RU2733772C1

RU2733772C1 - Способ изготовления сплавов феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком

Info

Publication number: RU2733772C1
Application number: RU2019143047A
Authority: RU
Inventors: Чжихэ Доу; Тинань ЧЗАН; Янь Лю; Гочжи Лв; Цююэ ЧЖАО; Липинг НЮ; Дасюэ ФУ; Вэйгуан ЧЗАН
Original assignee: Нортистерн Юниверсити
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2020-10-06
Also published as: WO2018228139A1; US20200199712A1; US11180827B2; ZA201908602B; CN107099715A; CN107099715B

Abstract

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении сплавов феррованадия путем алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком. Способ включает алюминотермическое самораспространяющееся градиентное восстановление ванадия и железа из их оксидов, тепловое консервирование и получение высокотемпературного расплава посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава, перемешивание и рафинирование полученного расплава шлаком путем его впрыскивания в нижний слой расплава и охлаждение рафинированного высокотемпературного расплава и удаление верхнего слоя шлака для получения феррованадия. Изобретение позволяет разделять сырьевые материалы на несколько партий с высокой и низкой долей алюминия в них, эффективно усовершенствовать процесс разделения шлака и расплава металла за счет электромагнитного нагревания, а также снизить потребление энергии в процессе производства. 7 з.п. ф-лы, 18 пр.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

Изобретение относится к способу изготовления сплавов феррованадия, в частности, к способу изготовления сплавов феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком.

2. Уровень техники

Феррованадий служит одним из важных ферросплавов в металлургической отрасли, в основном его используют как легирующую присадку при изготовлении стали. После добавления феррованадия в сталь твердость, прочность, сопротивление истиранию и пластичность стали могут значительно возрасти, а также может улучшиться обрабатываемость. Феррованадий обычно используют для производства углеродистой стали, высокопрочной низколегированной стали, высоколегированной стали, инструментальной стали и чугуна. На настоящий момент обычный феррованадий представлен тремя видами обычного феррованадия, содержащего 40 %, 60 % и 80 % ванадия соответственно. Основные способы плавления феррованадия главным образом включают электросиликотермический процесс и стандартный внепечной алюминотермический процесс. При электросиликотермическом процессе кондиционные изделия могут быть изготовлены из хлопьев пентоксида ванадия в качестве основного сырьевого материала, 75 % ферросилиция и небольшого количества алюминия в качестве восстановителей посредством двух стадий восстановления и рафинирования в основной электродуговой печи. Печной шлак, возникающий на последующей стадии рафинирования в этом процессе, называется «богатый шлак» (содержащий 8-12 % V₂O₅). Этот процесс главным образом используют для плавления феррованадия, содержащего 40–60 % ванадия. В силикотермическом процессе алюминий используют в качестве восстановителя, и для расплавления в барабане с основной футеровкой используют способ розжига снизу. Сначала небольшую часть смешанной шихты помещают в реактор, а затем печь разжигают. После начала реакции последовательно добавляют оставшуюся часть шихты. Этот процесс обычно используют для плавления железа с большим содержанием ванадия (содержащего 60–80 % ванадия). Этот процесс приводит к низкой степени восстановления ванадия, равной 90–95 %. В патентной заявке Китая (CN103031484A) раскрыт способ плавления феррованадия, в котором в качестве сырьевых материалов используют негашеную известь, алюминий, железо и оксид ванадия. Степень восстановления ванадия возрастает за счет контроля подаваемых ингредиентов, но существуют такие проблемы, что в процессе реакции разделение шлака и металла происходит неполностью, и содержание включений в сплаве высокое. В соответствии с такими дефектами, что при обычном способе изготовления феррованадия в процессе реакции степень восстановления ванадия низкая, разделение шлака и металла плохое, содержание включений в сплаве высокое и высок уровень загрязнения, данное изобретение предлагает способ изготовления сплавов феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося восстановления с градиентной подачей и рафинирования шлаком.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с проблемами, существующими на уровне техники, изобретение предлагает способ изготовления сплавов феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком. Способ содержит следующие этапы: использование оксида ванадия, Fe₂O₃ и т. п. в качестве исходных материалов, осуществление градиентной подачи, выполнение алюминотермической самораспространяющейся реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества, добавление рафинировочного шлака с высокой основностью в высокотемпературное расплавленное вещество для регулирования основности и точки плавления шлака, осуществление рафинирования шлаком и, наконец, удаление шлака для получения феррованадия.

