高碳铬铁渣型的探讨总.docx
《高碳铬铁渣型的探讨总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高碳铬铁渣型的探讨总.docx（51页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
高碳铬铁渣型的探讨总
高碳铬铁渣型的探讨
一.铬矿的成分
铬矿产地
在铬矿中的含量,%
换算成三元系,%
三元系中MgO/Al2O3
SiO2
MgO
Al2O3
SiO2
MgO
Al2O3
南非
4.00
10.00
16.00
13.33
33.33
53.33
0.62
越南
4.45
9.58
12.13
17.01
36.62
49.22
0.74
印度
6.00
10.00
12.00
21.42
35.71
42.85
0.83
新疆
5.00
18.50
21.00
11.23
41.57
47.19
0.88
伊朗
6.00
13.00
12.00
19.35
41.39
38.70
1.08
马达加斯加
11.71
15.79
11.95
29.68
40.03
30.29
1.32
菲律宾
5.24
15.08
11.04
16.70
48.08
35.20
1.36
希腊
3.80
14.92
9.70
13.37
52.49
34.13
1.53
西藏
6.84
18.42
10.78
18.97
51.10
29.91
1.70
巴基斯坦
5.34
18.22
10.63
15.61
53.29
31.09
1.71
芬兰
17.50
18.00
10.00
38.46
39.56
21.97
1.80
土尔其
8.00
19.00
9.00
22.22
52.77
25.00
2.10
阿尔巴尼亚
9.80
21.81
10.20
23.62
52.57
24.59
2.13
苏联
4.30
17.90
8.40
14.05
58.49
27.45
2.13
将上表中的SiO2含量和MgO/Al2O3的比值在SiO2—MgO—Al2O3三元图中标出方法是:
先由SiO2的含量作一平行于MgO—Al2O3的直线,再由SiO2顶点出发,按照MgO/Al2O3的比值向MgO—Al2O3画一条直线,两直线的交点即为该矿在三元图中的位置。
二.高碳铬铁的终渣组成
冶炼所用的矿种
终渣组成,%
折成三元系组成,%
三元系MgO/Al2O3
三元碱度
Cr2O3
SiO2
MgO
Al2O3
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
阿矿吉林厂
2—4
28—35
38—42
15—17
34.88
46.56
18.6
2.5
1.23
阿矿横山厂
2
28—35
38—42
15—17
34.88
46.56
18.6
2.5
1.23
苏联铬矿
1
1.8
37.2
33.8
21.5
4.0
40.21
36.54
23.24
1.57
1.02
2
1.1
32.4
41.4
21.3
3.2
34.06
43.53
22.39
1.94
1.37
3
4.6
30.3
46.3
17.7
0.8
32.13
49.09
18.76
2.61
1.55
4
3.2
28.4
47.2
18.4
1.2
30.12
50.21
19.57
2.56
1.74
南非铬矿
1
0.68
29.7
20.4
29.7
15.7
37.21
25.56
37.21
0.68
1.21
2
0.77
27.9
26.0
33.6
11.2
31.88
29.7
38.4
0.77
1.33
3
0.82
35.1
