NO833141L - Gjenvinning av vanadiumoksyd - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for utvinning av vanadiumoksyd fra smeltet metall omfatter å føre oksygen og minst en kjølegass inn i det smeltede metall ved hjelp av minst en langstrakt lanse.En innretning til bruk ved fremgangsmåten omfatter en langstrakt lanse (2) som strekker seg inn i det smeltede

Description

Foreliggende oppfinnelse angår utvinning og fremstilling av vanadiumoksyd.

Inntil idag har forskjellige metoder og teknikker vært benyttet for utvinning eller oksydasjon av vanadium under fremstilling av jern og stål, men de fleste hvis ikke alle har vært spesielt kostbare både hva angår de opprinnelige kapitalomkostninger og hva angår driftsomkostningene. Heller ikke har de vært så vellykket som ofte hevdet.

En kjent form for ekstrahering av vanadium omfører rysting

eller vibrering av en støpeøse der en slik er anbragt i en vugge som gir rysting eller omrøring av smeltet metall. En lanse eller flere slike er tilveiebragt og som blåser oksygen på overflaten av metallet. Øsen eiet en form og konfigurasjon slik at det tilveiebringes en indre bølgelignende virkning som tillater at nytt metall eksponeres til det toppblåste oksygen. Kaptialomkostningene for dette system er høye på

grunn av de store kraner som er nødvendige for å behandle øsen full av smeltet metall.

Videre krever rysteøsen også en omrørings- eller rystespann

som er stor konstruksjonsmessig sett og som nødvendigvis må motstå de store krefter som er nødvendig for å oppnå rørevirk-ningen i det smeltede metall.

Alle disse krav medfører vesentlige omkostninger, både fra kapital- og driftssynspunkt.

En annen kjent måte er bruken av en vannavkjølt kobberlanse

som senkes til akkurat under overflaten av en øse. Denne stoler på induksjonsomrøring av metallet fra en ytre induk-sjonsvikling for å muliggjøre at nytt metall sirkuleres i områdene med oksygentilførsel fra lansen.

Igjen er det funnet at dette systemet er kostbart idet det også medfølger behovet for ikkemagnetisk rustfritt stål i øsesidene i områdene nærmest eller ved siden av induksjonsviklingen.

Videre er det funnet at induksjonsviklinger av den nødvendige størrelse er meget kostbare.

I henhold til et trekk ved oppfinnelsen tilveiebringes det

en fremgangsmåte for utvinning av vanadiumoksyd fra smeltet metall inkludert å føre oksygen og minst en kjølegass eller omhylling til nevnte smeltede metall gjennom minst en langstrakt lanse.

I henhold til et yderligere trekk ved oppfinnelsen tilveiebringes det et arrangement for utvinningen av vanadiumoksyd fra smeltet metall omfattende minst én langstrakt lanse som strekker seg inn i det smeltede metall idet denne er utstyrt med minst én langstrakt boring som strekker seg gjennom den, idet det er tilveiebragt midler for å tillate at minst oksygen og minst en kjølegass eller en omhylling føres gjennom lansen til det smeltede metall.

Oppfinnelsen skal beskrives ved hjelp av et eksempel og under henvisning til figuren der: Firgur 1 er et tverrsnitt av et vanadiumutvinningsarragement ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen.

Opptil idag har tallrike metoder og midler for fremstilling av vanadiumrikt slagg fra flytende jern innholdende vanadium vært benyttet. Systemer konstruert opp til idag lider alle av en eller flere mangler slik som høye kapitalomkostninger, høye driftsomkostninger, langsom reaksjonshastighet; i tillegg er kjente arrangementer relativt kompliserte og vanskelige å kontrollere.

Oppfinnelsen beskriver en fremgangsmåte og et arrangement for å føre oksygen inn i flytende, vanadiumholdig jern for å oppnå vanadiumoksyd og for omrøring av det flytende jern på en slik måte at man bibeholder egnet prosesskontroll.

