铬铁矿固态还原的基础及其强化技术研究

摘要

为了合理、高效地利用铬铁矿粉矿,并为冶炼铬铁提供优质炉料,本文采用热重分析、光学显微镜分析、扫描电镜分析、X-射线粉晶衍射分析、化学物相分析等分析测试方法,研究了铬铁矿固态还原的行为以及强化铬铁矿固态还原的技术和机理,获得了以下结论：　　 ⑴热力学分析显示,还原温度低于1200℃时,铬铁矿还原产物主要是Fe和Cr7C3；高于1200℃时,还原产物主要是(Cr,Fe)7C3,还原初期生成的Fe最终转变成(Cr,Fe)7C3；高于1300℃时,出现(Cr,Fe)固溶体,镁橄榄石等脉石开始明显析出。　　 ⑵动力学研究表明,还原失重率主要取决于物料被加热到的温度；且还原反应近似为一级反应。动力学模型为:ln[-ln(1-f)/T2p]=ln[AE(1-2RTp/E)/HR]-E/RTp。　　 ⑶碳还原铬铁矿的整个过程以借助碳气化反应的间接还原为主导。　　 ⑷还原工艺试验结果表明,金属化指标随温度升高而增加,且趋势在1200℃～1350℃之间更明显；温度对铬金属化率的影响远比对铁的大。铁还原速度较快,故延长还原时间对铬的还原更有利。内配焦量对铬的还原影响较大,1200℃～1300℃时更显著；当内配比Ic/o=1.2时,各金属化指标均达到较大增幅。还原剂的类型会对还原效果产生一定影响；1150℃和1200℃时,无烟煤的适宜配比分别是1.2和1.4,但受铬还原速度的制约,整个还原过程仍需4h和3h。　　 ⑸无内配碳时,添加剂对铁、铬金属化率的影响程度分别为:1300℃时,T3＞T2＞T5＞T4＞T1、T2＞T3＞T1＞T5＞T4；1200℃时,T3＞T2＞T5＞T4、T3＞T4＞T2＞T5。T2、T3组成的复合添加剂对强化铬铁矿还原反应的作用更大。内配碳时,添加剂的催化能力分别为:1150℃时,T5＞T3＞T4＞其它添加剂；1200℃～1250℃时,T3＞T4＞T7＞T5＞T6＞T2＞T8＞T9；1300℃时,T3＞T4＞T6＞T5＞T7＞T2＞T8＞T9。T3、T4、G、T1、F粘结剂组成的复合添加剂对强化铬铁矿还原反应的作用更大。　　 ⑹显微结构显示,随还原温度、还原时间和内配碳量的增加,预还原球团中金属铬铁由星点状或少量片状长大为大量片状；镁橄榄石等脉石矿物开始析出、聚结在一起。含添加剂铬铁矿的还原产品内部金属晶粒聚结为稠密、均匀、较大的片状。XRD图谱分析表明,1150℃时,Fe3O4相已消失；1250℃时,(Mg,Fe)Cr2O4相消失；1300℃时,出现(Cr,Fe)固溶体,并随温度升高而增加；镁橄榄石开始大量出现。还原温度1400℃、无内配碳时,出现(Cr,Fe)相,并有(Cr,Fe)7C3相,但两者总量较小。含添加剂铬铁矿还原产品的XRD图谱中原矿峰的减弱以及还原产物峰的增强,从矿物组成上证明了其还原效果优于未添加的。添加剂强化含煤铬铁矿固态还原的作用包括促进挥发份的析出和碳的还原作用、加速铬铁矿还原过程的扩散反应。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章 文献综述

1.1 铬铁矿资源概况

1.1.1 铬铁矿特征及用途

1.1.2 铬铁矿资源储量及供求形势简述

1.2 铬铁矿预处理研究现状

1.2.1 预处理的作用

1.2.2 预处理方法综述

1.3 铬铁合金生产概述

1.3.1 铬铁类型及用途

1.3.2 铬铁合金生产工艺

1.4 强化铬铁矿固态还原的研究综述

1.5 本研究的目的及意义

第二章 原料性能及研究方法

2.1 原料性能

2.1.1 铬铁矿

2.1.2 还原剂

2.1.3 添加剂

2.2 研究方法

2.2.1 固态还原试验

2.2.2 分析测试方法

第三章 铬铁矿固态还原行为研究

3.1 铬铁矿固态还原热力学

3.1.1 还原过程主要反应

3.1.2 热力学计算及分析

3.2 铬铁矿固态还原过程动力学

3.2.1 铬铁矿固态还原动力学概述

3.2.2 铬铁矿固态还原过程动力学研究

3.3 铬铁矿固态还原反应的机理

3.3.1 还原反应机理简述

3.3.2 铬铁矿固态还原反应机理的研究

3.5 本章小节

第四章 强化铬铁矿固态还原的研究

4.1 铬铁矿固态还原工艺研究

4.1.1 还原温度的影响

4.1.2 还原时间的影响

4.1.3 还原剂的影响

4.2 添加剂强化铬铁矿还原的研究

4.3 强化铬铁矿固态还原的机理研究

4.3.1 显微结构

4.3.2 XRD图谱分析

4.3.3 添加剂强化铬铁矿还原的作用机制

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果