24.7
30.3
4.98
38.96
27.41
33.62
0.81
0.85
4
0.85
21.1
27.3
32.1
8.9
26.21
33.91
39.81
0.85
1.71
印度铬矿
5.0
33.2
33.4
25.0
1.18
36.2
36.51
27.27
1.34
1.04
高碳铬铁的的渣型位于下图中ABCD中一个较宽的范围，在SiO2为26—40%，MgO/Al2O3为0.68—2.61的范围内都能生产出合格的高碳铬铁。
这四个顶点分别是：
A点，SiO2=40%，MgO/Al2O3=2.61；B点，SiO2=26%，MgO/Al2O3=2.61；C点：
SiO2=26%，MgO/Al2O3=0.68；D点：
SiO2=40%，MgO/Al2O3=0.68。
高碳铬铁的渣型有人提出用∑ＲＯ·SiO2+R2O3表达式表示，其中∑ＲＯ为CaO，FeO，MgO的摩尔数之和，R2O3为Al2O3和Cr2O3摩尔数之和。
终渣碱度为1.0—1.7之间，仅个别情况为酸性渣。
既然终渣在上述范围同波动，那么是否存在一点是最理想的渣型？
可以设想其交点即为此点，此点的组成为SiO235%，MgO/Al2O3为1.22。
而另外有人认为，在选择高碳铬铁渣最佳组成部时，炉渣的MgO/Al2O3的值应与待熔铬矿尖晶石中的该比值相同，SiO2则根据三元相图确定。
同时，根据国内外资料分析，渣中的MgO/Al2O3值一般为在1.0—2.55，而以1.3为宜。
三．高碳铬铁的配料
铬矿、熔剂、还原剂的配比是按三元熔度图熔点约为1700℃考虑的，但总的都有个趋向是向上图中交点靠边近。
当然，在实际配料过程中，交点会有所漂移，为了控制合金含碳量，需要调整炉渣成分，因而改变炉料配比。
为提高炉渣碱度，可适量配入石灰（石），这样有利于提高炉渣流动性和脱硫能力、增强炉渣导电性。
四．炉渣的电治金性能
上图中，随着SiO2含量的增加MgO/Al2O3比值的增加（由C→A），炉渣熔点升高，粘度和导电率上升。
因为从矿物组成来看，是由于镁橄榄石量的增加和玻璃体量的减少，导致炉渣熔点升高。
苏联矿中高铬（大于Cr2O347%）、高镁（MgO大于18%）、低铝（Al2O3小于8%）铬矿，生成高MgO炉渣。
此渣属难熔性短丝渣，需采用高温操作。
这种炉渣中Cr2O3含量高，结晶快，回收率仅为80—85%。
当SiO2含量增加时，炉渣的粘度降低，铬的回收提高。
对于南非矿，有人建议炉渣成分为CaO7—10%，MgO15—25%，Al2O320—30%，SiO235—50%。
新疆矿由于含MgO18.5，Al2O3%21.0%，两者之和近40%，所以炉渣熔点高，粘度大，单独使用来生产高碳铬铁很困难。
五．渣型与含碳量的关系
研究渣型与全金含碳量的关系时有两点要注意。
当使用块矿时，生成炉渣的MgO/Al2O3为1时，得到低碳产品的机率大；当MgO/Al2O3比值大于1时，产品的含碳量会增加。
另外，当熔炼温度高于1600℃和采用酸性渣时，会得到低碳产品；如果操作温度低和采用碱性渣时，含碳量会增加。
由此可以认为，高碳产品的炉渣在三元图中（下图）应在HW线以下、WQ线左侧的区域内。
渣中CaO会使铬铁中碳含量增加，因为渣中的碳化钙可促使碳向合金中转移。
准确地说，高碳产品的炉渣应落在HWQ左侧的ABCD区域内，越是靠近B点含碳量越高。
应该知道，影响合金碳含量的因素是多方面的，铬矿的成分及矿物结构便是重要的影响因素。
对所有的温度范围内，对于各种类型的铬矿来说，矿中的氧化铁均优于氧化铬还原，然而，对于不同的铬矿有不同的程度，且其限度较宽。
在冶炼条件下，铁的还原降低了碳化铬的活度。
同时较早生成的金属在下落过程中与还原剂接触而被碳化，使合金碳含量增加。