В способе изготовления сплавов феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком используют такую техническую схему, что способ содержит следующие этапы:

(1) Осуществление алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления одним из двух следующих способов:

Первый способ включает разделение сырьевых материалов, содержащих порошок Fe₂O₃, порошок алюминия и шлакообразователь, на несколько партий, помещение первой партии сырьевых материалов в реакционную печь, осуществление розжига с использованием порошкообразного магния поверх сырьевых материалов для запуска алюминотермической самораспространяющейся реакции и последовательное добавление других партий сырьевых материалов до завершения реакции, чтобы получить высокотемпературное расплавленное вещество, в котором доля алюминия в каждой партии сырьевых материалов равномерно снижается с 1,15–1,35 до 0,85–0,65 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94–1,00 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

Второй способ включает смешивание до однородного состояния сырьевых материалов, содержащих оксид ванадия, порошок Fe₂O₃ и шлакообразователь, для получения смеси, добавление смеси в смеситель непрерывного действия при постоянной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в смеситель непрерывного действия при равномерном понижении скорости и непрерывное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, при этом весь процесс смешивания материалов и весь процесс реакции осуществляют непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества,

Доля алюминия в сырьевых материалах, непрерывно добавляемых в реакционную печь, равномерно снижается с 1,15–1,35 до 0,85–0,65 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, количество n градиентных изменений доли алюминия во всем процессе удовлетворяет реляционному выражению: n = (b - c) / a, при этом b представляет максимальную долю алюминия, с представляет минимальную долю алюминия, a представляет коэффициент градиентных изменений доли алюминия, и a больше 0, но меньше либо равно 0,04, и общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94–1,00 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава;

(3) Впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаком; и

(4) Охлаждение рафинированного высокотемпературного расплавленного вещества и удаление верхнего слоя выплавленного шлака для получения сплава феррованадия.

Кроме того, весовое соотношение оксида ванадия, порошка Fe₂O₃, порошка алюминия и шлакообразователя в сырьевых материалах составляет 1,0:(0,2-1,49):(0,56-1,00):(0,82-1,95), и размеры их частиц соответствуют следующим условиям: размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм.

Кроме того, оксид ванадия представляет собой V₂O₅ или V₂O₃.

Кроме того, количество партий на этапе (1) больше или равно 4.

Кроме того, масса первой партии сырьевых материалов на этапе (1) составляет 10–30 % от общей массы сырьевых материалов.

Кроме того, контрольные параметры теплового консервирования и плавления на этапе (2) следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700–1800 °C, и время теплового консервирования составляет 5–15 мин.

Кроме того, рафинировочные шлаки на этапе (3) являются шлаком одного из следующих двух типов: (1) от 10 до 25 весовых % CaF₂ и остальное CaO; (2) от 10 до 25 весовых % CaF₂, от 5 до 10 весовых % Na₂O и остальное CaO.

Кроме того, контрольные параметры перемешивания и рафинирования шлаком на этапе (3) следующие: используют эксцентрическое перемешивание с относительным эксцентриситетом от 0,2 до 0,4, добавляемое количество рафинировочного шлака составляет от 2 до 8 % от общего количества сырьевых материалов, инертный газ с чистотой равной или более 99,95 % используют в качестве газа-носителя, скорость перемешивания составляет от 50 до 150 об/мин, температура рафинирования составляет от 1700 до 1800 °C, а время рафинирования составляет от 10 до 30 мин.

Кроме того, сплавы феррованадия содержат следующие химические компоненты в следующих количествах: от 35,0 до 80,0 весовых % V, Al составляет 1,5 весовых % или менее, Si составляет 1,0 весовой % или менее, O составляет 1,0 весовой % или менее и остальное Fe.

Настоящее изобретение обладает следующими преимуществами:

1. Первую партию материалов, с более высокой долей алюминия, чем теоретическое стехиометрическое соотношение алюминотермической самораспространяющейся реакции, подвергают алюминотермической самораспространяющейся реакции для получения высокотемпературного расплавленного материала с высокой температурой, что представляет преимущество для инициирования реакции последующих партий материалов с низкими долями алюминия; кроме того, большие доли алюминия в предыдущем периоде и последующем периоде могут гарантировать, что расплавленное вещество находится в атмосфере с повышенной восстановительной средой, чтобы гарантировать полное восстановление оксидов металла; кроме того, за счет подачи с постепенным снижением доли алюминия постепенно высвобождается алюминий, соединенный с железом в расплаве и оставшийся в сплавах, и постепенно реагирует с оксидами титана и ванадия в материалах с низким содержанием алюминия, добавленных впоследствии, и оставшееся содержание алюминия в конечных продуктах эффективно снижается; причем чем больше партия подачи или чем меньше градиент постоянной доли алюминия, тем меньше остатки алюминия.

