含碳铬矿球团的造球及直接还原

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.04.015 第17卷第4期 北京科技大学学报 Vd.17o.4 1995年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.199% 含碳铬矿球团的造球及直接还原 徐荣军 倪瑞明 张圣弼 马中庭 北京科技大学物理化学系，北京100083 摘要研究了原料粒度、粘结剂的用量，配碳量等因素对铬铁矿球团生球性能的影响，以及温度和还 原时间对金属化率的影响.结果表明1350℃还原15mi,铬金属化率达90%以上配碳量应比理 论配碳量过量20%.用1：3的H,SO,对还原球团采用加热回流法溶样，解决了金属铬及金属铁的化 学分析方法. 关键词铬铁矿，直接还原，催化/金属化球团 中图分类号T℉559 Balling and Direct Reducing Experiments of Carbon-Bearing Chromite Powder Xu Rongjun Ni Ruiming Zhang Shenbi Ma Zhongting Department of Physical Chemistry.USTB,Bejing 100083.PRC ABSTRACT Balling and reducing experiments of carbon-bearing chromite powder were carried out in laboratory.The effect of grain size of raw materials,amount of binder and carbon and other factors on the green pellet properties and the influence of reducing temperature and time on the metallization rate of carbon bearing chromite pel- let were investigated.The results shown that the metallization rate of carbon-bearing chromite pellet of up to 90%under the reducing temperature of 1350 C,reducing time of 15 minutes,the amount of carbon exceed thethe theoretical carbon requirement by 20%.By using heating reflux method and 1:3 H2SO.,the chemical analysing of metallic Cr and Fe becomes easier. KEY WORDS chromite,direct reduction,catalysis /metallizing pellet 含碳铬矿球团的成球性能和还原工艺条件的研究，可以作为矿热炉生产炭素铬铁的一种 预还原手段.国内外1！近年来的试验证明，使用预还原后的球团，可降低电耗30%以 上，生产率提高约1/3，而且操作稳定，烟尘量减小，劳动卫生条件大为改善.此外，该项工 艺所得的金属化球团也可以代替高碳铬铁，直接加人炼钢炉冶炼高碳的含铬钢种如GCl5, 取代铬铁生产工序，将会带来显著的经济效益.如果配合炉外精炼技术，也可以代替高碳铬 铁冶炼一些含碳较低的钢种， 1995-03-15收稿 第一作者男29岁硕士生

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 望巧 年 月 改 心 嗯 望巧 含碳铬矿球 团 的造球及直接还原 徐荣军 倪瑞 明 张 圣弼 马 中庭 北京 科技 大 学物理 化学 系 ， 北 京 〕 】」 摘要 研究 了原料粒度 、 粘结剂 的用量 、 配碳量等 因素对铬铁矿球 团生球性 能的影 响 ， 以及 温度和还 原时间对金属 化率的影 响 结果表明 见 ℃ 还原 巧 而 ， 铬金属 化率达 卯 以 上 配 碳 量 应 比理 论配碳量过量 用 的 。 对还原球 团采用 加热 回流法 溶样 ， 解决 了金属 铬及金属铁 的 化 学分析方法 关健词 铬铁矿 ， 直接还原 ， 催化 金 属化球 团 中图分类号 刃 一 而 场 哑 」灭 祀 如 曰功 洲屏认 师司 ” 而 ， ， 叨 ， 一 而 ， 面 一 而 ℃ ， 祀 而 ， ， 而 而 ， ， 含碳 铬矿球 团 的成球性 能 和 还 原工艺条件 的研究 ， 可 以作 为矿热炉生产炭 素铬铁 的一 种 预还原手段 国 内外 ’ 、 近 年来 的试 验 证 明 ， 使 用 预 还 原 后 的 球 团 ， 可 降 低 电 耗 以 上 ， 生产率提高约 ， 而且 操作稳定 ， 烟尘 量减小 ， 劳动卫生条件大 为改善 此外 ， 该项工 艺所得 的金属化球 团也 可 以 代替 高碳 铬 铁 ， 直 接 加 人 炼 钢 炉 冶炼 高碳 的含 铬 钢 种 如 ， 取代铬铁生产工序 ， 将会带来显著 的经济 效益 如果配合炉外精炼技术 ， 也 可 以代替 高碳铬 铁冶炼一些含碳 较低 的钢 种 卯 一 一 收稿 第 一作者 男 岁 硕 士 生 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．04．015