SiO2
H
D
A
W
BC
CaO
MgOQAl2O3
冶炼含碳大于6.5%的高碳铬铁时,致密结构及粗晶组织的块状富矿所点比例应为40—50%；而熔炼碳大于8%的高碳铬铁则约25-30%。
因为这类铬矿难熔，不易还原，也不易熔于渣中，能在炉渣和金属界面间形成残矿层，残矿层能对合金起到精炼脱碳的作用。
要之，能形成残矿层的，可以冶炼较低含碳产品；不能形成残矿层的只能得到较高含碳的产品。
含碳量也与配料中的组有关，如果在配料中加入铁鳞或废钢，合金中的碳、铬含量均应降低。
从上图中可以看出，随着MgO/Al2O3和（CaO+MgO）/SiO2的升高（向B点靠近），合金含碳量将会提高。
可能MgO/Al2O3及（CaO+MgO）/SiO2之和与合金碳含量有一定关系。
也就是说，炉渣碱度和渣中镁橄榄石、尖晶石的增加会促进合金碳含量的提高。
据本文作者介绍：
[Ｃ]=a∑Ｍ＋ｂ，a、b为系数，∑Ｍ＝MgO/Al2O3＋（CaO+MgO）/SiO2
六．渣型与渣中Cr2O3的关系
渣中Cr2O3含量%
8
MgO/Al2O3=1.75MgO/Al2O3=1.95MgO/Al2O3=2.5
6
4
2
303234363830323436383032343638
渣中SiO2含量，%
从上图中可以看出，在不同的MgO/Al2O3比值下，渣中SiO2含量与渣中Cr2O3含量的关系。
当MgO/Al2O3比值一定时，渣中SiO2含量的增加，则（Cr2O3）含量下降；当（SiO2）一定时，则MgO/Al2O3比值越大，则（Cr2O3）越高。
冶炼不同铬铁所用铬矿的选择
一．铬矿特性简介
1．外观特性
由矿山开采出来的铬矿称为原矿。
经筛选分级用于铁合金的铬矿分为块矿和粉矿两大类。
块度划分标准为：
原矿：
0----300㎜
块矿：
10----300㎜，其中0----10㎜少于30%
粉矿：
0----10㎜，其中10㎜以上的少于10%
粉矿包括碎矿、精矿和原生粉矿。
碎矿是用10㎜筛网对块矿进行过筛所得的小粒状铬矿。
精矿由碎矿、矿床表面松散矿和低品位经破碎、用跳汰机或摇床水选而来。
精矿和原生粉矿的粒度组成及含铬结晶与脉石的比例如下表：
矿名
大于18目/铬脉比
18—35目/铬脉比
35—60目/铬脉比
60—100目/铬脉比
小于100目铬脉比
新喀精矿
8%/45/55
25%/65/35
23．4%/75/25
21．8%/70/30
21．8%/70/30
阿精矿
5．6%/55/45
11．6%/70/30
19．8%/85/15
27．6%/70/30
35．4%65/35
菲律宾精
2%/80/20
14%/70/30
30%/90/10
34%/75/25
20%/65/35
土尔其精
22%/70/30
24%/60/40
24%/50/50
20%/45/55
10%/60/40
印度原粉
1㎜以下分级
10．27%
17．73%
35．4%
36．6%
2．晶相结构
铬矿主要产在超基性岩中，与橄榄石共生，主要由铬化合物结晶和胶体矿物组成。
矿铬化合物结晶多属八面体等轴晶系，结晶多呈灰色和紫黑色。
按单晶的几何尺寸分为：
巨晶粒结构（大于10㎜），粗晶粒结构（5—10㎜），中晶粒结构（1—5㎜），细晶粒结构（0.1—1㎜）,显微晶粒结构（（0.005—0.1㎜）,显微隐晶结构（小于0.005㎜）。
也可按铬尖晶石在矿中聚集密度及分散形式来分为：
均匀浸染结构，块状结构，网环状结构，团块状结构，累带状结构。
3．化学成分和矿物组成
铬矿中的各种氧化物一般不是以单质的形式存在，而是形成含铬化合物和非铬氧化物两大类。
