DOC《微波加热直接还原铬铁矿实验研究》

1 Dielectric constant and dielectric dissipation factor of chromite ore 图1 南非铬铁粉矿的介电常数与介电损耗因子 Figure

2 Dielectric constant and dielectric dissipation factor of semi coke 图2 兰炭的介电常数与介电损耗因子 1.2实验方法 将实验原料南非铬铁粉矿,兰炭混合均匀后装入坩埚,置于微波高温冶金炉中进行加热,由热电偶直接测温.采用内配碳直接还原的方法,考察不同条件下的还原效果.还原过程的主要反应式如下: FeO・Cr2O3+C→Fe+Cr2O3+CO ΔGθ(J/mol)=163830-138.43T (1) FeO・Cr2O3+4C→Fe+2Cr+4CO ΔGθ(J/mol)=983772-679.6T (2) Cr2O3+3C→2Cr+3CO ΔGθ(J/mol)=819936-541.2T (3) Cr2O3+CO→2CrO+CO2 ΔGθ(J/mol)=182415-43.8T (4) CrO+CO→Cr+CO2 ΔGθ(J/mol)=53211-21.4T (5) 1.3单因素实验设计 将原料南非铬铁粉矿与还原剂兰碳按一定比例混合均匀后,置于坩埚内,在微波场下进行直接还原.采用单因素试验的方式,分别验证各因素水平的变化对还原效果的影响,最终得到微波碳热直接还原铬铁矿工艺的最佳参数.单因素样品制备工艺参数见表3. 表3单因素样品制备工艺参数 Table

3 Process parameters for single factor experiment sample sample No. 还原温度 /℃ 还原时间 /min 还原剂配比 /% A1/A2/A3/A4/A5 1250/1300/1350/1400/1450 B1/B2/B3/B4/B5 30/60/90/120/150 C1/C2/C3/C4/C5 5/10/15/20/25 1.4 单因素实验结果 碳素铬铁的主要用途是用作低微碳铬铁或者含铬特种钢的冶炼原料,所以碳素铬铁的还原效果主要以还原产品的铬含量来表征.图3~图5为单因素试验结果,说明了不同条件下所得还原产物的铬含量. 图3是固定还原剂兰炭加入量20%,还原时间60min的实验条件下,探索微波加热的温度对产品铬含量的影响.由图可知,从1200℃开始,还原产品的铬含量随温度的升高不断提高,在1450℃处达到最高.由于受设备限制,无法尝试更高的还原温度.根据曲线变化趋势,可基本确定1450℃为最佳还原温度. 图4是采用了最佳还原温度1450℃,固定还原时间60min的实验,探索还原剂兰炭的加入量对产物铬含量的影响.由图可知,从还原剂兰炭加入量5%开始,还原产品的铬含量随还原剂加入量的升高不断提高,在还原剂兰炭加入量20%处达到最高,随后则出现下降趋势.可推测20%的还原剂已可以将原料铬铁粉矿充分还原,再增加还原剂加入量则造成过多的还原剂无法消耗,使还原效果下降.可选择还原剂兰炭加入量20%作为最佳配比. 图5采用了最佳还原剂加入量20%,以及最佳还原温度1450℃,在此条件下探索还原时间对产品铬含量的影响.由图可知,从还原时间30min开始,还原产品的铬含量随还原时间的延长不断提高;

到达120min至150min之间时,还原产品的铬含量基本到达最高点.可推测在还原时间120min处还原反应已充分进行,继续增加还原时间无法进一步提高效果.可选择120min为最佳还原时间. 综上所述,通过实验确定了微波碳热法直接还原铬铁矿的最佳工艺条件为:还原温度1450℃,还原剂加入量20%,还原时间120min,在此条件下重复验证实验,可得铬含量46.38%还原产品. Figure

3 Effects of temperature on chromium content of reduction sample 图3 还原温度对产品铬含量的影响 Figure

4 Effects of Reducing agent addition on chromium content of reduction sample 图4 还原时间对产品铬含量的影响 Figure

5 Effects of temperature on chromium content of reduction sample 图5 还原剂加入量对产品铬含量的影响