1.5 Кіші ферроқұймалар алу технологиясы.

Ферротитан өндірісі.

Титан, ферротитан күйінде болат өндірісінде қышқылдау, легирлеу және дегазациялау үшін қолданылады. Тоттанбайтын және ыстыққа төзімді болат өндіруде титан көміртекті титан карбидімен байланыстырады, яғни пісу қабілетін және коррозияға қарсы тұру қабілетін арттырады. Титан кендерін екі түрге бөлуге болады: ильменотитаномагнетитті және рутильильменитцирконды. Ферротитан алуда ең басты шикізат болып ильменитті концентрат табылады. Титанды концентраттың күйдіріліп тотықтыруы 600-800⁰С температурада табиғи газбен қыздырылатын айналмалы пештерде жүргізіледі. Күйдірудегі басты мақсат ильменитті концентраттан күкірт мөлшерін азайтып, ылғалды жою болып табылады.

Концентратты араластыру алдында 300-450⁰С температураға дейін қыздыру құю процесінің жылулық балансын жақсарту үшін жүргізіледі. Күйдіру сонымен қатар концентраттың тотығу дәрежесін арттырады.

Ферротитанды жылу бөліне жүретін алюмотермиялық процесс арқылы алады. Белгілі жағдайларда бөлінген жылу мөлшері сұйық металл және шлак түзілу үшін жеткілікті болып табылады, сондықтан пешсіз алюмотермияны қолданады.

Стандартты ферротитан құрамында, %: 23-30 Ti, ≤0,2 C, ≤4 Cu, 6-8 Al, 4-6 Si болады. Мыс, алюминий және кремний-қажетсіз, бірақ кездесетін қалдықтар болып табылады.

Ферротитанның көптеген мөлшерін көміртекті титан карбидына байланыстыру үшін, қышқылға тұрақты тоттанбайтын болат өндіруде қолданады. Болаттың кейбір конструкциялық маркаларын балқытуда титанның 0,1-0,2%-ын болатқа ақырғы қышқылдандыру үшін және құймалы құрылымды ұсақтау үшін қосады.[13]

Шикізат материалдары.

Шихтаны ильменитті концентраттан, темірлі кеннен, алюминий және ізбестен құрайды.Құрамында 40-42 % TiO₂, 50-55 % (FeO + Fe₂O₃) болатын ильменитті концентратты титаномагнетитті кендерден магнитті сепарация әдісімен бөліп алады. Құрамындағы күкіртті жою үшін концентратты тотықтырып күйдіреді.

Тотықсыздандырғыш ретінде алюминийді ұнтақ күйінде 2мм-ден кем емес мөлшерде қолданады. Көбіне көп арзанырақ, бірақ құрамында түсті металдар қалдықтары болатын кейіннен олар балқымаға ауысып отыратын екіншілік алюминийді қолданады. Екіншілік алюминийдің қалыптары балқып, сығылған азотпен немесе су буымен тозаңдалып, алынған ұнтақ 2мм өлшемді ұяшықты електерден еленеді.[14]

Процестің физико-химиялық негіздері.

Негізгісі болып титан мен темірдің және оның тотықтарының химиялық тотықсыздану реакциялары табылады:

TiO₂ + ¾Al = Ti + ⅔ Al₂O₃ + 197 400 Дж;

2FeO + ¾Al = 2Fe + ⅔ Al₂O₃ + 575 400 Дж;

⅔ Fe₂O₃ + ¾Al = ¾Fe + ⅔ Al₂O₃ + 567 000Дж.

Темір тотықтары, әсіресе Fe₂O₃ TiO₂-ге қарағанда беріктеу болып табылады, сондықтан олардың алюминиймен әсерлесуінен шихтаның масса бірлігіне жеткілікті мөлшерде жылу (реакцияның меншікті жылуы) бөлінеді, соның ішінде Fe₂O₃ үшін 4108 кДж/кг және FeO үшін 3289 кДж/кг жылу бөлінеді.

Есептеулер көрсеткендей, ильменитті концентрат тотықтарын тотықсыздандыру реакциясының меншікті жылуы түзілген металл мен шлакты балқытуға қажет 1900-1950⁰С температураны қамтамасыз ете алмайды. Шихта құрамына 8%-дай темір кендерін қосып барлық шихталық материалдарды 200⁰С –қа қыздыру қажет жылу мөлшерінің бөлінуін қамтамасыз етеді. Егер шихта жақсы ұсақталған және толықтай араластыралған болса әрекеттесуші заттардың контактаға түсу беті жоғары болады да, процесс жоғарғы жылдамдықта және сәйкесінше жылулық шығынның аз мөлшерінде жүреді.[15]

Құю технологиясы.

Бункерден шахта түбіне шамамен 500кг-дай шихтаны үйеді және оны магнийлі жаңқалардан және селитрадан тұратын,оталдырғыш қоспамен жандырады. Қоспаны шұңқырға үйілген шихталы қабаттың ортасына орналастырады және электрлі ұшқынмен оталдырады. Жанған оталғыш қоспа жылуынан экзотермиялық процесс жүріп, әуелі шұқырмен қатар тұрған шихта бөлігі, одан кейін бүкіл шахта бойынша шихта тұтанады. Бункерден шахтаға қайықшалардың және шнектердің көмегімен біртіндеп бірқалыпты шихтаның қалған бөлігі келіп түседі. Құрамында 4 т концентрат болатын өлшендінің балқуы 12-15 минутқа созылады.