·384 北京科技大学学报 1995年No.4 1造球试验 11原料 所用原料有：西藏铬矿含Cr20,-46.2%,Si02-8.26%,Mg0-19.6%,A120,-9.35%,Ca0- 0.79%,P-<0.002%,F0-9.66%,Fe0,-3.50%,Mn0-0.39%;还原剂用无烟煤粉，含固定碳 62.5%,挥发份19.0%，灰份13.31%. 12造球试验 试验采用正交设计方法，重点考察原料粒度、配碳量、粘结剂加人量对生球性能的影响， (I)湿球水份及爆裂温度 膨润土粘结剂湿球水份波动在12%~14%之间，纸浆废液粘结剂湿球水份波动在 10%~13%之间，湿球爆裂温度两者均高于450℃.450℃以上出现自燃. (2)影响生球抗压强度及落下强度的因素 对于膨润土作粘结剂，最佳的工艺条件为：矿粉粒度一200目，粘结剂加人量为2%，配 碳量过20%.这样湿球抗压强度可达7.4N个，湿球落下强度可达15次/个；干球抗压强度 可达32.4N个，干球落下强度可达8.0次/个· 对于纸浆废液作粘结剂，最佳工艺条件为：矿粉粒度一200目以下，纸浆废液加人量为 3%,因考虑到以后的还原实验，配碳量选取过20%.这样湿球抗压强度可达到11.2N/个，落 下强度可达22次/个，干球抗压强度可达37.7N/个，落下强度可达16.1次/个. 在实验生产中，若采用转底炉作为预还原炉，上述生球强度均已足够， 2 含碳铬矿球团的还原试验 2.1试验过程 试验采用钼丝炉做还原炉，以100ml/min的流量通人规定配比的气体，样品放人高 温区进行还原，在一定条件下取出样品进行化学分析.总铬及总铁的测定方法参照部 颁标准YB879-76进行. 还原产物中含铬相和含铁相在酸液H,S0,中的浸取率(%：铬铁矿-0.3，金属铬-100， (Cr,Fe),C,-0.3,Cr,O2-不溶，金属铁-100，FCC-100.还原后球团的金属化率可用酸溶铬 或铁占球团中总铬或总铁的百分数表示， 22试验结果 固定试验条件为球团配碳量过量20%，原料粒度-200目，催化剂为1%N,B,0,还原 时间2，C0气氛.在研究单因素对金属化率影响时，固定其他条件而改变所研究的因素. 温度对金属化率的影响见图1.由图可见，在1100~1450℃范围内，当温度大1300℃ 时，铬的金属化率为91.25%，1350℃为96.23%，再升高温度，铬基本上不再继续还原， 配碳量对金属化率的影响见图1.在1350℃下，配碳量对铬的金属化率的影响比较显著

