Verfahren zur Herstellung von Legierungen mit Vanadingehalt außerhalb des Ofens bekannt. Dieses Verfahren ermöglicht es. Legierungen mit bis 80% Vanadingehalt und bis 0.1% Kohlenstoffgehalt herzustellen. Für die Verwirklichung dieses Verfahrens sind jedoch kostspieliges Vanadinpentoxid und hochwertiges Aluminium mit einem niedrigen Gehalt an Beimengungen erforderlich. Die Produktivität dieses Prozesses ist nicht hoch, wie bei allen außerhalb des Ofens sich vollziehenden aluminothermischen Verfahren zur Herstellung von Legierungen. Als Folge der niedrigen Produktivität ergeben sich hohe Herstellungskosten der zu erschmelzenden Legierung. Das niedrige Ausbringen von Vanadin in die Legierung erhöht ebenfalls seine Herstellungskosten.

Mit anwachsendem Bedarf an Legierungen mit Vanadingehalt zum Legieren von Stählen und Legierungen mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und einem hohen Vanad'ngehalt ist die Notwendigkeit vorhanden, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung solcher Legierungen zu schaffen.

Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der genannten Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von vanadinhaltigen Legierungen mit einem Arbeitsablauf und mit einem Verhältnis der Komponenten in der Schmelze zu schaffen, die eine Legierung mit einem höheren Vanadingehalt und einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt gegenüber solchen aus bekannten Verfahren ergeben, sowie auch deren Herstellung zu verbilligen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von vanadinhaltigen Legierungen, bei dem Schmelzen eines Einsatzes, bestehend aus Vanadin- und Kalziumoxiden, im Ofen und Reduktion von Vanadinoxiden in der Schmelze mit Silizium erfolgen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einsatz, der einen Gehalt an Vanadinoxiden von 25 bis 35% in der Schmelze gewährleistet, geschmolzen und aus dem Ofen in einen Behälter abgegossen wird, in dem die Reduktion mit Silizium erfolgt, wobei Silizium in einer Menge eingeführt wird, die zur Reduktion der Vanadinoxide hinreichend ist.

Die Reduktion von Vanadinoxiden außerhalb des Ofens stellt einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt von 0,005 bis 0,03% in der Legierung sicher, was sich daraus ergibt, daß der Kontakt zwischen der desoxydierten Schmelze mit Elektroden des Ofens entfällt.

Bei der Reduktion von Vanadinoxiden in der Schmelze, und nicht aus dem festen Einsatz, erhöhen sich die Reduktionsgeschwindigkeit von Vanadin sowie

der Gehalt an Vanadin in der Legierung.

Da im Ofen der Einsatz nur geschmolzen wird und die Reduktion außerhalb des Ofens erfolgt, befinden sich die Vanadinoxide in der Schmelze nur in einer . Wertigkeitsstufe, und zwar in der Form V₂O, zusammen s mit Kalziumoxiden, weshalb die Auskleidung des Ofens nicht zerstört wird.

Es wurde gefunden, daß eine Schmelze mit dem genannten Gehalt an Vanadinoxiden die optimale ist. Ein Einsatz, der einen Gehalt an Vanadinoxiden in der Schmelze unter 25% hat, ist schwer schmelzend, so daß dessen Schmelzen mit einem erhöhten Energieverbrauch verbunden ist. Bei einer Erhöhung des Gehaltes an Vanadinoxiden in der Schmelze über 35% erweist sich der Wärmeir.halt der Schmelze zur Verwirklichung des Reduktionsprozesses als unzureichend.

Das Reduktionsmittel kann in die Schmelze im schmelzfkissigen Zustand eingeführt werden.

Deshalb können in die Schmelze während des Schmelzprozesses feste Stoffe, beispielsweise Abfälle. 2ϋ die beim Vergießen der Legierung anfallen, oder, falls erforderlich. Eisen zusätzlich eingeführt werden, wodurch die Ausbringung der Legierung erhöht oder deren Zusammensetzung geändert werden kann.

Das Reduktionsmittel kann als stückiges Gut mit einer Stückgröße von nicht über 80 mm in die Schmelze eingeführt werden. Die Wärme, die im Verlaufe der Reduktion entwickelt wird, reicht zum Schmelzen des Reduktionsmittels und zur Sicherstellung einer hohen Reduktionsgeschwindigkeit bei Einhaltung der genannten Stückgröße aus.

Zweckmäßig wird die Reduktion von Vanadinoxiden so lange durchgeführt, bis eine Schlacke mit einem Gehalt an Vanadinoxiden von 1 bis iO% gebildet ist, die dann in einen anderen Behälter abgegossen wird, in dem mit dieser Schlacke die Reduktion von Vanadinoxiden weitergeführt wird.

Somit kann auf der Schlackenhalrie der Gehalt an Vanadinoxiden bis zu 0,5% und weniger gesenkt werden. ad

Zweckmäßig werden im Verlaufe des Reduktionsprozesses zusätzlich Vanadinoxide in einer Menge, die zur Oxidation des Restsiliziums ausreicht, eingeführt.

Dies ermöglicht eine Steigerung der Ausbringung der Legierung und eine Senkung des Siliziumgehaltes.

Als Einsatz kann Konverter-Vanadin-Schlacke, die zuvor mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von 900 bis 1000'C gebrannt und aus der im Verlaufe des Schmelzvorganges Eisen entfernt worden ist, verwendet werden.