Oppfinnelsen benytter en eller flere langstrakte lanser

av egnet materiale som tillater at oksygen føres gjennom i forbindelse med minst én kjølegass. Denne tjener til å avkjøle reaksjonssonen og bibeholde prosesskontroll mens den samtidig muliggjør at de dannedereaksjonsgasser omrører det flytende jern; dette tillater at friskt vanadiumrikt jern sirkuleres til reaksjonssonen hvorved vanadiumoksyd dannes og flyter til overflaten.

Yderligere prosesskontroll kan videre oppnåes ved å lage en lanse på en slik måte at den kan senkes eller heves ned i og opp fra en beholder av vanadiumholdig jern såvel som at den har en sirkulær eller roterende omrøringsbevegelse eller et moment i beholderen. For dette formål kan en eller flere lanser hensiktsmessig monteres i egnede rammer og forbindes med drivmidler som tillater en senke- og hevebevegelse, og/ eller en sirkulær eller omrørende bevegelse.

I tillegg til oksydasjon av vanadium i det flytende jern tillater det samme system videre kontroll med tilsetning av karbon eller å rekarbonisere det flytende jern, for å gi det en tilfredsstillende sammensetning for vanadium-oksydasjonsprosessen eller etterfølgende stålfremstilling. Prosesskontroll økes videre ved evnen til å tilsette oksygen når overskytende karbon er tilstede, hvorved karbonet kan oksyderes for derfor å gi yderligere termisk energi og derved sikre at tilstrekkelig overvarme er tilstede i det flytende jern. Dette forhindrer (eller i det minste minimaliserer) enhver tendens til begynnende størkning, noe som kan føre til utbyttetap; likeledes sikres'det at det flytende jern har tilstrekkelig kjemisk og termisk energi for etterfølgende stålfremstilling.

Fremgangsmåten har relativt lave driftsomkostninger, er relativt rimelig sammenlignet med andre systemer når det gjelder kapitalomkostninger, gir meget god prosesskontroll,

er relativt enkel, tilveiebringende relativt hurtig reaksjons-tid og kan i betydelig grad redusere forurensningskontrollen

(da det dannes meget lite støv eller damper).

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes det en støpeøse eller beholder 1 og denne brukes på en måte som er slik at det fortrinnsvis kreves kun en dreiemekanisme (ikke vist) for fjerning av slagg. For eksempel kan øsen eller beholderen 1 hensiktsmessig være anordnet slik at den kan dreies rundt i en akse for å fjerne slagg. Dette er kun et eksempel og det er åpenbart at andre former kan benyttes.

Oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til figur 1

i tegningene som viser kun en lanse 2. Dette er også kun et eksempel og et antall slike kan benyttes hvis ønskelig.

Under henvisning til figur 1 i de ledsagende tegninger er

det smeltede metall 3 vist anbragt i en ildfast utforet øse eller beholder 1. Lansen 2 strekker seg inn i og under overflaten av det smeltede metallet 3 inneholdende vanadium slik at den i det minste delvis er nedsenket i dette. Lansen 2 er av i det vesentlige langstrakt form og befinner seg i et egnet ildfast materiale slik som her beskrevet. Et egnet ildfast utforet lokk 5 er også tilveiebragt.

Den langstrakte lanse 2 har minst en boring eller et hull gjennom seg og er istand til å forbindes på en hvilken som helst egnet måte med en oksygenkilde 8 og en kilde for en eller flere kjølegasser 9. Gass som kan benyttes som kjølegass eller omhylling er beskrevet her som eksempel.

I bruk føres derfor oksygen og kjølegass gjennom glansen 2 og slipper ut ved enden 2a; eller som i en foretrukket utførelses-form av oppfinnelsen, gjennom et antall perifere utslippsåpninger 15 langs eller rundt lansen 2. Fortrinnsvis er det anordnet et antall symmetriske i avstand fra hverandre liggende perifere åpninger 15 rundt lansen 2, noe som er funnet reduserer vibreringer og belastninger på lansen. Åpningen 15 er tilveiebragt i lansen 2 i den del av lansen som vil være under overflaten av det smeltede metall. Videre er slike åpninger 15 funnet i det minste å redusere hvis ikke helt å fjerne muligheten for at en lanse brenner bunnens ildfaste materiale nær et vanlig utløp av oksygen fra lansen (som f.eks. 2a), noe som kan skje hvis oksygen slipper ut kun fra én ende 2 a av en lanse nær beholderbunnen 1a.

