铬矿直接还原合金化的试验研究

杨吉春　赵　团　董　方　杨洪涛¹　孟令坤¹　张立明¹

包头钢铁学院　冶金与化学工程系,包头014010　¹包头钢铁公司　冶金研究所,包头014010

关键词　铬矿粉;还原;合金;回收率

中图法分类号　TG142.33

摘　要　本试验采用内蒙地区铬矿粉并配加碳粉生产的球状还原铬合金剂,在3t电弧炉上进行了冶炼35Cr Mo钢的工业性铬矿直接还原合金化炼钢试验研究.结果表明:炼钢操作和浇注均正常,生产率较高,铬的平均回收率达到了92.92%.为我国铬矿粉的利用提供了实验依据.

Test research on Chromium ore directly reduced and alloyed

Yang Jichun　Zhao T uan　Dong Fang　Yang Hongtao¹　Meng Lingkun¹　Zhang Liming¹Depar tment of Metallur gy and Chemistr y Engineer ing,UI ST Ba otou,Baotou014010,China

¹I nstitute of Met allurgical Research,Baotou Ir on and St eel Com pany,Ba otou014010,China

Key wor ds　Chr omium ore powder;reducing;alloy;r ecover y coefficient

Abstr act　T he industr ial st eelmaking test of Chr omium ore directly r educed and a lloyed to make35Cr Mo steel in the t hr ee-ton arc fur nace has been finished,which used global r educed Chr omium alloy pr oduced by Chromium or e powder s and coke powder s in the Inner Mongolia r egion.Experiment s confirmed:Both steelmaking oper ation and cast ing ar e normal,pr oduct ivi-ty is high,equation r ecovery coefficient of Chr omium is92.92per cent,all of which provided basis for making use of Chr omi-um or e powder in our countr y.

前言

铬是冶炼不锈钢、内热钢、合金工具钢、合金结构钢以及多种类型铸铁的重要合金元素.随着国民经济的发展,需要更多的不锈、内热、高强度的钢材,铬合金的消耗量也迅速增加.我国铬矿资源短缺,大型富矿少,小矿品位低、贫而杂,大量开采经济上不合理,得不到充分利用.国内有些厂家曾做过铬矿还原直接合金化的工业性试验,铬矿还原率平均为90%,但所采用的铬矿粉为进口铬矿、铬精矿等.因受资源的,难以满足大工业生产的需要.铬矿大部分依靠进口,致使铬合金供应紧张,价格高.

为充分利用有限的铬矿资源,降低钢材的生产成本,采用内蒙古乌拉特中旗所产的低品位铬矿,进行铬矿直接还原合金化的试验研究,实验室和半工业性试验证明,铬矿直接还原合金化是可行的.它可以代替高碳铬铁用于炼钢,反应速度快,经济合理,收得率高.在3t电弧炉上冶炼35Cr Mo钢的工业性试验中,铬矿中的铬的收得率在.6%～96.7%,平均为92.92%.

1　铬矿直接合金化的理论依据〔1,2,3〕

铬在地壳中的含量为0.035%,具有工业价值的铬矿有FeCr2O4和(MgFe)Cr2O4等.在炼钢条件下,碳粉和硅铁粉可将铬矿还原.而碳是一种既便宜又有较强还原能力的还原剂,与铬可生成Cr3C2、Cr7C3等化合物,其反应如下:

(FeO·Cr2O3)+7C=〔Fe〕+(Cr2C3)+4CO↑

　　$F°=117300-99.15T

　　$F°1183=0

1998年第17卷

包头钢铁学院学报

Journal of Baot ou University of I ron a nd Steel Technology

1/20

第2期第87～90页

a1998-02-18收到

第一作者:男,35岁,副教授

(Cr 2O 3)+6C=〔Cr 2C 3〕+3CO ↑　　$F °=174450-122.12T 　　$F °1428=0

3(FeO ·Cr 2O 3)+16C =3〔Fe 〕+2(Cr 2C 3)+12CO ↑

　　$F °=0550-465.51T 　　$F °1376=0(Cr 2O 3)+6C=〔Cr 2C 3〕+3CO ↑　　$F °=121986-85.01T 　　$F °1434=0

3(FeO ·Cr 2O 3)+102/7C =3〔Fe 〕+6/7〔Cr 7C 3〕+12CO ↑

　　$F °=666237-481.70T

　　$F °1383=0

用碳还原铬镁矿的反应如下:

(MgO ·Cr 2O 3)+3C =2Cr +(MgO )+3CO ↑　　$F °=192650-124.2T 　　$F °1551=0

由反应式知,用碳还原铬铁矿,在标准状态下,当生成物为Cr 2C 3时,其理论开始还原温度为1103℃.若生成物为Cr 7C 3时,其理论开始还原温度为1110℃.用碳还原铬镁矿时,其理论开始还原温度为1277℃.

