188240. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ferrovanádium és kálciumaluminát tartalmú szintetikus salak egyidejű hulladékmentes előállítására
A találmány tárgya eljárás ferrovanádium és kalciumaluminát tartalmú szintetikus salak egyidejű, hulladékmentes előállítására, amelynek során aluminotermikus keveréket állítunk elő és metallurgiai edényben, előnyösen kemencekádban reagáltatunk. Az eljárás lehetővé teszi a gyártás során keletkező salakok és szállóporok komplex, hulladékmentes hasznositását. Az acélgyártásban felhasznált ferrovanádiumot jelenleg elektrokemencében szilikotermikus eljárással, valamint metallotermikus üstökben aluminotermikus eljárással állítják elő. A szilikotermikus eljárásnak két fő szakasza van: redukció és raffinálás. A vanádiumpentoxidok redukciója eredményeképpen a villamos kemencében először egy kb. 35% V és 9-12% Si-tartalmú ötvözetet kapnak, amiről a 0,35% V-tartalmú salakot lecsapolják, és ez megdermedése után meddőhányóra kerül. A salak lecsapolása után az ötvözetet ugyanebben a kemencében raffinálják, miközben ehhez az ötvözethez vanádiumpentoxidot és meszet adagolnak. Az előállított FeV ötvözet összetétele a következő lesz: 35-50% V; 0,5-0,7% C; 2%-ig Si, a salak vanádiumpentoxid tartalma elérheti a 14%-ot is. A vanádium dús salakot a redukáló szakaszban használják fel, mint V-tartalmú nyersanyagot. Ismeretes kemencén kívüli mettalotermikus gyártási eljárás is. Ez a ferrovanádium előállítás legrégebben, ma is leggyakrabban alkalmazott módja. A metallotermikus keverék alumíniumból, vanádiumpentoxidból áll, amihez egyéb vanádiumhordozók is keverhetők, például V-mész vagy vasvanadát, ezen kívül a keverék tartalmaz vashulladékot vagy vasoxidot, égetett meszet vagy folypátot. A fenti anyagokból sztöchiometrikus számítás alapján összeállított termitkeverék rendszerint külső energiaközlés nélkül, az exoterm módon reagál és a keletkező hő hatására (az aluminotermikus folyamat lejátszódásakor) megtörténik a salak és a fém szétválása. A fém 45-80% V-ot; 1-2% Si-ot; 1-3% Al-ot; max. 0,5% C-t tartalmaz. A salak 0,4—4% V-ot; 70-85% Al203-at és 10-22% CaO-t tartalmaz, amit vagy hányóra visznek vagy V-tartalmú nyersanyagként villamos kemencében 30°35% V-tartalmú ötvözetté dolgoznak fel. A szilikotermikus eljárás hátránya, hogy a vanádiumoxidok redukciója a betét olvadásával egyidejűleg kezdődik meg, ennek következtében a képződő alacsonyabb rendű vanádiumoxídok szilikátokban kötődnek meg, így igen nehezen redukálhatok. Ezen kívül a redukciós folyamat a fém-salak határfelületen megy végbe, ez az érintkezési felület kicsi, így a reakciósebesség is alacsony, a megfelelő fémminőség eléréséhez szükséges idő hosszú. Az olvadó fém sokáig van a kemencében, és hosszú ideig érintkezik az elektródokkal (grafit), így a C-tartalma viszonylag magas lesz. A kemencében uralkodó mintegy 1650 °C-os maximális hőmérséklet miatt ezzel a munkamóddal 50%-nál több V-t tartalmazó ötvözet nem állítható elő. A gyártás során képződő salak magas hőmérséklete és a lassú reakció idő erősen károsítja a kemence bélését. A salak nem hasznosítható, környezetszennyező anyag. A metallotermikus eljárás hátránya, hogy a folyamat produktivitása nem olyan nagy, mint a többi kemencén kívül metallotermikus eljárásnál. A jó minőségű fém előállítása megköveteli a nagy tisztaságú alapanyagok felhasználását, amiknek szemnagysága is szigorúan meghatározott. Az ilyen módon történő FeV előállításának költségeit nagymértékben növeli a viszonylag kis (90-95%-os) V- kihozatal, aminek legfőbb okozója a salakban maradó fémszemcse. Amennyiben a salakban 1 %-nál több V van, úgy elektrotermikus feldolgozásáról kell gondoskodni. A salakból történő gyártás viszont alacsony V-, ugyanakkor magas szennyezőanyag tartalmú, szabványon kívüli ötvözetet eredményez. A jelen találmánnyal olyan eljárás, illetve gyártástechnológia kialakítása a célunk, amely lehetővé teszi a szilikotermikus és az aluminotermikus eljáráá hátrányainak kiküszöbölését, ugyanakkor alkalmas a gyártás melléktermékeként acélgyártásí célokra használható szintetikus salak optimális energetikai viszonyok mellett történő előállítására. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy aluminotermikus keverék előállítása és az aluminotermikus reakció lejátszódása után a salakot hőközléssel folyékony állapotban tartjuk az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának bekövetkeztéig, majd a keletkezett első ötvözet és/vagy a salakot lecsapoljuk és a különválasztott salakot ötvözetlen acél, valamint alumínium forgáccsal, illetve reszelékkel túlredukáljuk, ezután égetett mész adagolásával szintetikus salakot állítunk elő, végül pedig az így keletkezett második ötvözetet és a szintetikus salakot külön-külön lecsapoljuk. Az eljárás végezhető oly módon, hogy az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának beállása után a salakot külön kádba csapoljuk és az első ötvözetet az edényből dermedés után eltávolítjuk, de lehetséges az egyensúlyi állapot beállása után az első ötvözet lecsapolása, amikor is a salakot magában a metallurgiai edényben kezeljük. A találmány szerinti technológia értelmében például ércredukciós kemencében aluminotermikus keveréket reagáltatunk. A reakció megindítását - a kemence bekapcsolásával - villamos ívvel végezzük. Az elektródák kiemelt állapotában megy végbe a metallotermikus reakció. A folyamat lejátszódását követően az elektródákat a salakfázisba süllyesztjük, és a villamos áram hőhatását kihasználva a salakot folyékonyan tartjuk az aluminotermikus reakció egyensúlyi állapotának bekövetkezéséig. Ezt követően a folyékony salakot másik kemencekádba csapoljuk. Ezt a kemencekádat az elektródák alá húzzuk és villamos árammal biztosítjuk a salak megfelelő hőmérsékletét. Az első kemencekádban lévő kis mennyiségű salakot és a folyamat során keletkezett ötvözetet hülni hagyjuk. Megdermedés után - az osztott kemencekád megbontásával - a kemencekád alsó részét kicseréljük, ezáltal az alkalmassá válik ismételt folyamat végrehajtására. A második kemencekádban lévő salakra Alforgács és vasreszelék keverékét adagolunk, minek s 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