Det skal være klart at det er et antall fordeler ved å tilveiebringe lansen med en eller flere men fortrinnsvis flere åpninger 1 5 .

Igjen under henvisning til den ledsagende tegning; når oksygen

og kjølegass føres inn i det smeltede metallet 3 inneholdende vanadium (og under overflaten 4 derav) blir smeltet metall 3 omrørt og sirkulerer,dette tillater at friskt vanadiumrikt jern sirkulerer i reaksjonssonen nær den ene eller lansene 2 hvorved vanadiumoksydslagg dannes og flyter til overflaten 4. Dette er vist som vanadiumoksydslagg 6 i tegningen.

I en form av oppfinnelsen er lansen 2 tildannet med et indre eller senterrør 11 og et ytre rør 10 idet disse er i det vesentlige koaksiale og konsentriske i boringen 7 i lansen 2. F.eks. kan de indre rør 11 være forbundet med en oksygenkilde

og fører oksygen. Det ytre rør eller ringrøret 10 kan føre kjølegassen rundt oksygenet og vil da være forbundet med en egnet kjølegasskilde.

Som angitt ovenfor kan lansen eller lansene 2 heves og/eller senkes inn i og ut fra beholderen eller øsen 1 og smeltet metall 3.Lansene kan også ha muligheter for rotasjon på egnet måte.

Passasjen av oksygen gjennom lansen 2 og inn i det flytende smeltede materialet 3 omrøres således og sirkulerer smeltet materiale 3 og tillater at friskt vanadiumrikt jern sirkulerer inne i reaksjonssonen, og vanadiumoksydslagg 6 som dannes flyter til overflaten. Egnede ikke viste innretninger slik som f.eks. dreie-eller tippeinnretninger, kan så benyttes for å fjerne slagg fra overflaten av det smeltede metall.

Lansene 2 er fortrinnsvis utstyrt med en eller flere perifere utslippsåpninger 15. Det er funnet at ved å øke antallet ut-løpsåpninger rundt lansen (under overflaten 4 av det smeltede metallet 3) tjener dette til å redusere oksygentilførsel pr. reaksjonssone, noe som igjen er funnet å redusere reaksjons-sonetemperaturen, noe som fører til en forbedret vanadium-gjenvinningsgrad.

Perifere åpninger 15 er som angitt ovenfor funnet å redusere vibrasjon og belastning på lansene 2 fra gassreaksjoner som ellers ville inntre.

I tillegg er portene 15 i lansen 2 funnet i det minste å redusere hvis ikke helt å fjerne muligheten for lansene til å brenne bunnens ildfaste materiale. Det er også en reel fordel å anbringe lansene slik at bunnen eller spissen 2a befinner seg i en viss avstand fra beholderbunnen 1a.

Lansene 2 er fastholdt over beholderen 1 i en egnet bærer eller ramme og er hvis ønskelig fjernbar. Lansen underkastes ekstrem varme og trykk og det kan således være nødvendig å erstatte den fra tid til annen.

Forskjellige materialer har vært benyttet for å fremstille lansen inkludert f.eks. rustfritt stål og bløtt stål, styrket med ytre midler. Andre materialer kan imidlertid også benyttes.

Det er generelt funnet at ved å redusere metalltemperaturen under blåsing kan vanadiumgjenvinningens effektivitet økes.

Gasser som benyttes som kjølemiddel eller omhyllingsgasser kan f.eks. være flytende petroleumgass, LPG; carbondioksyd, CG^; komprimert naturgass, CNG; og nitrogen, N2. Dette også kun som eksempel.