其中含铬化合物的结构形式主要有铬铁矿（或称铬镁铁矿）、铝铬铁矿（或称硬铬尖晶石）、富铬尖晶石等；非铬氧化物组成的脉石主要有橄榄石、蛇纹石、绿泥石和滑石。
铬矿矿物组成对铬铁冶炼有着重要影响。
4．铬矿的还原性和成渣特性
铬矿名称
Cr2O3
SiO2
Al2O3
MgO
∑Fe
S
P
MgO/Al2O3
还原（熔化）性
新疆块矿
33-37
6-12
20-22
17-20
9-14
0.008
0.88
难
易
西藏块矿
43-47
5-7
13-19
15-18
10-11
0.02
0.007
1
巴基块矿
44-48
5-7
10-12
15-18
9-11
0.012
0.006
1.45
土尔块矿
44-47
6-9
9-12
17-21
10-11.5
0.022
0.004
1.8
伊朗块矿
41-47
5-9
7-8
18-22
9-10
0.018
0.007
2.67
阿块矿矿
40-43
9-13
6-9
19-23
9-11
0.015
0.006
2.87
苏联块矿
40.6
11.92
6.07
23.4
8.26
0.006
3.86
津巴块矿
38.68
8.21
13.92
11.51
18.25
0.011
0.003
0.83
菲律宾块
44-45
5-8
11-16
11-16
13-15
0.01
0.005
1
印度粉矿
47-54
5-7
10-12
9-12
9-11
0.015
0.014
0.95
易熔
阿精矿
48-50
4.5-8
8-10
16.5-18
10
0.014
0.015
1.95
中等
土尔精矿
45-48
4.5-5
11-13
14-17
11-13
0.006
1.29
从上表中可以看出,MgO/Al2O3比值越小，其还原性必一般越差。
易还原矿：
能在较低温度下满足各种冶炼反应所需，不需多加调整就能得到所要求的合金和炉渣特性；冶炼工艺过程平稳，有较好的技术经济指标。
高碳铬铁冶炼中，几乎是由铬矿的剩余氧化物自然成渣，所以应选择与冶炼要求渣型相吻合的铬矿。
一步法硅铬的炉渣约有60%来自铬矿，应以成渣不要过早和尽量有利于SiO2还原的渣型来选用铬矿。
电硅热法微碳铬铁对铬矿的成渣特性偏重于初渣，所用铬矿应有利于提高初始反应速度，有利于维护炉衬。
热兑法微铬对铬矿的成渣性要求是易熔，在与石灰成渣后有较好流动性。
二．铬铁冶炼对铬矿外观的选择
1．高碳铬铁
高碳铬铁电炉容量与入炉块度的选择如下图：
150块度㎜
100
50
500010000150002000025000KVA
块度的合理与否对下述生产环节产生影响：
①料面透气性；②铬的回收率：
高碳铬铁的还原反应主要是在1390℃以上进行的，冶炼速度主要取决于还原反应速度。
铬矿熔化温度虽然较高，但在有还原剂存在的条件下，850℃时其表面就开始裂解和熔化。
铬矿熔化速度虽与其晶型结构和矿物组成有关，但块度影响更为重要。
块度小的块矿、风化粉矿、精矿的熔化速度快。
精矿中脉石多以单粒存在于矿中，帮成渣速度快；不少风化矿中形成了单质的Fe2O3，使铬矿易熔；我国使用的粉矿、精矿的Cr2O3含量一般高于块矿，还原需要的热量较多，且矿中含铬氧化物多以较纯净的晶粒存在，比重较大，易于沉于炉渣中、下部，既影响还原速度，出炉时又易于与炉渣一起流出。
若出现铬矿熔化速度大于还原速度时，则会使终渣中Cr2O3升高，铬回收降低。
同时，使用粉、精矿生产时，出炉过程中上部炉料下塌，生矿随炉渣流出，从而降低回收率。
在使用粉、精矿制成的球团矿生产时，虽能改善料面透气性和减少料面的喷矿损失，但渣中跑铬却无明显改善。
作者认为：
这是由于球团矿中的粘结剂在高温下熔化，矿团热裂，使铬矿在渣层上部或中部又恢复到原有形态，所以，渣中跑铬没有减少。
