HU188240B - Eljárás ferrovanádium és kalciumaluminát tartalmú szintetikus salak egyidejű hulladékmentes előállítására - Google Patents

Abstract

Az eljárás során aluminotermikus keveréket állítanak elő, és metallurgiai edényben, előnyösen kemencekádban reagáltatnak. Lényege, hogy a reakció lejátszódása után a salakot hőközléssel folyékony állapotban tartják az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának bekövetkeztéig, majd a keletkezett első ötvözetet és/vagy a salakot lecsapolják és a különválasztott salakot ötvözetlen acél, valamint alumínium forgáccsal, illetve reszelékkel túlredukálják, ezután égetett mész adagolásával szintetikus salakot állítanak elő, végül pedig az így nyert második ötvözetet és a szintetikus salakot külön-külön lecsapolják.

Description

A találmány tárgya eljárás ferrovanádium és kalciumaluminát tartalmú szintetikus salak egyidejű, hulladékmentes előállítására, amelynek során aluminotermikus keveréket állítunk elő és metallurgiai edényben, előnyösen kemencekádban reagáltatunk. Az eljárás lehetővé teszi a gyártás során keletkező salakok és szállóporok komplex, hulladékmentes hasznosítását.

Az acélgyártásban felhasznált ferrovanádiumot jelenleg elektrokemencében szilikotermikus eljárással, valamint metallotermikus üstökben aluminotermikus eljárással állítják elő. A szilikotermikus eljárásnak két fő szakasza van: redukció és raffinálás. A vanádiumpentoxidok redukciója eredményeképpen a villamos kemencében először egy kb. 35% V és 9-12% Si-tartalmú ötvözetet kapnak, amiről a 0,35% V-tartalmú salakot lecsapolják, és ez megdermedése után meddőhányóra kerül. A salak lecsapolása után az ötvözetet ugyanebben a kemencében raffinálják, miközben ehhez az ötvözethez vanádiumpentoxidot és meszet adagolnak. Az előállított FeV ötvözet összetétele a következő lesz; 35-50% V; 0,5-0,7% C; 2%-ig Si, a salak vanádiumpentoxid tartalma elérheti a 14%-ot is.

A vanádium dús salakot a redukáló szakaszban használják fel, mint V-tartalmú nyersanyagot.

Ismeretes kemencén kívüli mettalotermikus gyártási eljárás is. Ez a ferrovanádium előállítás legrégebben, ma is leggyakrabban alkalmazott módja. A metallotermikus keverék alumíniumból, vanádiumpentoxidból áll, amihez egyéb vanádiumhordozók is keverhetők, például V-mész vagy vasvanadát, ezen kívül a keverék tartalmaz vashulladékot vagy vasoxidot, égetett meszet vagy folypátot. A fenti anyagokból sztöchiometrikus számítás alapján összeállított termitkeverék rendszerint külső energiaközlés nélkül, az exoterm módon reagál és a keletkező hő hatására (az aluminotermikus folyamat lejátszódásakor) megtörténik a salak és a fém szétválása. A fém 45-80% V-ot; 1-2% Si-ot; 1-3% Al-ot; max. 0,5% C-t tartalmaz.

A salak 0,4-4% V-ot; 70-85% Al₂O₃-at és 10-22% CaO-t tartalmaz, amit vagy hányóra visznek vagy V-tartalmú nyersanyagként villamos kemencében 30°35% V-tartaJmú ötvözetté dolgoznak fel.

A szilikotermikus eljárás hátránya, hogy a vanádiumoxidok redukciója a betét olvadásával egyidejűleg kezdődik meg, ennek következtében a képződő alacsonyabb rendű vanádiumoxidok szilikátokban kötődnek meg, így igen nehezen redukálhatok.

Ezen kívül a redukciós folyamat a fém-salak határfelületen megy végbe, ez az érintkezési felület kicsi, így a reakciósebesség is alacsony, a megfelelő fémminőség eléréséhez szükséges idő hosszú.

