铬铁矿烧结工艺研究.pdf

第3 3 卷 2 0 1 3 年1 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G l C A LE N G l N E E R I N G V o l3 3 J a n u m y2 0 1 3 铬铁矿烧结工艺研究① 吴杰1 ，顾武安2 1 ．长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 2 ．四川大学，四川成都6 1 0 0 6 5 摘要以哈萨克斯坦铬铁矿为原料，研究了温度和焦粉配比对铬铁矿烧结的影响。通过铬铁粉矿烧结前后体积变化、烧 结矿抗压强度测试和烧结矿物相观察来判断烧结矿质量。结果表明，烧结温度为1 4 0 0 ℃，焦粉配比为8 ％时，烧结矿抗压 强度达4 4 9 6 N 价。 关键词铬铁粉矿；焦粉；烧结；温度 中图分类号T F 0 4 6文献标识码A 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 3 Z I 0 0 1 6 - 0 3 S t u d y o nS i n t e r i n go fC h r o m eO r e s W UJ i e l ，G U Ⅵ，u ．a n 2 1 ．C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t 矗u t eo f M i n i n g ＆M e t a l l u r g yC oL t d , C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n , C h i n a ；2 ．S i c h u a nU n i v e r s i t y , C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ，S i c h u a n ，C h i n a A b s t r a c t U t i l i z i n gK a z a k h s t a nC h r o m i t ea sr a wm a t e r i a l s ，t h ei n f l u e n c eo nc h r o m i t ef i n e ss i n t e r i n gc a u s e db yt h ec o k ep r o p o r t i o n a n dt h et e m p e r a t u r ei ss t u d i e d ．T h ev o l u m ec h a n g eb e f o r ea n da f t e rs i n t e r i n gw a sc o m p a r e d ，t h ec a p a c i t yo fr e s i s tc o m p r e s s i o nw a s t e s t e d ，a n dt h ep h a s eo f t h es i n t e rw a so b s e r v e d ．n er e s u l ts h o wt h a tw h e nt h et e m p e r a t u r ea t1 4 0 0 ℃，c o k er a t i oa t8 ％t h ec a p a c i t y o f r e s i s tc o m p r e s s i o no f t h es i n t e rr e a c h e s4 4 9 6N ． K e yw o r d s c h r o m eo r ef i n e s ；c o k e ；s i n t e r i n g ；t e m p e r a t u r e 当前，生产能力过剩、技术含量低、生产成本 高是困扰我国铁合金行业的严重问题⋯。铬铁矿粉 来源比较广泛而且价格便宜，粉矿品位高，价格低， 但在冶炼高碳铬铁过程中粉矿过多会使炉料透气 性变差，炉况恶化、翻渣，严重影响各项技术经济 指标。因此，铬铁矿粉造块是降低我国铬系铁合金 生产成本、提高铬系铁合金市场竞争力的有效措施 之一【2 1 。在比较各种铬矿粉造块方法的基础上，发 现烧结法有一系列独特的优点。当焦粉配比过低 时，由于料层未能得到足够的热量，导致烧结矿强 度不好当焦粉配比过高时虽然能提供足够的热 量，由于焦粉制粒性能差，料层透气性下降，因此 烧结过程中垂直烧结速度变慢，烧结所需时间变 长，导致利用系数下降1 3 】。铬铁粉矿烧结过程中，料 层最高温度高于普通铁矿烧结，因而燃烧带宽、高 温保持时间长是铬铁矿烧结成功的关键。烧结温度 过低导致粉矿烧结不完全；强度不好导致电炉冶炼 料层透气性变差，炉况恶化、翻渣等；温度过高导 致能源不必要的消耗和设备磨损厉害等。