粉、精矿配入量不超过三分之一时，配用粒度偏大的难还原块矿生产，能有效降低终渣中Cr2O3的含量。
使用块矿、粉矿、球团矿生产高碳铬铁时的回收率见下表
厂家
上海铁合金厂
某厂
（苏）谢洛夫厂
菲律宾铬铁厂
铬矿
配比
100%球
团矿
100%粉矿
80%印
粉矿
100%印
度矿
块200㎏
块200
100%球团矿（菲律宾精矿或进口精矿压球）
粉200
粉500㎏
球300
（Cr2O3）%
14．42
13．26
7．29
9．47
9．18
9．27
9．27
回收率，%
79．52
76．52
78．26
87．4
85．1
79．6
83．9
83．4
电炉，KVA
5000
5000
2700
2700
10000
28000（使用功率）
注：
上海厂5000KVA的电炉全部使用块矿生产时铬回收率为92—94%。
③对合金成分的影响：
入炉块度越大越难熔化，Cr2O3还原反应所处的温度越高，易生成低碳化合物。
块度大的铬矿易沉到渣层下部，对铁水产生精炼作用，使合金含碳量下降。
因此，为得到含碳较高的产品，应尽量降低入炉铬矿的块度或配搭粉、精矿使用。
合金中的碳能提高硫的活度系数，因此，块度对硫含量有一定影响。
④晶型选择：
在要求生产碳含量较低的产品时，应选用晶粒粗大、结晶致密的铬矿（难熔矿）；欲生产碳含量较高的产品时，则应选用晶粒细小，矿相结构松散的铬矿（易熔矿）。
对铬矿的晶型进行选择时，应同时注意其化学成分，以免失误。
2．一步法硅铬合金
由于Cr2O3和SiO2的还原条件相差较大，在选择铬矿时应首先考虑有利于SiO2的还原，其次才是Cr2O3的还原问题，因此，对铬矿的物理化学特性有更高要求。
粒度：
与同容量的高碳铬铁电炉相比，铬矿的块度更大些、更整齐些。
根据铬矿还原性能的难易程度，入炉铬矿的块度应为硅石的1—1.5倍。
铬矿粒度小，料面透气性差，加剧铬矿在料层上部大量熔化和反应，造成炉料预热层薄，出现翻渣，炉况不稳定。
另外，细矿容易成渣，加速了硅石的熔化，并与铬矿中碱性氧化物组合成复合氧化物渣型，增加了二氧化硅的还原难度。
块度过大，与硅石严重失调时，可能使未熔化的块矿沉至渣层底部，对铁水产生精炼脱硅反应。
晶型：
结晶致密、晶粒粗大的铬矿。
三．铬铁冶炼对铬矿成分的选择
1．高碳铬铁
Cr2O3：
不低于40%；在铬矿特性相同的情况下，其Cr2O3含量越高，产量越高，电耗越低，回收率越高。
据估算，每降低1%，受渣中跑铬和其他铬损失的影响，铬回收率下降约0.2%。
Cr/Fe：
是保证铬含量达标要求的主要依据。
一般情况下，Cr/Fe大于2，则可保证高碳铬铁的含铬大于52%；Cr/Fe大于2.2，产品含铬可大于60%。
Cr/Fe对（Cr2O3）的影响见下表：
苏矿Cr/Fe=3.36，津矿Cr/Fe=1.45
铬矿配比
苏矿65
菲矿100
苏矿100
苏矿200
苏矿300
津矿235
津矿200
津矿200
津矿100
（Cr2O3），%
7．35
8．10
7．39
5．21
3．24
从上表中可以看出：
随着低Cr/Fe的配入量增加，终渣中（Cr2O3）明显升高，铬回收率下降。
FeO：
含量高，焦炭用量大，渣量少，渣中Cr2O3易升高，炉渣脱硫能力下降，会使合金含硫升高。
SiO2：
铬矿中SiO2的含量一般为5—11%，基本上都需要另加硅石进行调渣。
故在铬品位相同的情况下，选用SiO2高的铬矿，对冶炼是有利的。
在MgO/Al2O3比值基本相同的情况下，高SiO2矿的熔点易偏低，一般易生产出含碳量高的产品。
MgO/Al2O3：
实践表明，随着矿中MgO/Al2O3比值的降低，合金碳含量下降。
这是由于MgO/Al2O3比值的降低,矿中Al2O3高,铝镁尖晶石型铬化物所占比例增大,铬矿熔点升高。