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 造球试验 原料 所用原料有 西藏铬矿 含 几 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 日 一 ， 残 一 ， 一 还原剂用无烟煤粉 ， 含固定碳 ， 挥发份 ， 灰份 造球试验 试验采用 正 交设计方法 ， 重点考察原料粒度 、 配碳量 、 粘结剂加人量 对生球性能的影响 湿球水份及爆裂温度 膨 润 土 粘 结 剂 湿 球 水 份波 动 在 一 之 间 ， 纸 浆 废 液 粘 结 剂 湿 球 水 份 波 动 在 一 之 间 ， 湿球爆裂温 度两者均 高于 ℃ ℃ 以 上 出现 自燃 影 响生球抗压强 度及落下 强 度 的 因素 对于膨 润 土作粘结剂 ， 最佳 的工 艺条件为 矿粉粒度 一 目 ， 粘结剂 加 人 量 为 ， 配 碳量 过 这样湿球抗压强 度可 达 个 ， 湿球落下 强 度 可 达 次 个 干 球抗 压 强 度 可达 个 ， 干球落下 强 度可 达 次 个 对于 纸浆废液作粘结剂 ， 最佳工艺条件为 矿粉粒度 一 目以 下 ， 纸 浆 废 液 加 人量 为 ， 因考虑 到 以 后 的还原实验 ， 配碳量 选取过 这样湿球抗 压强度 可达到 个 ， 落 下 强度 可 达 次 个 ， 干球抗压强度可 达 个 ， 落下 强度 可 达 次 个 在 实验 生产 中 ， 若采 用 转底 炉作为预还原 炉 ， 上述生 球强 度 均 已 足 够 含碳铬矿球团的还原试验 试验过程 试验采用 钥丝 炉做还 原炉 ， 以 加 的流量 通人规定 配 比 的气体 ， 样 品放人高 温 区进行还原 ， 在 一定 条件下 取 出样 品 进行化学分 析 总 铬 及 总 铁 的 测 定 方 法 参 照 部 颁标准 一 进行 还原产 物中含铬 相 和 含铁相 在 酸液 中的浸 取 率 铬 铁矿 一 ， 金 属铬 一 ， ， 一 ， 闷丈溶 ， 金属铁 一 ， 一 还原后球团的金属化率可用酸溶铬 或铁 占球 团 中总铬或总铁的百 分数表示 试验结果 固定 试验条件 为球 团配碳量过量 ， 原料 粒度 一 目 ， 催化剂 为 ， 还 原 时 间 ， 气氛 在研究 单 因素对金 属 化率影 响 时 ， 固定 其他条件 而 改变所研究的 因素 温度 对金属 化率 的影 响见 图 由图可 见 ， 在 一 ℃ 范围内 ， 当温度大 ℃ 时 ， 铬 的金属 化率 为 ， ℃ 为 ， 再升 高温 度 ， 铬基本上 不再继 续 还 原 配碳量 对金 属 化率 的影 响见 图 在 ℃ 下 ， 配碳量 对铬的金属化率的影响比较显著

Vol.17 No.4 徐荣军等：含碳铬矿球团的造球及直接还原 385. 而对铁却不明显， 100 100 电 80 ● 60 ￥ 60 d Cr+Fe oCr ●Cr+Fe 古cr 膜 一1350℃ 40 一少20% ----1300℃ 20 理论配碳量 功 --=1250℃ 过20% 0. 0 1100 1150120012501300 13501400 1450 0 30 60 90 120 150 TIC I/min 图1配碳量对纸浆废液球团金属化率的影响 图2还原时间对金属化率的影响 还原时向对金属化率的影响见图2.在0~150mi血范围内，随着反应时间的延长，铁和 铬的金属化率均呈增加趋势，但因两者的反应温度不同而略有差别. 图3是反应气氛对金属化率的影响.Ar气、C0和Ar(50%)+CO(50%)气氛对铬铁矿还 原的金属化率影响不大，只有在C0,弱氧化性气氛中，其金属化率比其他3种气氛下低· 催化剂加人量对膨润土球团金属化率的影响见图4.在1350℃试验结果表明，加人催化 剂后，对铬和铁金属化率均有促进作用，但对铁的促进作用不及铬，随着催化剂加人量增 加，这种促进作用变缓， 100 100r 60 ●Gr+Fe o Cr 0 Ar 睡 州 40 C01 20 20d d加1.5% 0加1% 9不加 120012501300135014001450 120012501300135014001450 TIc TIC 图3气氛对纸浆废液球团金属化率的影响 围4催化剂加入量对膨润土球团铬金属化率的影响 催化剂加入量对低浆废催球团金属化率研究表明：加入催化剂对铁和铬的金属化 率无明显影响.煤粉粒度在130~200目之间对铬和铁的金属化率的影响不大.见图5. 从图6看出，铬铁矿粒度越细，铬和铁的金属化率越高，在低温时比高温更明显，这种现