Lansenedsenkningsdybden i det smeltede metall kan variere avhengig av metalldybden men når f.eks. metalldybden i øsen varierer fra 670 til 750 mm kan lansenedsenkningsdybden variere fra f.eks. 480 til 570 mm. Selv med en høy grad av turbulens er det ikke funnet at denne variasjon har noen vesentlig be-tydning på vanadiumgjenvinningen.

Under visse omstendigheter ble det under forsøk bemerket at

med lansespissen eller enden nær bunnen var det et visst tap

av ildfastutforing. Dette opptrådte når det var oksygenblåse-hastigheter på mer enn 25 nm 3/t og lansespissen befant seg 60-90 mm fra bunnen. Den generelle driftsavstand var 150 til 200 mm og med oksygenmengder på opptil 37 nm 3/t. Under disse omstendigheter ble det ikke bemerket tap av ildfastmateriale. Det er derfor ønskelig at spissen 2a av lansen befinner seg i en viss avstand fra beholderbunnen for derved å undgå eller i det minste redusere tap eller skade av ildfast utforing.

Det er under forsøk bemerket at det inntreffer spruting avhengig av blåsegraden og det er bemerket at det er et forhold mellom vanadiuminnhold og spruting. Når f.eks. vanadiuminnholdet er

over 0,3% er det liten eller ingen spruting ved innføring.

Frem til 15 minutter senere begynner imidlertid en lett spruting og dette skjer generelt når vanadiuminnholdet er redusert til 0,25 - 0,3%. Senere i blåsingen når vanadiuminnholdet er helt ned til under 0,1% er det en yderligere økning i sprutingen. På dette trinn er det funnet at sprutingen enkelte ganger er så alvorlig at blåsingen må avbrytes.

Det antas at den økede spruting forårsakes av den høyere karbonavbrenning som gir større mengder CO gass.

En lavere blåsehastighet vil redusere sprutingen ved slutten

av blåsingen hvis det er funnet økonomisk å redusere vanadiuminnholdet til under 0,1%.

Generelt sagt og i mer effektiv blåsing har for stor karbonavbrenning ikke begynt før 0,05% vanadium slik at denne spruting kan benyttes som en måte for bestemmelse når en blåsing kan oppgis.

Når LPG benyttes som kjølegass ansees det at denne er en større bidragsyter til spruting og kan være så ille at et tettsluttende lokk benyttes for å holde metallet i beholderen.

Forutsatt at det er tilstrekkelig vanadium i metallet vil

en økning av oksygenblåsemengden alene ikke forårsake noen sprutøkning.

Ved påbegynnelsen av blåsingen og med oksygen og i kjølegass gjennom lansen eller lansene har spruten en tendens til å bli fast på lokkanten, noe som understøter og lukker sprutingen inne. I den senere del av blåsingen kan det imidlertid være et utbrudd i tettingen og betydelige metallmengder kan renne over kanten.

Slagg som dannes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen flyter fritt på det smeltede metall og slagget kan lett fjernes fra metallet. I forsøk har slaggutvinningen vært bedømt i enkelte tilfeller til å være over 95%.

Ifølge oppfinnelsen er øsen som benyttes for å inneholde det smeltede metall belagt med et egnet ildfast materiale slik som f.eks. Fyreplast 80. Som et eksempel og under drift med et pilotanlegg haddeøsene en totaldybde på 930 mm. Den midlere metalldybde var 700 ml, noe som tilsvarte 1300 kg metall og som ga 230 mm fribord. Øsediameteren på metallnivået var 700 mm og med en 150 mm lansediameter ga dette en metall-overflate på 0,367 m 2 under blåsingen.

Det skal nedenfor gis eksempler på gjennomførte forsøk.