2. За счет перемешивания и рафинирования шлаками щелочность и точку плавления шлака регулируют путем добавления рафинировочного шлака, при этом выполняется химическая реакция на границе раздела фаз шлака и металла и тщательное разделение шлака и металла и эффективно удаляются примеси, такие как оксид алюминия; кроме того, теплоту реакции системы полностью используют в процессе теплоизоляции и плавления, чтобы значительно снизить потребление энергии в процессе производства. Дополнительно электромагнитное нагревание применяют для теплового консервирования и плавления для образования верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава перед перемешиванием и рафинированием шлаком, чтобы эффективно усовершенствовать процесс разделения шлака и расплавленного вещества.

3. Сплавы феррованадия, полученные в настоящем изобретении, содержат следующие химические компоненты: 35,0–80,0 весовых % V, Al составляет 1,5 весовых % или менее, Si составляет 1,0 весовых % или более, O составляет 1,0 весовых % или более и Fe - остальное, при этом степень восстановления ванадия является высокой, а остаточное количество алюминия и кислорода - низким.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ПРИМЕРА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

В раскрытии настоящего изобретения следует учитывать, что обычные условия или условия, рекомендуемые производителями, должны иметь преимущественную силу в примере осуществления изобретения, и что специальные условия не указаны в примере осуществления изобретения. Производители используемых реагентов или измерительных устройств не указаны, и должны быть использованы обычные продукты, представленные на рынке.

Примеры осуществления настоящего изобретения будут детально раскрыты ниже. Раскрытие настоящего изобретения не имеет ограничительного характера.

Пример 1 осуществления изобретения

Способ изготовления сплава феррованадия на основе алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления и рафинирования шлаком содержит следующие этапы:

(1) Алюминотермическое самораспространяющееся градиентное восстановление

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,8 к 0,76 к 0,99, при этом размер частиц соответствует условию: размер частиц оксида ванадия меньше либо равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше либо равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше либо равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше либо равен 0,2 мм; разделение материалов на 5 партий, при этом доля алюминия в каждой партии материалов составляет соответственно 1,20, 1,05, 1,00, 0,90 и 0,85 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,98 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 20 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1800°C и время теплового консервирования составляет 15 мин.;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂ и 90 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 2 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 50 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,23, температура рафинирования составляет 1800 °C, и время рафинирования составляет 10 мин; и

(4) Охлаждение рафинированного высокотемпературного расплавленного вещества и удаление верхнего слоя выплавленного шлака для получения сплавов феррованадия.

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 49,1 % V, 0,2 % Si, 0,8 % Al, 0,6 % O и остальное Fe.

Пример 2 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,94 к 0,79 к 1,15, при этом размер частиц оксида ванадия меньше либо равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше либо равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше либо равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше либо равен 0,2 мм; разделение материалов на 6 партий, причем доля алюминия в каждой партии материалов составляет соответственно 1,20, 1,10, 0,95, 0,90, 0,85 и 0,80 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,98 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 28,6 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1750 °C и время теплового консервирования составляет 10 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 20 % CaF₂ и 80 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 5 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,28, температура рафинирования составляет 1750 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 48,7 % V, 0,4 % Si, 0,7 % Al, 0,6 % O и остальное Fe.

Пример 3 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₃ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 1,06 к 0,84 к 1,54, при этом размер частиц оксида ванадия меньше либо равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше либо равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше либо равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше либо равен 0,2 мм; разделение материалов на 8 партий, причем доля алюминия в каждой партии материалов составляет соответственно 1,20, 1,1, 1,0, 0,95, 0,925, 0,90, 0,875 и 0,85 часть от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,98 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 22,2 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, причем контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 5 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 25 % CaF₂ и 75 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 7 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 150 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,4, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 30 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 47,0 % V, 0,2 % Si, 0,41 % Al, 0,45 % O и остальное Fe.

Пример 4 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₃ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователя CaO равно 1,0 к 1,24 к 0,86 к 1,62, при этом размер частиц размер частиц оксида ванадия меньше либо равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше либо равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше либо равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше либо равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₃, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, при этом весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь, постепенно снижается с 1,3 до 0,68 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,004, количество градиентных изменений доли алюминия в течение всего процесса составляет 155 раз, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,98 от теоретического стехиометрического соотношения алюмотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1750 °C и время теплового консервирования составляет 10 мин.;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂, 85 % CaO и 5 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 5 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин., относительный эксцентриситет составляет 0,2, температура рафинирования составляет 1750 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 42,5 % V, 0,6 % Si, 0,70 % Al, 0,56 % O и остальное Fe.