本文研究 了铬铁矿烧结工艺，重点研究了焦粉配比和温度对 烧结的影响。 1实验原料及方法 1 ．1原料 哈萨克斯坦铬铁粉矿 以下简称哈矿 及焦粉的 原料成分见表1 。 表1 原料成分 质量分数妒台 由表l 可知，哈矿中含有较高比例的C r 2 0 3 ，焦 粉主要作用有两个一是作为还原剂还原矿物中的 金属氧化物二是为烧结提供热源。为了使烧结反 应在单因素条件下进行，所用焦粉和哈矿的粒度均 为- 6 0 目。 ①收稿日期2 0 1 2 ．1 2 ．1 0 作者简介吴杰 1 9 8 9 - ，男，四川资阳人，硕士研究生。主要研究方向为湿法冶金。 万方数据 第3 3 卷 吴杰等铬铁矿烧结工艺研究 1 ．2 实验方法 烧结原料总质量2 0 0g ，按一定比例配料，然后 装料，料层为下层焦炭，上层粉矿。烧结实验用碳 管 高1 8 0 ．5c m ，直径4 5 2m m 作为载体，在高 温碳管炉中进行反应，烧结过程在氮气保护的还原 气氛下进行。烧结实验完成后用C P l1 4 电子分析天 平测量烧结前后质量变化，用抗B K ．2 Y 压力传感器 测量烧结块矿的抗压强度，最后通过显微结构图观 察样品的表面形态。 2 烧结实验 2 ．1 温度和焦粉配比对烧结矿体积变化影响 温度和焦粉配比对烧结矿体积变化影响见图l 。 由图1 可见在焦粉配比一定的情况下，当烧结温 度为1 4 0 0 ℃时，烧结矿的体积减少最多，1 3 5 0 ℃ 体积减少最少。原因是烧结温度不够高，固相反应 不完全，从而生成的液相不足，导致粘不够充分， 矿粒之间气孔率大，体积变化不大。 温度一定时，当焦粉配比为8 ％时，烧结矿的体 积减少最多，而当焦粉配比增加或者减少，烧结矿 的体积变化都在减少。原因是铬铁粉矿聚集成块是 通过再结晶实现的，当焦粉配比为8 ％时，焦炭作为 助溶剂满足了烧结过程中晶格内原子所需能量；当 焦粉比例过高时，由于焦粉制粒性能差，过多的焦 粉导致烧结矿成块几率减小，粉矿增加。 81 21 6 焦糟配比，％ 图l 温度和焦比对烧结矿体积变化影响 2 ．2 温度和焦粉配比对烧结矿抗压强度影响 温度和焦粉配比对烧结矿抗压强度的影响见图 2 。由图2 可见在焦粉配比一定时，烧结温度越高， 烧结矿所能承受的最大压力越大。当焦比为4 ％、 1 2 ％、1 6 ％时，烧结矿的抗压强度变化幅度小；而当 焦比为8 ％时，随着温度升高，烧结矿抗压强度变化 幅度增大。原因是铬烧结矿固结以C r 2 0 3 再结晶固相 固结为主，液相粘接为辅，而铬矿中高熔点的物质 多，当烧结温度够高时，矿粒之间形成连接桥，产 生再结晶与再结晶长大，矿粒之间粘接牢固，所以 铬铁烧结矿的强度越大【4 】。 当温度一定时，焦粉配比为8 ％时烧结矿所能承 受的压力最大。而当焦粉配比减少或者增多，烧结 矿所能承受的最大压力都减小。也就是当焦粉配比 为8 ％时，烧结矿强度最大。 图2 温度和焦比对烧结抗压强度影响 2 ．3 烧结矿显微结构图 烧结矿显微结构见图3 。由图3 可知，经过烧结 的铬铁矿尖晶石的矿物结构与原矿大不相同。烧结 矿气孔率很高，比表面积很大，这有利于提高电炉 还原反应的速度，并且有金属状的物质附着在矿物 表面，加强了还原过程的自催化作用。当温度为 1 3 5 0 ℃的时候，铬铁粉矿未能烧结成大块，1 4 0 0 ℃ 时，明显生成了一定的液相，使粉矿之间粘接成块， 1 4 5 0 ℃时，粉矿粘接形成较大块矿。温度越高， C r 2 0 3 再结晶越明显，并且生成的液相将烧结矿粘接 越结实，从而使烧结矿抗压强度越大。 图3 焦比8 ％时烧结矿显微结构图 a 1 3 5 0 ℃； b 1 4 0 0 ℃； c 1 4 5 0 ℃ 万方数据 矿冶工程第3 3 卷 3 结论 1 随着烧结温度增高，铬铁矿烧结前后体积的 变化增大，温度在1 4 0 0 ～1 4 5 0 ℃的范围内出现体积 变化的峰值。最佳的烧结温度应该为1 4 0 0 ℃。 2 焦粉配比在4 ％ - - 8 ％范围内时，随着焦粉配 比增大，烧结矿的抗压强度增大；焦粉配比在8 ％～ 1 6 ％范围内时，随着焦粉配比的增加，烧结矿的抗压 强度减小；焦粉配比为8 ％时出现抗压强度峰值。最 佳的焦粉配比应该是8 ％。 3 通过烧结矿显微结构物相观察，当烧结温度 为1 4 0 0 ℃和1 4 5 0 ℃时，发生的C r 2 0 3 再结晶过程 和生成的液相将烧结矿粘接成块。 参考文献 【1 】张启轩．我国铁合金工业的现状及加快实施创新对策【J 】．铁合金， 2 0 0 0 2 3 4 - 3 7 ． 【2 】张明俊，刘传福．铬铁烧结工艺研究【J 】．铁合金，1 9 9 4 3 7 - 9 ． 【3 】傅菊英，姜涛，朱德庆．烧结球团学【M 】．长沙中南工业大学出 版社．1 9 9 6 ． 【4 】 朱德庆，李健，潘建，等．铬铁粉矿烧结实验研究【J 】．钢铁， 2 0 0 7 ，4 2 8 7 - 1 0 ． 万方数据