Som et yderligere eksempel betingelser for kjølegassdrift med de alternative kjølegasser:

Ut fra denne drift skal spesifikke oksydasjonsmengder ved forsøkene vises:

Driftsdetaljer for en lanse kan f.eks. være:

Lansedetaljer

Sentrumsrørareal = 23,41 mm<2>

2

Ytre ring areal = 7,55 mm

Denne lanse var omhyllet av en 40 mm m/s forsterkningsrør med ytre ribber.Enhetene ble så støpt i en 150 mm indre diameter-form med støpebar Purotab inneholdende 3% ss nåler. Alternativt ble forebrente hylser benyttet med en •indrestøpbar blanding. Det var ingen lanseavbrenning under blåsingen av lavmetalloidjern.

Spesifikke blåsemengder som ble benyttet var:

-2 3 2

Oksygen 0.7-2.1 x 10 nm /min/mm

-3 3 2

Kjølegass 1.1-6.6 x 10 nm /min/mm

Hva temperaturen angår er det generelt funnet at en reduskjon av metalltemperaturen øker vanadiumekstraheringseffektivitet V/C tapsforholdet. Som et eksempel: Hva lanser angår har forskjellige ildfaste materialer vært prøvet og egnede belegg og ildfaste materialer benyttes for å tilveiebringe lansene med tilstrekkelig varmemotstandsevne og styrke. Dette vil også forhindre eller i det minste så langt det er mulig minimalisere brenning av ildfast materiale. Det er ment at en enhetlig eller flerstykket forbrent hylse kan benyttes.

Egnede ildfaste materialer i formen av forsterkede støpe-materialer kan også benyttes. Rustfrie stålnåler ble tilsatt til disse materialer for å forbedre ydeevnen, noe som også ble oppnådd.

Som f.eks. angitt ovenfor kan en lanse være f.eks. et omhyllet 40 mm bløte stålforsterkningsrør med ytre forsterkningsribber idet enheten støpes i en 150 mm former med Purotab støpbart materiale inneholdende 3% nåler av rustfritt stål. Alternativt som angitt og kun som eksempel kan forebrente hylser benyttes med en støpeblanding. Dette ga ingen lanseavbrenning under blåsing av lavmetalloidjern.

Det skal være klart at modifikasjoner kan foretas uten å

gå utenfor rammen av de ledsagende krav.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for utvinning av vanadiumoksyd fra smeltet metall, karakterisert ve;' ..d at oksygen (8)og minst én kjølegass (9) føres inn i det smeltede metallet (3) gjennom minst en langstrakt lanse(2) .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at lansen (2) strekker seg til under overflaten (4) av det smeltede metall (3) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at oksygen (8) og en kjølegass(9) trer ut fra lansen (2)gjennom et antall i avstand fra hverandre anbragte åpninger (15) under overf laten(4) av det smeltede metall (3) .

4. Innretning for utvinning av vanadiumoksyd fra smeltet metall, karakterisert ved at den omfatter minst en langstrakt lanse (2) som strekker seg inn i det smeltede metallet (3) idet den lanse(2) er utstyrt med minst en langstrakt boring (7)som strekker seg gjennom det, idet det videre er tilveiebragt midler for å tillate at minst oksygen (8)og minst en kjølegass (9) beveger seg gjennom lansen (2)og inn i det smeltede metall (3) .

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at et antall i avstand fra hverandre anbragte perifere åpninger (15) er tildannet i lansen (2) under overflaten (4) av det smeltede metall (3) .

6. Innretning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at det smeltede metall (3) befinner seg i en øse eller beholder (1), hvorved lansen (2) strekker seg inn i beholderen (1) slik at dens ende (2a) befinner seg i en avstand fra beholderbunnen (1a).

7. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav 4 til 6, karakterisert ved at lansen (2) er istand til å kunne senkes eller heves inn i eller ut av det smeltede metallet (3), og at det er tilveiebragt midler for å gi lansen (2) en sirkulerende eller roterende bevegelse.

8. Innretning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav 4 til 7, karakterisert ved at lansen (2) inkluderer minst to i det vesentlige konsentriske og koaksiale rør (10-11) idet oksygen (8) beveger seg gjennom i det minste ett indre rør (11) og kjølegass (9) gjennom et ytre rør (10).