Пример 5 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 1,37 к 0,89 к 1,71, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₅, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь, постепенно снижается с 1,26 до 0,7 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,002, градиентные изменения доли алюминия в течение всего процесса происходят 280 раз, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,96 от теоретического стехиометрического соотношения алюмотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 10 мин.;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂, 80 % CaO и 10 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 4 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин., относительный эксцентриситет составляет 0,3, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 40,6 % V, 0,7 % Si, 0,65 % Al, 0,54 % O и остальное Fe.

Пример 6 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 1,39 к 0,92 к 1,54, при этом размер частиц оксида ванадия меньше либо равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше либо равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше либо равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше либо равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₅, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,26 до 0,68 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,001, количество градиентных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 580, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94 от теоретического стехиометрического соотношения алюмотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 15 мин.;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 20 % CaF₂, 75 % CaO и 5 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 8 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин., относительный эксцентриситет составляет 0,4, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 30 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 38,6 % V, 0,6 % Si, 0,36 % Al, 0,31 % O и остальное Fe.

Пример 7 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,43 к 0,64 к 0,85, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; разделение материалов на 5 партий, где доля алюминия в каждой партии материалов составляет 1,20, 1,05, 1,0, 0,90 и 0,85 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,97 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 20 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, заливка первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление других партий материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1800 °C и время теплового консервирования составляет 15 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂ и 90 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 2 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 50 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,32, температура рафинирования составляет 1800 °C, и время рафинирования составляет 10 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 64,2 % V, 0,1 % Si, 0,72 % Al, 0,57 % O и остальное Fe.

Пример 8 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,49 к 0,66 к 0,91, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; разделение материалов на 6 партий, где доля алюминия в каждой партии материалов составляет 1,20, 1,1, 0,95, 0,90, 0,85 и 0,80 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,96 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 28,6 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, заливка первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление других партий материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, где контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1750 °C и время теплового консервирования составляет 10 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 20 % CaF₂ и 80 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 5 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,35, температура рафинирования составляет 1750 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 63,9 % V, 0,4 % Si, 0,63 % Al, 0,54 % O и остальное Fe.

Пример 9 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,49 к 0,66 к 0,91, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; разделение материалов на 7 партий, где доля алюминия в каждой партии материалов составляет 1,20, 1,1, 1,0, 0,95, 0,925, 0,90, 0,875 и 0,85 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 22,2 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, заливка первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление других партий материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, где контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 5 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 25 % CaF₂ и 75 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 7 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 150 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,38, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 30 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 62,4 % V, 0,2 % Si, 0,53 % Al, 0,38 % O и остальное Fe.

Пример 10 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,54 к 0,69 к 1,21, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₃, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,18 до 0,69 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,0035, количество градиентных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 140, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,97 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочных шлаков в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂, 85 % CaO и 5 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 5 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,32, температура рафинирования составляет 1750 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 60,8 % V, 0,6 % Si, 0,66 % Al, 0,58 % O и остальное Fe.

Пример 11 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,61 к 0,71 к 1,34, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₃, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,28 до 0,68 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,0025, количество градиентных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 240, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,96 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, при этом контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 10 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂, 80 % CaO и 10 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 4 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,35, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 59,2 % V, 0,7 % Si, 0,56 % Al, 0,44 % O и остальное Fe.

Пример 12 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,72 к 0,74 к 1,48, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₃, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,23 до 0,75 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,0015, количество градиентных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 320, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, при этом рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 20 % CaF₂, 75 % CaO и 5 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 8 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,4, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 30 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 56,8 % V, 0,6 % Si, 0,5 % Al, 0,28 % O и остальное Fe.

Пример 13 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,2 к 0,56 к 0,85, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; разделение материалов на 5 партий, при этом доля алюминия в каждой партии материалов составляет 1,20, 1,05, 1,0, 0,90 и 0,85 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,98 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 20 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, заливка первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление других партий материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, где контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1800 °C и время теплового консервирования составляет 15 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂ и 90 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 2 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 50 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,4, температура рафинирования составляет 1800 °C, и время рафинирования составляет 10 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 79,2 % V, 0,2 % Si, 0,62 % Al, 0,6 % O и остальное Fe.

