·1370 工程科学学报，第38卷，第10期 求，通常铬铁块矿更适合治炼四.然而，世界上每年开 强度影响因素的研究则相对较少.因此，本文模拟链 采的铬铁矿中，块矿仅占20%，粉矿约占80%.相对 篦机一回转窑的生产条件，对铬铁矿球团的氧化固结 于块矿来说，粉矿品位高，价格低-.我国铬矿资源 行为以及C/Fe比对其焙烧的影响进行了研究，揭示 贫乏，95%以上铬铁矿依靠进口6-.因此，有效利用 其氧化固结特性，为工业生产提供理论指导 廉价粉矿是降低我国铬系铁合金生产成本，提高市场 竞争力的有效途径之一圆 1原料性能及研究方法 铬铁粉矿治炼前需对其进行造块，以满足治炼对1.1原料性能 炉料块度和性能的要求.目前，芬兰奥图泰公司的氧 本试验采用的原料包括四种铬铁粉矿（其中铬铁 化球团技术(OutocumPu法)和日本的球团回转窑预还 矿B和C由铬铁矿A和D配矿而成)和一种膨润土， 原技术(SRC法)由于其产量大、造块产品质量稳定等 化学成分如表1所示.铬铁矿A属于低Cr/Fe比的铬 诸多优点而得到广泛使用.但我国生产球团矿以 铁矿，Cr/Fe比为1.35，而铬铁矿D的Cr/Fe比则相对 链篦机一回转窑工艺为主，由于铬铁矿球团所需的焙 较高，为2.55，铬铁矿B和铬铁矿C的Cr/Fe比分别 烧温度高，给回转窑工艺生产带来一定的困难，同时也 为1.51和1.70：由于铬铁矿中主要为铬尖晶石(Fe, 不利于节能降耗.Tathavadkar等n在空气气氛下对 Mg)(Cr,Fe,Al),O,Mg和Al分别晶格取代Fe和Cr, 南非铬铁粉矿进行热处理，分析了铬铁矿在氧化过程 因而Fe含量低的铬铁矿其MgO含量相对较高，而Cr 中物相的变化规律：王海娟等四研究了烧结温度对铬 含量低的铬铁矿其A山，03含量相对更高. 铁烧结矿强度的影响，表明烧结温度达到1300~1350 本试验采用的膨润土为钠基膨润土，物理性能如 ℃时，温度的提高才明显增加烧结矿的抗压强度.然 下：每15g胶质价98mL,膨胀容16.25mLg,吸水率 而国内外的研究多集中于铬铁矿的氧化行为及其造块 (2h)367%,每100g吸蓝量26.75g,蒙脱石质量分数 新工艺的研究，对于铬铁矿球团固结的机理及球团 60.52% 表1原料主要化学成分和烧损 Table 1 Chemical compositions and loss of ignition of raw materials 质量分数/% 原料 Cr/Fe TFe FeO Cr303 Si02 Mgo AL203 烧损 铬铁矿A 20.55 19.75 40.60 4.96 11.13 14.70 0.39 0.0012 0.01 0.87 1.35 铬铁矿B 19.03 18.38 42.11 5.07 11.98 13.46 0.39 0.0012 0.01 1.31 1.51 铬铁矿C 17.51 17.01 43.62 5.19 12.83 12.22 0.40 0.0012 0.01 1.75 1.70 铬铁矿D 12.94 12.90 48.15 5.53 15.37 8.49 0.41 0.0013 0.01 3.08 2.55 膨润士 2.24 60.95 2.15 13.75 2.25 0.055 0.03 13.44 对铬铁矿A和铬铁矿D进行了X射线衍射分析， 流通.按照设定的升温速度、加热时间和降温速 结果如图1所示.可知虽然两种铬铁矿在化学成分分 度，球团在炉内依次经历预热、焙烧、均热和冷却四个 析结果上有所差异，但是主要的矿物组成均为铬铁尖 过程，预热球及焙烧球在智能球团抗压机上测定其抗 晶石((Fe,Mg)(Cr,Fe,AI),04). 