高Al2O3矿使渣中Al2O3含量升高，其粘度大，影响Cr2O3在低温区的还原。
因此，Cr2O3的还原反应集中在高温区，所得合金含碳量必然较低。
矿中MgO/Al2O3低，合金含硅量易升高。
这是因为MgO/Al2O3低矿使炉渣中MgO对SiO2的抑制作用减弱，同时，渣中Al2O3高利于电极深插，这对SiO2的还原有利。
铬矿中MgO、Al2O3含量的变化本身对合金含硫量无多大影响，但由于对合金碳、硅含量的影响，就相应影响到合金硫含量，这各影响有时会使合金含硫量产生波动，但一般不出格。
在使用高硫焦炭时应有所注意。
高碳铬铁冶炼中炉成分的变化对合金含磷量无明显影响。
但作者发现使用MgO/Al2O3低的铬矿易使含磷量偏高，这可能是高Al2O3渣粘度大，影响到磷的挥发所致。
由于高碳铬铁本身有一定脱硫能力，对硫含量一般不作特别要求。
由于生产中没有有效的脱磷手段，因此应尽量选用低磷铬矿。
2．一步法硅铬合金
Cr2O3：
越高越好。
FeO：
越低越好。
Cr/Fe：
不应低于1.5
SiO2：
在铬品位相同的情况下，选用SiO2高的铬矿，对冶炼是有利的。
但SiO2高的铬矿熔点偏低。
MgO：
作为碱性氧化物，有抑制还原SiO2的作用，不利于一步法硅铬合金冶炼；但它与SiO2、Al2O3生成炉渣时，能提高炉渣的流动性，有利于排渣。
Al2O3：
高Al2O3铬矿难还原、难熔，这是一步法硅铬合金所希望的；Al2O3还可缓解MgO对SiO2的抑制作用；高Al2O3渣利于电极深插，因此，对SiO2还原有利。
尽管MgO、Al2O3含量可通过造渣材料加以调整，但远不如铬矿本身具有合适的MgO/Al2O3值好。
对于大容量的一步法硅铬合金电炉，炉渣中控制在MgO/Al2O31.1—1.3为宜，故选用MgO/Al2O3=1.0—1.3的铬矿比较合适。
小容量电炉所用铬矿的MgO/Al2O3值可放宽到1.5。
由于硅铬合金本身有一定脱硫能力，对硫含量一般不作特别要求。
由于生产中没有有效的脱磷手段，因此应尽量选用低磷铬矿。
使用块铬矿搭配精矿或金属铬浸出尾渣冶炼高碳铬铁
一．合理搭配量
一般搭配40—50%。
使用块度较好且易熔的块矿时精矿配搭到50%；
在精矿配搭量多时可在批料中多配些回炉渣。
因回炉渣粒度较好，其中有些是半还原的液体凝固料，对改善炉料透气性、提高元素回收率和增加产量均有利。
混料要均匀：
混料不均匀会造成炉料分层，导致炉不稳定，合金成分波动，渣铁排放不均。
块矿如属易熔矿，则精矿可适当多配，否则少搭配。
使用特别难熔的块矿时，则不宜配搭精矿。
因为精矿粒度细，再加上块矿难熔，精矿用量过多会造成还原不好，渣中跑铬高，产量低。
混合矿中的MgO/Al2O3对渣中Cr2O3的影响，见下表
铬矿配比
混合矿成分
混合矿中
MgO/Al2O3
（Cr2O3）%
Cr2O3
FeO
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
菲块：
精（2：
1）
46.38
13.57
0.46
16.36
6.51
11.29
1.45
4.98
土块:
哈块:
精矿（1:
1:
1）
47.71
13.57
0.61
17.03
7.78
11.27
1.51
9.89
巴块:
精矿（1:
1）
46.56
14.00
0.66
17.29
6.37
10.87
1.59
6.86
土块:
菲块:
精矿（1:
1:
1）
45.78
13.82
0.40
17.18
7.23
10.43
1.65
5.45
菲块:
伊块:
精矿（1:
1:
1）
46.36
13.32
0.40
17.88
升级会员 