Пример 14 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,26 к 0,57 к 0,88, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; разделение материалов на 6 партий, где доля алюминия в каждой партии материалов составляет 1,20, 1,1, 0,95, 0,90, 0,85 и 0,80 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,95 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 28,6 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, заливка первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление других партий материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 20 % CaF₂ и 80 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 5 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,4, температура рафинирования составляет 1750 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 78,5 % V, 0,3 % Si, 0,58 % Al, 0,58 % O и остальное Fe.

Пример 15 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,27 к 0,58 к 0,96, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; разделение материалов на 7 партий, где доля алюминия в каждой партии материалов составляет 1,20, 1,1, 1,0, 0,95, 0,925, 0,90 и 0,85 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, и масса первой партии материалов составляет 22,2 % от общего количества материалов; добавление первой партии материалов в реакционную печь, заливка первой партии материалов в реакционную печь, осуществление розжига с добавлением порошка магния поверх материалов для запуска самораспространяющейся реакции, и последующее добавление других партий материалов до завершения реакции для получения высокотемпературного расплавленного вещества;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, где контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 5 мин.;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 25 % CaF₂ и 75 % CaO, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 7 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 150 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,34, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 30 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 76,5 % V, 0,2 % Si, 0,49 % Al, 0,26 % O и остальное Fe.

Пример 16 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,29 к 0,59 к 1,06, при этом размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₅, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,29 до 0,69 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, количество a равномерных изменений составляет 0,003, количество равномерных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 200, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,97 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂, 85 % CaO и 5 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 5 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,2, температура рафинирования составляет 1750 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 75,8 % V, 0,6 % Si, 0,58 % Al, 0,58 % O и остальное Fe.

Пример 17 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,3 к 0,6 к 1,2, где размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₅, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при равномерной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в непрерывный смеситель с равномерным понижением скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, где весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,21 до 0,74 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,002, количество градиентных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 235, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,95 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, где контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 10 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 10 % CaF₂, 80 % CaO и 10 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 4 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,3, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 20 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 74,3 % V, 0,7 % Si, 0,47 % Al, 0,52 % O и остальное Fe.

Пример 18 осуществления изобретения

Подготовка сырьевых материалов с таким весовым соотношением сырьевых материалов: отношение V₂O₅ к порошку Fe₂O₃ к порошку алюминия к шлакообразователю CaO равно 1,0 к 0,32 к 0,6 к 1,22, где размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм, и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм; равномерное смешивание таких сырьевых материалов, как V₂O₅, порошок Fe₂O₃и шлакообразователь для получения смеси, добавление смеси в непрерывный смеситель при постоянной скорости, одновременное добавление порошка алюминия в смеситель непрерывного действия при равномерном понижении скорости, и постоянное введение равномерно смешанных материалов в реакционную печь для алюминотермической самораспространяющейся реакции, при этом весь процесс реакции осуществляется непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплавленного вещества, доля алюминия в материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь постепенно снижается с 1,16 до 0,78 доли теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции, коэффициент a градиентных изменений составляет 0,001, количество градиентных изменений доли алюминия во всем процессе составляет 380, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94 от теоретического стехиометрического соотношения алюминотермической самораспространяющейся реакции;

(2) Осуществление теплового консервирования и плавления высокотемпературного расплавленного вещества посредством электромагнитного индукционного нагревания для осуществления разделения металла и шлака, для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава сплава, где контрольные параметры следующие: частота электромагнитной индукции больше или равна 1000 Гц, температура плавления составляет 1700 °C и время теплового консервирования составляет 15 мин;

(3) Удаление 90 % верхнего слоя расплавленного шлака оксида алюминия, впрыскивание рафинировочного шлака в нижний слой расплава сплава и осуществление перемешивания и рафинирования шлаками, где рафинировочные шлаки состоят из компонентов с весовым соотношением 20 % CaF₂, 75 % CaO и 5 % Na₂O, и контрольные параметры следующие: доля добавленного рафинировочного шлака составляет 8 % от общего количества сырьевых материалов, аргон с чистотой равной либо более 99,95°% используется в качестве газа-носителя, скорость эксцентрического перемешивания составляет 100 об/мин, относительный эксцентриситет составляет 0,31, температура рафинирования составляет 1700 °C, и время рафинирования составляет 30 мин; и

Кроме того, изготовленные сплавы феррованадия в примере осуществления состоят из следующих химических компонентов в весовых процентах: 71,4 % V, 0,6 % Si, 0,42 % Al, 0,25 % O и остальное Fe.