压强度 1.2研究方法 结合光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等微观测 造球试验是在圆盘造球机中进行的.其主要技术 试技术分析球团矿矿相鉴定及显微结构，研究球团矿 参数为：直径1000mm,转速25r·min1,边高150mm, 的矿物成分、结晶形态、微观结构等 倾角47°.造球时每次称取4kg铬铁精矿（干基），膨 2结果与讨论 润土添加量按试验设定配比(1.25%)进行计算，配料 后将铬铁精矿和膨润土充分混匀，再进行造球试验. 2.1预热和焙烧条件对铬铁矿球团的影响 造好的生球经过筛分，将12~14mm的生球作为合格 天然铬铁矿结构可用分子式(Fe2·,Mg)(Cr, 生球并在105℃烘箱中进行干燥备用.为了更好地模 Fe3·,A),0,的立方尖晶石描述，此式表示天然矿物 拟链篦机一回转窑生产，预热和焙烧分别在两段卧式 是纯尖晶石六个末端成员FeCr0,Fe04、FeAl0,、 管炉中进行，卧式管炉由两段硅碳管电阻炉对接而成 MgCr,O,、MgFe20,和MgA,04的固溶体.铬铁矿中的 将10个干球装入刚玉瓷舟推入炉内，整个预热和焙烧 尖晶石矿物在氧化气氛条件下加热，可能发生的反应 过程在空气气氛下进行，炉口为敞开式，保证空气自然 如下5-：工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 求，通常铬铁块矿更适合冶炼［1］． 然而，世界上每年开 采的铬铁矿中，块矿仅占 20% ，粉矿约占 80% ． 相对 于块矿来说，粉矿品位高，价格低［2--5］． 我国铬矿资源 贫乏，95% 以上铬铁矿依靠进口［6--7］． 因此，有效利用 廉价粉矿是降低我国铬系铁合金生产成本，提高市场 竞争力的有效途径之一［8］． 铬铁粉矿冶炼前需对其进行造块，以满足冶炼对 炉料块度和性能的要求． 目前，芬兰奥图泰公司的氧 化球团技术( OutocumPu 法) 和日本的球团回转窑预还 原技术( SＲC 法) 由于其产量大、造块产品质量稳定等 诸多优点而得到广泛使用［9--10］． 但我国生产球团矿以 链篦机--回转窑工艺为主，由于铬铁矿球团所需的焙 烧温度高，给回转窑工艺生产带来一定的困难，同时也 不利于节能降耗． Tathavadkar 等［11］在空气气氛下对 南非铬铁粉矿进行热处理，分析了铬铁矿在氧化过程 中物相的变化规律; 王海娟等［12］研究了烧结温度对铬 铁烧结矿强度的影响，表明烧结温度达到 1300 ～ 1350 ℃时，温度的提高才明显增加烧结矿的抗压强度． 然 而国内外的研究多集中于铬铁矿的氧化行为及其造块 新工艺的研究［13］，对于铬铁矿球团固结的机理及球团 强度影响因素的研究则相对较少． 因此，本文模拟链 篦机--回转窑的生产条件，对铬铁矿球团的氧化固结 行为以及 Cr / Fe 比对其焙烧的影响进行了研究，揭示 其氧化固结特性，为工业生产提供理论指导． 1 原料性能及研究方法 1. 1 原料性能 本试验采用的原料包括四种铬铁粉矿( 其中铬铁 矿 B 和 C 由铬铁矿 A 和 D 配矿而成) 和一种膨润土， 化学成分如表 1 所示． 铬铁矿 A 属于低 Cr / Fe 比的铬 铁矿，Cr / Fe 比为 1. 35，而铬铁矿 D 的 Cr / Fe 比则相对 较高，为 2. 55，铬铁矿 B 和铬铁矿 C 的 Cr / Fe 比分别 为 1. 51 和 1. 