由热力学分析可知,用碳粉作还原剂,在炼钢温度下是可以将铬矿还原的,具备了直接合金化的条件.

2　工业试验研究

2.1　还原铬合金剂的制备

通过热力学计算比较两种还原剂,虽然硅还原铬矿的能力大于碳还原铬矿的能力.但由于硅铁价

格高于碳粉,作还原剂比碳粉成本高.因此,从经济方面考虑,选择焦碳粉作还原剂,其化学成分如表1所示.采用内蒙古乌拉特中旗铬矿产的铬矿粉,其

化学成分如表2所示.

表1　焦炭粉化学成分

Table 1　Chemical compositions of coke powder 固定碳/%挥发份/%S/%80.46

2.75

0.817

表2　铬矿粉化学成分

Table 2　Chemical compositions of Chromium ore powder

%　

Cr 2O 3Ca O SiO 2MgO F eO Al 2O 3 F e MnO

P

S

43.062.859.2315.81.265.4910.610.350.0580.018

由于铬矿及焦炭都是粉状,直接入炉会随炉气排出炉外,损失严重,收得率降低.因此,将铬矿粉和焦炭粉加工成型,选择价格便宜的水玻璃作为粘结剂,经过加工后的粒度组成如表3.

表3　试验用的铬矿粉和焦炭粉的粒度

Table 3　Sizes of Chr omium or e powder and coke powder

项　目

网　　　目+60

-60～-100-100～-160-160～-200-200铬矿粉 2.535.241.118.72 2.98焦炭粉

3.47

60

16.3

18.04

2.19

　　三种原料的配比为:铬矿粉∶焦炭粉∶水玻璃=100∶18∶5,还原铬合金剂的生产工艺流程如图1所示.生产的球状还原铬合金剂的直径为1～3cm,重量为6.45g/个～32.98g/个,密度为1.93～2.13g /cm 3,强度为1m 高度,平均3次,成品的化学成分见表

4.

图1　还原铬合金剂的生产工艺流程图

Fig .1　Technology pr ocess of pr oduction of r educing Chromium alloy agent

88

包头钢铁学院学报1998年6月　第17卷第2期

表4　还原铬合金剂的化学成分

Table 4　Chemical compositions of r educing Chr omium alloy agent

化学成分Cr 2O 3CaO SiO 2MgO F eO Al 2O 3F e 2O 3 Fe C P S 含量/%

33.18

3.30

10.

13.46

0.81

4.73

11.08

8.38

14.1

0.036

0.130

2.2　工业性炼钢试验

在公称容量为3.0t 的电弧炉上冶炼35Cr Mo

钢,采用原冶炼35CrMo 钢相同的炼钢和浇注工艺,为保证铬矿还原率,在扒掉氧化渣且稀薄渣形成后

加入铬矿.

3　试验结果及分析

试验结果见表5、表6、表7.

表5　冶炼35Cr Mo 钢的铬回收率

Table 5　Chr omium r ecover y coeff icient of making 35Cr M o steel

炉　　号钢　　种钢水量/t 铬矿加入量/kg

回收率/%平均回收率/%

56135CrM o 5.4237.5.6576

35CrM o 5.3232.592.4599

35CrM o

5.4

232.5

96.77

92.92　　还原铬矿冶炼35CrMo 钢,钢中和渣中的化学成分的变化见表6和表7.从表中的试验数据来看,炉内加入铬矿后,钢中〔%Cr 〕含量随着时间的增加而增加.约20～30min,就获得较好的还原,铬回收率已达90%以上.随着铬矿的加入,渣中Cr 2O 3含

量增加,经过熔融还原后,随着钢中〔%Cr 〕含量的增加(还原时间增加),渣中(Cr 2O 3%)、(FeO%)含

量在减少,约20～30min ,达到稳定,而且终渣Cr 2O 3含量与FeO 的含量成正比.当终渣FeO 含量小于1.7%时,渣中Cr 2O 3已获得较好的还原.