Az olvadó fém sokáig van a kemencében, és hosszú ideig érintkezik az elektródokkal (grafit), így a C-tartalma viszonylag magas lesz. A kemencében uralkodó mintegy 1650 °C-os maximális hőmérséklet miatt ezzel a munkamóddal 50%-nál több V-t tartalmazó ötvözet nem állítható elő.

A gyártás során képződő salak magas hőmérséklete és a lassú reakció idő erősen károsítja a kemence bélését. A salak nem hasznosítható, környezetszennyező anyag.

240, ί ' A metallotermikus eljárás hátránya, hogy a folyamat produktivitása nem olyan nagy, mint a többi kemencén kívül metallotermikus eljárásnál. A jó minőségű fém előállítása megköveteli a nagy tiszta⁵ ságú alapanyagok felhasználását, amiknek szemnagysága is szigorúan meghatározott. Az ilyen módon történő FeV előállításának költségeit nagymértékben növeli a viszonylag kis (90-95%-os) Vkihozatal, aminek legfőbb okozója a salakban maradó fémszemcse.

Amennyiben a salakban 1 %-nál több V van, ügy elektrotermikus feldolgozásáról kell gondoskodni. A salakból történő gyártás viszont alacsony V-, ugyanakkor magas szennyezőanyag tartalmú, ¹⁵ szabványon kívüli ötvözetet eredményez.

A jelen találmánnyal olyan eljárás, illetve gyártástechnológia kialakítása a célunk, amely lehetővé teszi a szilikotermikus és az aluminotermikus eljárás hátrányainak kiküszöbölését, ugyanakkor al²⁰ kalmas a gyártás melléktermékeként acélgyártási célokra használható szintetikus salak optimális energetikai viszonyok mellett történő előállítására.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy aluminotermikus keverék előállítása és az aluminotermikus reakció lejátszódása után a salakot hőközléssel folyékony állapotban tartjuk az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának bekövetkeztéig, majd a keletkezett első ötvözet és/vagy a salakot lecsapoljuk és a különválasztott salakot ötvözetlen acél, valamint alumínium forgáccsal, illetve reszelékkel túlredukáljuk, ezután égetett mész adagolásával szintetikus salakot állítunk elő, végül pedig az így keletkezett második ötvözetet és a szintetikus salakot külön-külön lecsapoljuk.

Az eljárás végezhető oly módon, hogy az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának beállása után a salakot külön kádba csapoljuk és az első ötvözetet az edényből dermedés után eltávolítjuk, de lehetséges az egyensúlyi állapot beállása után az első ötvözet lecsapolása, amikor is a salakot magában a metallurgiai edényben kezeljük,

A találmány szerinti technológia értelmében például ércredukciós kemencében aluminotermikus keveréket reagáltatunk.

A reakció megindítását - a kemence bekapcsolásával - villamos ívvel végezzük. Az elektródák kiemelt állapotában megy végbe a metallotermikus reakció. A folyamat lejátszódását követően az elektródákat a salakfázisba süllyesztjük, és a villamos áram hőhatását kihasználva a salakot folyékonyan tartjuk az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának bekövetkezéséig. Ezt követően a folyékony salakot másik kemencekádba csapoljuk. Ezt a kemencekádat az elektródák alá húzzuk és villamos árammal biztosítjuk a salak megfelelő hőmérsékletét.

Az első kemencekádban lévő kis mennyiségű salakot és a folyamat során keletkezett ötvözetet hűlni hagyjuk. Megdermedés után - az osztott kemencekád megbontásával - a kemencekád alsó részét kicseréljük, ezáltal az alkalmassá válik ismételt folyamat végrehajtására.