而 对铁却不 明显 徐 荣 军 等洽碳 铬 矿 球 团 的 造 球 及 直接 还 原 岁︸烟赎哥汉 卜一 ， 了 ‘ 之 － 尸 ， 杯厂 司…‘ ’ 亡一 一 丫－ 产 ‘ 一 ‘ 卞 一 ℃ 心 才 ” 七 哥担懊胡岁︸ ℃ 如 而 图 配碳，对纸浆废液球团金属化率的影晌 圈 还原时间对金属化率的影晌 还 原 时 向对金 属化率 的影 响见 图 在 范围 内 ， 随着反应时间 的延长 ， 铁和 铬 的金 属 化率均呈 增 加趋势 ， 但 因两者 的反应温度不 同而 略有差别 图 是 反 应气氛对金 属化率 的影 响 气 、 和 气氛对铬铁矿还 原 的金 属 化 率影 响 不 大 ， 只 有 在 弱氧化性气氛 中 ， 其金属 化率 比其他 种气氛下 低 催化剂加人量 对膨润 土球 团金属 化率 的影 响见 图 在 试 验 结 果 表 明 ， 加 人 催 化 剂后 ， 对铬 和铁金 属 化率均 有促进作 用 ， 但 对铁的促进作 用不及 铬 随着 催 化 剂 加 人 量 增 加 ， 这种促进作 用 变缓 哥习︸叫咚岁一 闷 一 一 一 一 － ， 一 哥担蹊州罗︸ ℃ 冷 七 图 气氛对纸 浆废液球团金属化率的影 响 圈 催化荆加入，对膨润 土球 团铬金属化率的影晌 催化 剂 加 人 量 对低 浆 废 催 球 团金 属 化 率 研 究 表 明 加 人 催 化 剂 对 铁 和 铬 的 金 属 化 率无 明显影 响 煤粉粒度 在 一 目之 间对铬和铁 的金属 化率 的影 响不大 见 图 从 图 看 出 ， 铬铁矿粒度越 细 ， 铬和铁的金属化率越高 ， 在低温时比高温更明显 这种现

·386 北京科技大学学报 1995年No.4 象可以认为CO气体在铬铁矿中的扩散是反应过程的限制性环节. 100 80 o 28 60 0-200目 0-200目 0160目 。160目. 州 40 0-120日 0-120目 --1300℃ -1200℃ 20 --1300℃--1250℃ 2 0 30 6090 120 0 30 60 90 120 I/min t/min 图5煤粉粒度对纸浆废液球团金属化率的影响 图6铬铁矿粒度对金属化率的影响 球团矿粒度对金属化率影响的研究表明，球团直径在4~20mm之间对总的金属化率没 有明显的影响，只要球团内部和外部温度一致，球团内、外部同时发生还原，（在SEM下 观察到的内、外部的金属分布是均匀的)· 3结论 ()用膨润土还是纸浆废液作粘结剂，都可以得到满足要求的生球，纸浆废液粘结剂优 于膨润土粘结剂，而且它在还原时起催化作用， (2)还原温度对金属化率的影响最显著，宜选用1350℃，与之对应的还原时间为15mi血. 配碳量对铬金属化率影响很显著，以选用过量20%碳较好， (3)气氛、球团直径及煤粉和铬矿粒度对金属化率影响不明显， 参考文献 1浙江省冶金研究所.粉状铬矿球团预还原冶炼高碳铬铁的研究.浙江冶金，1986(2)：1~6 2 Nafziger R H.Prereduction and Smelting of Demostic (ws)Chromites from Montana and Califomia Ironmaking and Steelmaking,1982,9:267~272

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 象可 以 认为 气体在铬铁矿 中的扩 散是 反 应过程 的限制性 环 节 叫哥笨咚岁一 打七 哥笨岁一咚烟 图 煤粉粒度对纸浆废液球团金属化率的影响 图 铭铁矿粒度对金属化率的影响 球 团矿粒度对金属 化率影 响的研究表 明 ， 球 团直径在 一 之 间对总 的金 属 化率役 有 明显 的影 响 ， 只 要 球 团 内部 和外部温度 一 致 ， 球 团 内 、 外 部 同 时 发 生 还 原 在 下 观察到 的 内 、 外部 的金属分布是 均匀 的 结 论 用膨 润 土还是 纸浆废 液作粘 结剂 ， 都可 以 得到 满足要求 的生球 纸浆废液粘结剂 优 于 膨润 土粘 结剂 ， 而且 它 在还 原 时起催化作 用 还 原温度 对金属化率 的影 响最显著 ， 宜 选用 ℃ ， 与之 对应 的还 原 时 间为 配碳量 对铬金属 化率影 响很显 著 ， 以 选 用过量 碳 较好 气氛 、 球 团直径及煤粉和铬矿粒度 对金 属化率影 响不 明显 参 考 文 献 浙江省冶金研究所 粉状铬矿球 团预还原冶炼高碳铬铁的研究 伪罗 记代 记 】 七 万 锵 加址口 呜 川 吹 吨 ， ， 加 一 浙江 冶金 ， 一 而 留 月】 坦