70; 由于铬铁矿中主要为铬尖晶石( Fe， Mg) ( Cr，Fe，Al) 2O4，Mg 和 Al 分别晶格取代 Fe 和 Cr， 因而 Fe 含量低的铬铁矿其 MgO 含量相对较高，而 Cr 含量低的铬铁矿其 Al2O3 含量相对更高． 本试验采用的膨润土为钠基膨润土，物理性能如 下: 每 15 g 胶质价 98 mL，膨胀容 16. 25 mL·g － 1，吸水率 ( 2 h) 367% ，每 100 g 吸蓝量 26. 75 g，蒙脱石质量分数 60. 52% ． 表 1 原料主要化学成分和烧损 Table 1 Chemical compositions and loss of ignition of raw materials 原料 质量分数/% TFe FeO Cr2O3 SiO2 MgO Al2O3 CaO P S 烧损 Cr /Fe 铬铁矿 A 20. 55 19. 75 40. 60 4. 96 11. 13 14. 70 0. 39 0. 0012 0. 01 0. 87 1. 35 铬铁矿 B 19. 03 18. 38 42. 11 5. 07 11. 98 13. 46 0. 39 0. 0012 0. 01 1. 31 1. 51 铬铁矿 C 17. 51 17. 01 43. 62 5. 19 12. 83 12. 22 0. 40 0. 0012 0. 01 1. 75 1. 70 铬铁矿 D 12. 94 12. 90 48. 15 5. 53 15. 37 8. 49 0. 41 0. 0013 0. 01 3. 08 2. 55 膨润土 2. 24 — — 60. 95 2. 15 13. 75 2. 25 0. 055 0. 03 13. 44 — 对铬铁矿 A 和铬铁矿 D 进行了 X 射线衍射分析， 结果如图 1 所示． 可知虽然两种铬铁矿在化学成分分 析结果上有所差异，但是主要的矿物组成均为铬铁尖 晶石( ( Fe，Mg) ( Cr，Fe，Al) 2O4 ) ． 1. 2 研究方法 造球试验是在圆盘造球机中进行的． 其主要技术 参数为: 直径 1000 mm，转速 25 r·min － 1，边高 150 mm， 倾角 47°． 造球时每次称取 4 kg 铬铁精矿( 干基) ，膨 润土添加量按试验设定配比( 1. 25% ) 进行计算，配料 后将铬铁精矿和膨润土充分混匀，再进行造球试验． 造好的生球经过筛分，将 12 ～ 14 mm 的生球作为合格 生球并在 105 ℃烘箱中进行干燥备用． 为了更好地模 拟链篦机--回转窑生产，预热和焙烧分别在两段卧式 管炉中进行，卧式管炉由两段硅碳管电阻炉对接而成． 将 10 个干球装入刚玉瓷舟推入炉内，整个预热和焙烧 过程在空气气氛下进行，炉口为敞开式，保证空气自然 流通［14］． 按照设定的升温速度、加热时间和降温速 度，球团在炉内依次经历预热、焙烧、均热和冷却四个 过程，预热球及焙烧球在智能球团抗压机上测定其抗 压强度． 结合光学显微镜、扫描电镜、X 射线衍射等微观测 试技术分析球团矿矿相鉴定及显微结构，研究球团矿 的矿物成分、结晶形态、微观结构等． 2 结果与讨论 2. 1 预热和焙烧条件对铬铁矿球团的影响 天然 铬 铁 矿 结 构 可 用 分 子 式 ( Fe2 + ，Mg ) ( Cr， Fe3 + ，Al) 2O4 的立方尖晶石描述，此式表示天然矿物 是纯尖晶石六个末端成员 FeCr2O4、Fe3 O4、FeAl2O4、 MgCr2O4、MgFe2O4 和 MgAl2O4 的固溶体． 铬铁矿中的 尖晶石矿物在氧化气氛条件下加热，可能发生的反应 如下［15--16］: · 0731 ·