表6　还原铬矿冶炼35Cr Mo 钢,钢中化学成分的变化Table 6　Var iation of chemical compositions in steel

炉　号取　样时　间化　　学　　成　　分　　　/%C S Si Mn P Cr Mo 561

加入前<0.050.024<0.005<0.05<0.01<0.05<0.05加入后

0.0920.0240.01560.228<0.01<0.050.1390.300.0260.1160.4570.01290.60.1340.350.0240.1380.4910.0150.8040.1340.36

0.0200.1470.5310.01550.8120.1320.380.0170.1430.5370.0150.8360.131成　品

0.360.0160.309

0.90.01760.8530.177576

加入前0.110.0250.250<0.010.1180.152加入后

0.220.0290.253<0.010.4910.1500.400.0300.3460.00990.7870.1500.44

0.0190.4370.01120.80.150成　品0.360.0120.5960.01280.9650.159599

加入后

0.3680.0280.1910.3540.01420.9600.1350.3610.0200.1840.3570.01360.80.1410.402

0.0140.3110.3790.01380.8380.143成　品0.3720.015

0.3150.6190.0159

0.9250.14435Cr Mo

标　准0.32～0.17～0.40～0.80～0.15～

杨吉春等:铬矿直接还原合金化的试验研究

炉　号取　样

时　间

化　　学　　成　　分　　　/%

F eO SiO2Ca O M gO Al2O3Cr2O3

561加入前 3.19022.0058.409.50 6.850.068加入后 1.9328.6037.2016.8511.07 1.90

0.7229.9040.3016.6311.070.32

0.6727.8043.6016.0610.300.13

1.0825.2044.5017.069.740.13

4.1820.0040.9018.1411.10.13

成　品 1.8025.3536.2029.0211.10.063 576加入后7.9913.3044.609.07 4.00 4.43

4.7624.0042.3012. 6.80 3.72

1.7126.8045.2014.22 6.000.44

成　品 1.7124.3050.4013.25 5.000.19 599加入后13.7411.74.90 5.25 3.07 3.74

3.4127.50.2512.42 6.70 3.38

1.4431.2428.5011.88 6.750.19

1.6225.9651.209.587.800.19

0.9923.9552.5010.588.080.13

成　品 1.3522.9547.2014.1110.200.13

　　从试验情况来看,当终渣碱度CaO/SiO2波动在1.79～2.19范围内,具有较好的还原率,可以不改变冶炼还原渣的碱度.采用焦炭粉加铬矿粉作为铬合金剂时,钢中有增碳现象.当使钢中增铬1%时,增碳值波动范围为0.15%～0.25%,而用高碳铬铁作合金剂,钢中增碳值为0.10%～0.20%,两者基本相符.因此,可以用此产品代替高碳铬铁使用.

加入还原铬合金剂后,钢液中Mn、Mo、Si等元素基本无变化,P含量稍有增加,S含量降低(是因为还原期渣脱硫作用所致).

用铬矿粉作还原剂代替高碳铬铁,吨钢成本下降32.16元/t.每取代1t铬铁可使国家节电3000kWh,对企业和社会效益巨大.

4　结论

(1)在电炉冶炼条件下,用焦炭作还原剂,铬矿中铬的回收率为.6%～96.77%,平均为92.92%.

(2)还原铬矿入炉后25min左右,已得到较好的还原,不延长炼钢冶炼时间.

(3)用还原铬合金剂炼钢,钢中增碳量与使用高碳铬铁基本相符.因此,可以代替高碳铬铁使用.

(4)还原铬合金剂生产工艺简单,技术容易掌握,生产率高,能改善劳动条件,避免了冶炼铬铁造成的环境污染.

(5)采用本还原铬合金剂冶炼35CrMo钢,可使吨钢成本下降,经济效益显著.

(6)可提高铬的总回收率约10%,解决了矿山日益增多的廉价铬矿粉的利用问题.

参考文献

1　莫叔迟,李荣训,刘英杰,等.铬矿粉制块直接炼钢的研究.钢铁研究学报,1990,(4):9～16

2　靳望.电炉不锈钢采用铬矿直接冶炼.上海金属,1987, 9(1):59

3　叶姆林 ,加西克 .电热过程手册.李树桥,等译校.北京:冶金工业出版社,1984.155～160

90包头钢铁学院学报1998年6月　第17卷第2期