A második kemencekádban lévő salakra Alforgács és vasreszelék keverékét adagolunk, minek

-2188 240 hatására a salak V-tartalma 0,3% alá csökken. Ezt követően égetett mész adagolására kerül sor, és így acélgyártás céljaira alkalmas szintetikus salakot állítunk elő. A második kemencekádból a szintetikus salakot és az ötvözetet lecsapoljuk, és a kemencekád újra felhasználható a következő folyamatnál. Az ötvözetet előtétkokillában dermesztjük meg, a szintetikus salakot vízzel granuláljuk vagy dermedés után a kívánt szemnagyságra aprítjuk.

Az első kemencében előállított ferrovanádium magas V- és alacsony szennyezőanyag tartalmú ötvözet. A második kemencéből csapolt ötvözet magas Al- és alacsony V-tartalommal rendelkezik és az első kemencében a metallotermikus folyamatban válik szabványos minőségű ötvözetté.

A találmány szerinti eljárást úgy is megvalósíthatjuk, hogy a villamos kemencében lejátszódott metallotermikus reakció befejezése után, a kívánatos hőntartást követően a folyékony fémet lecsapoljuk. Az ötvözet lecsapolása után alkalmas zárógéppel megakadályozzuk a salak kifolyását. A kemencébe az ötvözet lecsapolását követően adagoljuk az égetett mészadalékot, és a salak túlredukálására szolgáló keveréket.

A kokillában megdermedő szabványos FeV-ot eltávolítjuk, helyére előtétkokillát és salak granulálót téve, a szintetikus salakot és az ötvözetet csapolhatjuk. A szabványtól eltérő minőségű ötvözet ilyenkor is az első folyamatba kerül vissza és ott nyeri el szabványos minőségét, ez esetben egy kemencetest is elegendő.

A találmány szerinti eljárás előnye, hogy egyesíti a metallotermikus és az elektrotermikus eljárás előnyeit úgy, hogy a gyártott FeV magas vanádiumtartalmú, ugyanakkor a nem kívánatos alkotókkal csak kis mértékben szennyezett. Az így megvalósított ferrovanádium-gyártás fémkihozatala meghaladja a 98%-ot. A találmány szerinti első folyamat során keletkező salak vanádiumtartalma 0,3% alá csökken, ugyanakkor legkedvezőbb energetikai viszonyok mellett - értékesíthető - új terméket is kapunk. Tehát a feldolgozás komplex és nem hasznosítható, környezetszennyező hulladék nem képződik. Az ilyen folyamatból származó szintetikus salak összetétele kedvezőbb, mint a hagyományos módon előállított szintetikus salakoké, mivel a FeO és S-tartalma alacsonyabb.

Mindezen előnyök mellett az eljárás megvalósítása egyszerű és gazdaságos a gyártás egyéb segédanyagait illetően is.

Eljárásunk alkalmas arra is, hogy a korábban képződött metallotermikus FeV-gyártás salakjait is gazdaságosan feldolgozza.

A találmány szerinti eljárást az alábbi példákkal világítjuk meg, az oltalmi kör korlátozása nélkül:

7. példa

55% V-tartalmú ferrovanádium gyártása szintetikus salak egyidejű előállításával:

Az 1. sz. kemencében az alábbi keveréket adagoljuk:

600 kg V₂O₅ (98,5% V₂O₅ tartalommal)

152 kg Al-gríz

152 kg Al-forgács

156 kg égetett mész

0-50 kg V-tartalmú ötvözet

253 kg Vasforgács

A kapott ötvözet mennyisége 579 kg és összetétele:

V Fe Al Si C

55% 42,8% 1,32% 0,52% 0,11%

A 11. sz. kemencébe csapolt folyékony salak menynyisége és összetétele:

A1₂O₃ CaO V₂O₅ SiO₂ FeO S 72,05% 18,53% 2,89% 0,53% 0,99% ny Súlya: 786 kg

A salak redukálásához adagolt keverék: Al-forgács 20 kg vasforgács 16 kg

A szintetikus salak előállításához adagolt égetett mész mennyisége: 596 kg.

