преимущественное развитие получит реакция с образованием карбида. Получающийся при таком методе производства, феррованадий содержит 4—6% углерода, и его нельзя использовать при выплавке большинства легированных ванадием сталей.
Восстановление пятиокиси ванадия кремнием протекает по следующей реакции:
Одновременно могут образовываться трудновосстановимые низшие окислы V2O3 и VO. Восстановление низших окислов ванадия также затруднено образованием силиката ванадия, и поэтому в шихту вводят известь, связывающую кремнезем и препятствующую образованию силикатов ванадия. В присутствии окиси кальция реакция восстановления принимает вид:
2/5V2O6 + Si + 2СаO = 4/5V + 2CaO-SiO2;
G° = -472 560 + 75,24 Т Дж/моль) (-112 870 + 17,97 Т кал/моль).
Восстановление пятиокиси ванадия алюминием протекает по реакции:
2/5V2O5 + 4/3Al = 4/5V + 2/3Al ;
G° = - 502 ООО + 60,88 Дж/моль (—119 900 + 14,54 Т кал/моль).
Алюминотермическое восстановление низших окислов ванадия при температурах процесса также характеризуется большим изменением изобарно-изотермического потенциала, что обеспечивает высокое извлечение ванадия. Этому способствует и низкая температура плавления V2O6, равная 675° С.
Сообразно с этим производство феррованадия ведут алюминосиликотермическим способом в сталеплавильной печи при напряжении 150-250 В и силе тока 4000—4500 А. Для печи применяют магнезитовую футеровку.
Шихтовыми материалами для производства феррованадия являются: гранулированная пятиокись ванадия, дробленый 10—30 мм) ФС75, алюминий в гранулах менее 30 мм, металлоотсев — отходы, полученные при сепарации конвертерного шлака, стальная обрезь и известь.
Производство феррованадия складывается из двух процессов: восстановительного и рафинировочного.
Во время первого периода ведут восстановление ванадия из пятиокиси ванадия и рафинировочного шлака при избытке восстановителя — ферросилиция и на известковых шлаках. Для довосстановления шлака разрешается применять коксовую мелочь. Содержание V2O5 в отвальном шлаке этого периода не должно превышать 0,35%, а феррованадий содержит 25—30% V, 21—23% Si и 0,3—0,5% С. Затем обогащают сплав ванадием в результате восстановления содержащимися в нем кремнием и алюминием пятиокиси ванадия, которая загружается в смеси с известью в соотношении 1 : 1,5. Содержание кремния в сплаве в конце восстановительного периода составляет 9—12%, а ванадия 35—40%. Отвальный шлак содержит <0,35% V.
После слива шлака начинают рафинировку сплава от кремния, для чего в печь загружают пятиокись ванадия с известью в соотношении 1:1. Восстановленный ванадий переходит в сплав, содержание кремния в котором снижается ниже 2,0%, после чего сливают рафинировочный шлак и выпускают феррованадий в чугунные изложницы. По остывании сплав разделывают и упаковывают, а отходы, получающиеся при разделке и чистке сплава, возвращают на переплав.
Рафинировочный шлак, содержащий 40—45% СаО, 20—25% SiO2, 10—15% MgO, 10—15% V возвращают в печь в восстановительный период следующей плавки. Полученный феррованадий содержит примерно 45—50% V, 1,5% Si, 0,90% Al, 1,2—1,4% Mn, 0,7—0,95% Cr, 0,08% Р и 0,05% S.
На 1 базовую тонну феррованадия (40% V) расходуется 710 кг плавленой пятиокиси ванадия (100% V2О6)> 425 кг ферросилиция, ФС75, 75 кг алюминия, 1350 кг извести, 300 кг железной обрези и металлоотсева и 4,68 ГДж (1350 кВт*ч) электроэнергии.
Извлечение ванадия при производстве феррованадия составляет примерно 99,5%, а сквозное извлечение ванадия из руды до феррованадия 60%. Безуглеродистый высокопроцентный феррованадий получают алюминотермическими методами как внепечной плавкой, так и в электропечах.
Внепечную плавку ведут с нижним запалом в горне с магнезитовой футеровкой. Шихту рассчитывают на получение слитка массой 500 кг. Зависимость извлечения ванадия и состава сплава от количества восстановителя приведена на рисунке, из которого видно, что лучшие показатели достигаются при содержании Al, равном 100—102% от теоретически необходимого.
Удельная теплота алюминотермического восстановления V2O6, равная 115,2 кДж/кг-атом (27 500 кал/г-атом), значительно выше необходимых 88 кДж/кг-атом (21 000 кал/г-атом), поэтому в шихту необходимо вводить некоторое количество балластных добавок. Для этой цели используют присадку СаО и MgO, снижающую вязкость шлака и способствующую лучшему осаждению корольков сплава и повышению использования сплава.
Рисунок 1.Зависимость содержания ванадия (а), извлечения ванадия (б) и содержания алюминия в феррованадии (в) от количества восстановителя в шихте.
Алюминотермический феррованадий имеет в своем составе примерно %: 2 Si; 0,05 Р; 0,1 Ti; 1,5Mn; 0.1 S и до 0,06 С.
При алюминотермическом восстановлении в сплав переходит 87—95% V; расход алюминиевого порошка составляет 890 кг/т. В шлаке содержится до 4,5% окислов ванадия.
При электропечном производстве феррованадия, V2O6 с избытком алюминия проплавляют на подине электропечи, затем включают печь и прогревают шлак, что способствует осаждению богатых алюминием корольков сплава. После слива отвального шлака «1,0% V) на зеркало феррованадия задают новую порцию V206 (или окислов железа), которая рафинирует сплав от избытка алюминия, а образующийся при этом богатый шлак используют в следующей плавке. Извлечение ванадия составляет 95—97%, расход электроэнергии 12,6 ГДж (3500 кВт-ч) на тонну сплава, содержащего 80% V, но содержание углерода в сплаве достигает 0,25%.
Алюминотермическим способом можно получить технически чистый ванадий (до 97% V). Вакуумной обработкой такого сплава можно получить металл, содержащий 99% V. Читать далее >>
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО" Читайте также:
