Введение
Глава 1. Состояние вопроса и обоснование направления исследований 12
1.1. Повышение значимости ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд как перспективного металлургического сырья 12
1.1.1. Исторические аспекты вопроса 12
1.1.2. Титаномагнетиты как комплексное железо-ванадиевое сырье 13
1.1.3. Титаномагнетиты как комплексное железо-титан-ванадиевое сырье 24
1.2. Технологические сложности восстановительной проплавки титано-магнетитов в доменных печах 28
1.3. Основные используемые на практике схемы комплексной переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов с извлечением ванадия
1.3.1. Пирометаллургическая схема 33
1.3.2. Гидрометаллургическая схема 40
1.3.3. Изменение ситуации в производстве ванадия в последние годы 42
1.4. Разработка и развитие физико-химических представлений по вопросам конвертерной плавки ванадиевого чугуна 46
1.4.1. Разработка теоретических основ деванадации чугуна в бессемеровских конвертерах 47
1.4.2. Развитие физико-химических основ процессов конвертирования ванадиевого чугуна 53
1.5. Актуальные проблемы повышения эффективности комплексной переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов и постановка задач диссертационной работы 65
Глава 2. Термодинамическое моделирование и экспериментальные исследования процессов восстановительной плавки ванадийсодержа щих титаномагнетитов 69
2.1. Общие вопросы термодинамики процессов восстановительной плавки титаномагнетитов 69
2.1.1. Термодинамический анализ процессов восстановительной плавки титаномагнетитов с получением чугуна и шлака 69
2.1.2. Коэффициенты активности оксидов ванадия и титана в шлаках от восстановительной плавки титаномагнетитов 74
2.1.3. Некоторые закономерности распределения элементов между шлаком и железоуглеродистым расплавом
2.1.4. Методика расчета равновесного состава металла и шлака при термодинамическом моделировании восстановительной плавки 81
2.2. Основные результаты расчетов равновесного состава металла и шлака при восстановительной проплавке концентратов из титаномагнетитовых руд различных месторождений 85
2.2.1. Сравнительная оценка состава ванадиевого чугуна при плавке различных железорудных материалов 85
2.2.2. Результаты расчетов для плавки чинейских железорудных материалов 89
2.2.3. Результаты расчетов для плавки куранахских железорудных материалов и ильменитового концентрата 95
2.3. Лабораторные и полупромышленные опыты по плавке окисленных и металлизованных материалов из руд различных месторождений 102
2.3.1. Восстановительная плавка качканарских окатышей 102
2.3.2. Основные результаты опытов по восстановительной плавке чинейских материалов 111
2.3.3. Восстановительная плавка куранахских концентратов 119
2.4. Результаты лабораторных и полупромышленных экспериментов по переработке титанистых шлаков от плавки титаномагнетитовых материалов 124
2.4.1. Минеральный состав титанистых шлаков от флюсовой электроплавки металлизованных качканарских окатышей 124
2.4.2. Химическая вскрываемость по ванадию ванадийсодержащих титанистых шлаков качканарского типа 128
2.4.3. Исследование процессов силикотермического восстановления титанистых шлаков с получением титансодержащих лигатур и сплавов 129
2.4.4. Использование ванадийсодержащих титанистых шлаков для микролегирования стали 138
2.5. Выводы 141
Глава 3. Теоретические и экспериментальные исследования и технологические разработки по повышению эффективности передела ванадиевого чугуна конвертерным дуплекс-процессом 144
3.1. Исследование процессов доконвертерного рафинирования ванадиевого чугуна 144
3.1.1. О значении миксера как химического реактора 144
3.1.2. Оценка общего количества образующегося миксерного шлака и его количества, попадающего в конвертер 148
3.1.3. Результаты экспериментальных исследований 153
3.2. Расчет материального и теплового балансов конвертерной плавки при деванадации чугуна 156
3.2.1. Предварительные сведения 156
3.2.2. Расчет материального баланса конвертерной плавки 158
3.2.3. Расчет теплового баланса конвертерной плавки 164
3.3. Вопросы гидродинамики подкратернои зоны конвертерной ванны при деванадации чугуна 173
3.3.1. Методика расчета течения расплавов в подкратернои зоне конвертера в условиях верхней продувки 173
3.3.2. Основные результаты гидродинамических расчетов и их обсуждение 176
3.3.3. Особенности механизма переноса вюститных капельво вторичную реакционную зону конвертера 181
3.4. Совершенствование технологии передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом с получением кондиционного ванадиевого шлака 183
3.4.1. Деванадация чугуна с применением щелочесодержащих окислителей-охладителей 183
3.4.2. Разработка и внедрение технологии выплавки известково-ванадиевых шлаков с заданным отношением CaOA Os
для производства технического пентаоксида ванадия 185
3.4.3. Разработка и внедрение технологии деванадации чугуна с заменой части окалины на ванадийсодержащие окатыши 188
3.4.4. Разработка и внедрение технологии деванадации чугуна с заменой части окислителей-охладителей на стальной лом 192
3.4.5. Разработка и внедрение технологии дуплекс-процесса с присадкой стального лома на второй стадии 197
3.4.6. Разработка технологии деванадации чугуна с раздельной присадкой окислителей-охладителей 206
3.4.7. Разработка предложений по удвоению садки конвертера на стадии деванадации чугуна по отношению к садке конвертеров, перерабатывающих углеродистый полупродукт 212
3.5. Вопросы материального и теплового балансов плавки чугуна при раздельной присадке окислителей-охладителей 217
3.5.1. Материальный и тепловой балансы деванадации чугуна 217
3.5.2. Общее теплосодержание углеродистого полупродукта при различных вариантах деванадации чугуна 221
3.6. Выводы 224
Глава 4. Теоретические и экспериментальные исследования по переделу ванадиевого чугуна конвертерным монопроцессом 227
4.1. Термодинамическое моделирование процессов конвертерной плавки 228
4.1.1. Методика расчета равновесного состава металла и шлака 228
4.1.2. Основные результаты расчетов для конвертерной плавки ванадиевого чугуна и их обсуждение 231
4.2. Экспериментальные исследования по переработке ванадиевого чугуна бесфлюсовым монопроцессом с получением стали и малоизвесткового ванадиевого шлака 238
4.2.1. Бесфлюсовая продувка ванадиевого электрочугуна от плавки металлизованных качканарских окатышей 238
4.2.2. Бесфлюсовая продувка ванадиевого электрочугуна от плавки металлизованных чинейских окатышей 243
4.3. Передел ванадиевого чугуна конвертерным монопроцессом с получением стали и известково-ванадиевого шлака 245
4.3.1. Некоторые особенности поведения ванадия, фосфора и серы при конвертировании ванадиевого чугуна 245
4.3.2. Промышленные эксперименты по переделу ванадиевого чугуна монопроцессом с получением стали и известково-ванадиевого шлака 248
4.4. Сравнительная технико-экономическая оценка технологий передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом и монопроцессом 251
4.4.1. Общие положения 251
4.4.2. Сопоставительная оценка затрат на выплавку жидкой конвертерной стали при переделе ванадиевого чугуна дуплекс-процессом и монопроцессом 254
4.5. Выводы 263
Глава 5. Исследование фазового состава и микроструктуры ванадиевых шлаков, вопросов их качества и экологической безопасности . 265
5.1. Особенности фазового состава, микроструктуры и качества ванадиевых шлаков дуплекс-процесса 265
5.1.1. Общие сведения 265
5.1.2. Некоторые особенности распределения кальция, магния и алюминия между фазами ванадиевого шлака 273
5.1.3. Описание фазовых превращений и процессов кристаллизации ванадиевого шлака с привлечением квазитройной диаграммы. 276
5.1.4. Общие вопросы повышения качества ванадиевого шлака 282
5.1.5. О выделении титановых минералов в ванадиевых шлаках 290
5.1.6. Некоторые особенности формирования шпинелидных зерен при пульсирующей продувке ванадиевого чугуна 293
5.2. Описание свойств отдельных специальных видов ванадиевых шлаков 298
5.2.1. Высоко ванадиевые шлаки. 298
5.2.2. Марганцево-ванадиевые шлаки 306
5.2.3. Магнезиально-ванадиевые шлаки 309
5.3. Вопросы переработки и качества известково-ванадиевых шлаков конвертерного монопроцесса 315
5.3.1. Микроструктура и вольтамперные характеристики известково-ванадиевых конвертерных шлаков с различным содержанием оксида кальция 315
5.3.2. Некоторые вопросы химического извлечения ванадия из известково-ванадиевых шлаков монопроцесса 323
5.3.3. Лабораторные исследования по восстановлению ванадия из известково-ванадиевых шлаков монопроцесса с получением легирующих сплавов 327 5.4. Опыты по проплавке в руднотермическои электропечи магнитной фракции ванадиевого шлака с получением высокованадиевого чугуна. 330
5.5. Исследование вопросов растворимости ванадия из ванадиевых шлаков с точки зрения их экологической безопасности 334
5.5.1. Общие сведения 334
5.5.2. Некоторые особенности переработки титаномагнетитов и передела ванадиевого чугуна с точки зрения поведения ванадия 339
5.5.3. Результаты испытаний ванадиевых шлаков дуплекс-процесса и монопроцесса на растворимость ванадия в различных средах 342
5.5.4. Сравнительная оценка экологической безопасности технологий передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом и монопроцессом 352
5.6. Выводы 356
Глава 6. Предложения по возможным новым вариантам комплексной пирометаллургической переработки ванадийсодержащих титаномаг нетитов 358
6.1. Сравнительная оценка качества концентратов из ильменит-титаномагнетитовых руд различных месторождений 359
6.2. Бескоксовая схема переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов с выплавкой ванадиевого электрочугуна и переделом его до стали бесфлюсовым конвертерным монопроцессом 371
6.3. Перспективные технологические варианты комплексной переработки чинейских титаномагнетитов 379
6.3.1. Предложения по переработке чинейских титаномагнетитов на металлургических комбинатах Западной Сибири 380
6.3.2. Предложения по переработке чинейских титаномагнетитов на Петровск-Забайкальском металлургическом заводе 389
6.3.3. Предложения по строительству нового завода по переработке чинейских титаномагнетитов 398
6.4. Выводы 400
Заключение 404
Библиографический список