A keletkezett szabványon kívüli ötvözet mennyisége 35 kg és összetétele:

V Al Fe Si C

29,81% 14,93% 45,31% 1,37% 0,38%

A szintetikus salak mennyisége 1328 kg és összetétele:

AI₂O₃ CaO FeO SiO₂ S

42,84% 52,40% 0,71% 0,43% ny

2. példa ,,

55% V-tartalmú ferrovanádium gyártása, régi salak feldolgozása és szintetikus salak előállítása: Az I sz. kemencébe az alábbi keveréket adagoljuk: 600 kg V₂O₅ (98,5% V₂O₅ tartalommal)

152 kg Al-gríz

152 kg Al-forgács

156 kg égetett mész

0-50 kg V-tartalmú ötvözet

253 kg vasforgács

A kapott ötvözet mennyisége 579 kg és összetétele:

V Fe Al Si C

55% 42,8% 1,32% 0,52% 0,11%

A II. sz. kemencébe csapolt salak súlya 786 kg és összetétele :

AI₂O₃ CaO V₂O₅ SiO₂ FeO S

72,05% 18,053% 2,89% 0,53% 0,99% ny

A meddőhányóról visszanyert, hagyományos metallotermikus technológiával gyártott ferrovanádium salak és a salak redukálásához adagolt keverék mennyisége:

300 kg FeV salak (V₂O₅ 4%) kg Al-forgács kg Fe-forgács

A szintetikus salak előállításához adagolt égetett mész mennyisége: 840 kg.

A keletkező szabványon kívüli fém mennyisége

61,5 kg, összetétele:

V Al Fe Si C

26,99% 15,98% 46,98% 3,81% 0,43%

A szintetikus salak mennyisége 1836 kg, összetétele:

A1₂O₃ CaO FeO SiO₂ S

43% 52,33% 0,72% 0,56% ny

A bemutatott példákból jól látható, hogy a találmány szerinti eljárás magas vanádium tartalmú és

188 240 csak kis mértékben szennyezett ferrovanádiumot eredményez, különlegesen jó kihozatal mellett. Emellett az eljárás mellékterméke az acélgyártásban jól hasznosítható szintetikus salak. Az eljárás megvalósítása egyszerű és gazdaságos, alkalmas salakhányó metallotermikus ferrovanádium salakjának feldolgozására.

Claims (9)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás ferrovanádium és kalciumaluminát tartalmú szintetikus salak egyidejű, hulladékmentes előállítására, amelynek során aluminotermikus keveréket állítunk elő, és metallurgiai edényben, előnyösen kemencekádban, reagáltatunk, azzal jellemezve, hogy a reakció lejátszódása után a salakot hőközléssel folyékony állapotban tartjuk az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának bekövetkeztéig, majd a keletkezett első ötvözetet és/ vagy a salakot lecsapoljuk és a különválasztott salakot ötvözetlen acél, valamint alumínium forgáccsal, illetve reszelékkel túlredukáljuk, ezután égetett mész adagolásával szintetikus salakot állítunk elő, végül pedig az így keletkezett második ötvözetet és a szintetikus salakot külön-külön lecsapoljuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a különválasztott salak túlredukálásához az acél és alumínium forgácson kívül salakhányók metallotermikus FeV salakját is beadagoljuk.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának beállása után a salakot külön kádba csapoljuk, az első ötvözetet pedig az edényből dermedés után eltávolítjuk.
4. 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy az aluminotermikus reakcióegyensúlyi állapotának beállása után az első ötvözetet lecsapoljuk és a salakot az edényben kezeljük.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzaljellemezve, hogy a hőközlést villamos ívvel végezzük.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a szintetikus salakot vízzel granuláljuk.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a szintetikus salakot dermedés után aprítjuk.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a második ötvözetet előtét kokillában dermesztjük meg.
9. 9. A 8. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a második ötvözetet visszaadagoljuk a metallurgiai edénybe.