Егер құю ыстықтай жүргізілсе онда түзілген шлак едәуір сұйыққозғалғышты болып түзіледі. Ферротитанның пешсіз балқытылған шлагының құрамында 70%-дай қиын балқығыш Al₂O₃ болады. Құю аяқталған соң шлак бетіне темір кендерінің термитті тұндырғыш қоспасын, алюминийлі ұнтақ, ферросилиций және ізбес береді. Қосымша жылудың әсерінен шлак сұйылады.Шлак құрамындағы адасқан королькілер тұнуға қосымша мүмкіндіктер алады да металл блоктарына бірігеді.

Құрамында 20% Ti болатын ферротитанның 1т алу үшін, 1070 кг концентрат, 100кг темір кені, 470 кг алюминий ұнтағы, 20 кг және 75%-дық ферросилиций және 100 кг ізбес жұмсалады. Титанның шығымы 72-75 % құрайды.[16]

Феррованадий алу технологиясының негізі.

Феррованадийді конструкционды хромванадийлі және тез тотталатын болаттарды құюда, сонымен қатар ыстыққа төзімді құймалар алуда қолданады. Ол конструкционды болатты беріктендіреді. Ванадий алуда негізгі шикізат әдетте құрамында 0,3-0,5 % ванадий V₂O₃ ванадийдің үш тотығы түрінде болатын темір кендері болып табылады. Кейде құрамы ванадийге бай темір кендері де кездесіп жатады.

Кеннен ең әуелі ванадий бес тотығын V₂O₅ алады, кейін оны электропештерде кремний және алюминий қатысында тотықсаздандырады. Құрамында ванадийдің жоғары мөлшері болатын кендерді қолданып ванадий бес тотығын алуда бірден гидрометаллургиялық әдісті қолданып алуға болады, яғни кеннің сілтілік қоспалармен балқуы жүріп алынған піспені сілтілендіреді. Аталған технологияның негізгі сатылары:

1.Кендерді байыту және құю процесіне даярлау. Титаномагнетитті кендерді өңдеуде темір-ванадийлі концентраттардан басқа кейде құрамында 40-45% TiO₂ титанды концентраттарды алады. Оны ферротитан өндірісі үшін қолданады.Темір-ванадийлі концентрат агломерация немесе кесектеуге жіберіледі.

2.Шойынды агломераттан немесе құрамында 0,4-0,8 % V болатын,темір-ванадийлі концентрат окатышынан балқыту. Осы уақытта 80-90% ванадий тотықсызданып құрамында 0,4-0,6 % V болатын шойын түзіледі.

3.Шойынды ванадийді конвертерде құрамында 7-10 % ванадий FeO▪ V₂O₅ күйінде болатын, ванадийлі шлак бөліп тотықтыру. Ванадийлі шлакты құйып алғаннан кейінгі жартылай өнімді болатқа дейін өңдейді, ал шлак гидрометаллургияға жіберіледі. Шойыннан алынатын ванадийдің шығымы 90%-ды құрайды.

4.Конверторлы шлактан ванадий тотықтарын алу, яғни:

А)Шлакты содамен(Na₂CO₃) немесе сильвинитпен (NaCl▪KCl) араластырып құбырлы айналмалы пештерде 800-850⁰C температурада тотықтырып күйдіруге жібереді. Осы кезде суда ерігіш натрий ванадаты (Na₂O▪ V₂O₅ ) түзіледі.

Б)Шлакты күйдіруден кейін сумен, сосын 60 %-дың H₂SO₄ ерітіндісімен сілтілендіреді. Фильтрде ванадий концентрациясы 25-30г/л-ге дейін болатын ванадийлі концентрат бөлінеді.

В)Тұнбаны кептіріп алып жалынды пеште 750⁰C температурада балқытуға жібереді.Нәтижесінде техникалық 80-90 % V₂O₅ ванадийдің бес тотығы алынады.

Г)Ванадийдің бес тотығынан электропеште феррованадийді балқытады. Процесс екі сатыда жүргізіледі: әуелі ванадий бес тотығының белгілі бір мөлшерін ферросилицийдің артық мөлшерімен алюминий қоса отырып тотықсыздандырады. Алынған,құрамында 21-23% кремний және опырылған шлак болатын құйманы құрамындағы кремнийден ванадий бес тотығының қалған бөлігімен рафинирлейді. Нәтижесінде құрамы 45-50 % V; және 1,5 % шамасынды Si болатын феррованадий және құрамы 10-15 % V₂O₅ шлак түзіледі.

Балқытылған бестотық (85% V₂O₅)……………………..835

75% -дық ферросилиций…………………………………425

Екіншілік алюминий……………………………………..75

Ізбес.....................................................................................1350

Темірлі кесік.......................................................................157

Графитирленген электродтар...........................................26

Электроэнергия, кВт▪саг..................................................1350

Феррованадий алуда алынатын ванадийдің шығымы 98,5 % -ды құрайды, ал жалпы кеннен феррованадий алғанға дейінгі шығым 60-65 %- ды құрайды.[17]

Феррониобий.

Ниобийды тоттанбайтын және ыстыққа төзімді болаттарға қолдану олардың майысқақтығын және коррозиялық қасиеттерін арттырады. Ниобийді конструкциондық болаттарға енгізу олардың пісу қабілеттерін арттырады. Ниобий көбіне жоғары температурада қолданылатын болаттарға қажет болып табылады. Болаттарды легирлеу үшін феррониобийді қолданады және олардың өзіндік стандарттары мен нормалары бар.[18]