Die angereicherte Konverter-Schlacke ist billiger als Vanadinpentoxid, bei dessen Verwendung man Legierungen mit einem niedrigeren Vanadingehalt erhält.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Ausführungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

Es erfolgt das Schmelzen eines Einsatzes mit mit 30% Vanadinoxid und Kalziumoxide in einem Ofen.

Die Schmelze wird aus dem Ofen in eine Pfanne abgegossen, dann abgewogen und pro 2 t Schmelze werden 350 kg schmelzflüssiges Ferrosilizium mit 75% Silizium eingeführt. Danach werden in die Schmelze 200 kg Gemisch, beste.iend aus Vanadinpentoxid und Kalk sowie 100 kg metallisches Abfallmaterial, eingeführt.

Als Ergebnis erhält man 535 kg Ferrovanadin, enthaltend 70% Vanadin und 0.015% Kohlenstoff. Der Gehalt an Vanadinoxiden beträgt in der Schlacke weniger als 1.0%.

Beispiel 2

Die Schmelze aus Vanadinoxiden mit Kalk wird aus dem Ofen in eine Pfanne abgegossen.

Je 21 Schmelze aus Vanadinpentoxid und Kalk werden 320 kg schmelzflüssiges Ferrosilizium genommen. Es wird eine Legierung mit 58% Vanadin und 0.02% Kohlenstoff sowie Schlacke mit 5% Vanadinoxiden erhalten. Diese Schlacke wird in einen anderen Ofen eingegossen, in dem Ferrosilizium geschmolzen worden ist. Im Ofen wird Ferrosilizium, enthaltend 1% Vanadin und Schlacke mit weniger als 0,3% Vanadinoxiden erhalten. Das erhaltene Ferrosilizium wird zur Reduktion von Vanadin bei der nächsten Schmelze verwendet.

Beispiel 3

Das Verfahren wird wie im Beispiel 1 beschrieben verwirklicht, aber anstelle schmelzflüssigen Ferrosiliziums wird festes zerkleinertes Ferrosilizium mit einer Stückgröße nicht über 50 mm genommen.

L! e i s ρ i e I 4

Je 2 t Schmelze werden 400 kg Ferrosilizium mit 75% Silizium genommen; es wurden 490 kg Legierung mit 75% Vanadin und 4,2^J/o Silizium erhalten. Die Schlacke wird abgegossen und dem Metall ein Gemisch, bestehend aus Vanadinpentoxid und Kalk, zügegeben. Als Ergebnis der Wechselwirkung des Gemisches mit Metall wird der Gehalt an Silizium bis auf 1 % gesenkt.

Beispiel 5

Je 21 Schmelze werden 300 kg Ferrosilizium in stückiger Form mit einer Stückgröße von 80 mm genommen. Es bilden sich eine Schlacke mit 8% Vanadinoxiden, die zum Erschmelzen von Ferrovanadin in einem Elektroofen nach silikothermischem Verfahren verwendet wird, und Ferrovanadin mit 57% Vanadin und 0,01% Kohlenstoff.

Dem Einsatz können Stoffe, in denen Oxide anderer Metalle enthalten sind, hinzugefügt werden, wenn Vanadin-Legierungen mit Chrom, Mangan, Nickel, Wolfram, Molybdän und ferner Niob gewünscht werden.

Die Menge des Reduktionsmittels wird gemäß der Gleichung

im stöchiometrischen Verhältnis berechnet.

Der Nutzfaktor der Verwendung von Silizium als Reduktionsmittel beträgt etwa 100%.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Reduktion von Vanadinoxiden in der Schmelze so lange durchgeführt, bis eine Schlacke mit 1 bis 10% Vanadinoxiden gebildet wird, wonach die Schlacke in einen anderen Behälter abgegossen und darin die Reduktion von Vanadinoxiden weitergeführt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur schmelzmetallurgischen Herstellung von vanadinhaltig: α Legierungen aus Vanadin- und Kalziumoxiden durch Reduktion von Vanadinoxiden mit Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz, der in der Schmelze einen Gehalt an Vanadinoxiden von 25 bis 35% gewährleistet, geschmolzen und in einen Behälter abgegossen wird, in dem die Reduktion von Vanadin mit Silizium durchgeführt wird, wobei Silizium in einer Menge eingeführt wird, die zur Reduktion der Vanadinoxide ausreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel im schmelzflüssigen Zustand oder in Form von Stücken, deren Größe 80 mm nicht übersteigt, in die Schmelze eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet., daß die Reduktion von Vanadinoxiden in der Schmelze so lange durchgeführt wird, bis Schlacke mit einem Gehalt an Vanadinoxiden von 1 bis 10% gebildet wird, wonach die Schlacke in einen anderen Behälter abgegossen und die Reduktion von Vanadinoxiden in diesem Behälter in der Schlacke weitergeführt wird.

4. Vc-rfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß in die Schmelze im Verlauf der Reduktion von Vanadinoxiden zusätzlich Vanadinoxide in einer Menge ausgeführt werden, die zur Oxydation des Restsiliziums ausreicht.

5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Vanadinoxide enthaltender Einsatz Vanadin-Konverter-Schlacke, die zuvor mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von 900 bis 1000^:C gebrannt und aus der während des Schmelzprozesses Eisen entfernt worden ist. geschmolzen wird.