Следует понимать, что усовершенствования или изменения могут быть выполнены на основе представленного выше раскрытия специалистами в данной области, и все такие усовершенствования и изменения должны входить в пределы правовой охраны настоящего изобретения.

Claims

1. Способ получения феррованадия, характеризующийся тем, что

(1) осуществляют алюминотермическое самораспространяющееся градиентное восстановление ванадия и железа из их оксидов путем подготовки сырьевых материалов разделением сырьевых материалов, содержащих оксид ванадия, порошок Fe₂O₃, порошок алюминия и шлакообразователь, на несколько партий, помещения первой партии сырьевых материалов в реакционную печь, розжига размещенного поверх сырьевых материалов порошкообразного магния для запуска алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления с последовательным добавлением других партий сырьевых материалов до завершения реакции и получения высокотемпературного расплава, в котором доля алюминия в каждой партии сырьевых материалов равномерно снижают с 1,15–1,35 раза до 0,85–0,65 теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления, при этом общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94–1,00 от теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления, или путем осуществления подготовки сырьевых материалов, содержащих оксид ванадия, порошок Fe₂O₃ и шлакообразователь, смешиванием до однородного состояния до получения смеси, которую добавляют в смеситель непрерывного действия при постоянной скорости, с одновременным добавлением порошка алюминия в смеситель непрерывного действия при равномерном понижении скорости, и непрерывным введением равномерно смешанных упомянутых материалов в реакционную печь для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления, при этом весь процесс смешивания и процесс алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления осуществляют непрерывно до тех пор, пока все материалы полностью не среагируют для получения высокотемпературного расплава, при этом доля алюминия в сырьевых материалах, непрерывно вводимых в реакционную печь, постепенно снижают с 1,15–1,35 до 0,85–0,65 теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления, при этом количество n градиентных изменений доли алюминия во всем процессе удовлетворяет выражению: n = (b - c) / a, где b – максимальная доля алюминия, с – минимальная доля алюминия, a - коэффициент градиентных изменений доли алюминия, при этом 0<a≤0,04, а общая доля алюминия в сырьевых материалах составляет 0,94-1,00 от теоретически необходимого по стехиометрии для проведения алюминотермического самораспространяющегося градиентного восстановления,

(2) осуществляют тепловое консервирование и получение высокотемпературного расплава посредством электромагнитного индукционного нагревания для получения верхнего слоя алюминиевого шлака и нижнего слоя расплава,

(3) осуществляют перемешивание и рафинирование полученного расплава шлаком путем его впрыскивания в нижний слой расплава,

(4) охлаждение рафинированного высокотемпературного расплава и удаление верхнего слоя шлака для получения феррованадия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (1) весовое соотношение оксида ванадия, порошка Fe₂O₃, порошка алюминия и шлакообразователя в сырьевых материалах составляет 1,0:(0,2–1,49):(0,56–1,00):(0,82-1,95) соответственно, а размеры частиц упомянутых сырьевых материалов соответствуют следующим условиям: размер частиц оксида ванадия меньше или равен 5 мм, размер частиц Fe₂O₃ меньше или равен 0,2 мм, размер частиц порошка алюминия меньше или равен 5 мм и размер частиц шлакообразователя меньше или равен 0,2 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (1) количество партий больше либо равно 4.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (1) масса первой партии сырьевых материалов составляет 10–30% от общей массы сырьевых материалов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап (2) осуществляют при частоте электромагнитной индукции больше или равной 1000 Гц, температуре плавления 1700–1800°C, при этом время теплового консервирования составляет 5–15 мин.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (3) рафинировочные шлаки имеют составы двух типов, вес.%: CaF₂ 10-25 и CaO - остальное или CaF₂ 10-25 , Na₂O 5-10 и CaO - остальное.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (3) существуют следующие контрольные параметры: используют эксцентрическое перемешивание с относительным эксцентриситетом от 0,2 до 0,4, доля добавления рафинировочного шлака составляет от 2 до 8% от общего количества сырьевых материалов, в качестве газа-носителя используют инертный газ с чистотой равной или более 99,95%, скорость перемешивания составляет от 50 до 150 об/мин, температура рафинирования составляет от 1700 до 1800°C, а время рафинирования составляет от 10 до 30 мин.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что феррованадий содержит химические компоненты при следующем соотношении компонентов, вес.%: ванадий 35,0-80,0, алюминий 1,5 или менее, кремний 1,0 или менее, кислород 1,0 или менее и железо - остальное.