工程科学学报，第37卷，第10期：1296-1304,2015年10月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.10:1296-1304,October 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.007;http://journals.ustb.edu.cn 不同形态Fe对Cr,03还原的影响 郭文明，张延玲四，刘洋，贾昕磊 北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:zhangyanling@metall.usth.edu.cn 摘要通过1350-1550℃下Fe-Cr20,、Fe203-C203和FeCr20,的碳还原实验，结合X射线衍射和扫描电子显微镜考察 不同形态铁(Fe、Fe,03和FeO)对Cr,0,还原的影响.同一温度下最终还原度及还原速率均呈现Fe,0,Cr,O,C>FeCr20,一 C>FeCr,0,C的趋势，三种样品的还原都经历了氧化物一→碳化物→Fe-Cr-C合金的过程：低碳碳化物的产生以及较早形 成金属液相使F0,C,0,还原更充分，合金液相中碳溶解量低导致FCr,0,的还原率偏低，而碳化物偏多、合金液相偏少 阻滞了Fe-Cr,03还原率的提高.实验得到Fe-Cr,0,C、FeCr,04C和Fe,0,-Cr20,C体系的表观活化能分别为142.90、 111.84和128.9 kJ-mol. 关键词铬治金：铁：氧化铬：还原动力学 分类号TF641 Effect of various states of Fe on the reduction of Cr2O3 GUO Wen-ming,ZHANG Yan-ing,LIU Yang,JIA Xin-ei State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:zhangyanling@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT The effect of various states of Fe (Fe,FeO,and Fe,O)on the reduction of Cr,O was investigated by conducting isothermal experiments on the reduction of Fe-Cr2O,Fe,OCr2O,and FeCr2O by graphite at 1350-1550C combined with X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectrometry.It is shown that the tendency of final reduction degree is FeOCr2OC>FeCr2OC>Fe-Cr2O3C at each temperature,and the transformation path of the three samples is oxidescarbides-Fe-CrC alloy.Liquid alloy which earlier emerges and low carbon-content carbides promote the reduction of Fe,O-Cr,O.Low carbon dissolution in liquid alloy limits the reduction degree of FeCr,O.The large amount of carbides and little liquid alloy retard the reduction of Fe-Cr2O:.The apparent activation energies of Fe-Cr2O;-C,FeCr2O-C and Fe2O,-Cr2O:-C are 142.90,111.84 and 128.9 kJmol-,respectively. KEY WORDS chromium metallurgy:iron:chromium oxide:reduction kinetics C是重要的战略金属元素，从其原生赋存状况来 中产生的粉尘、炉渣、含C污泥以及铬铁合金生产 看，大部分Cr与Fe共存于铬铁矿等矿石资源中.工 过程中产生的粉尘和炉渣，也是Cr与Fe元素共同存 业提取过程中，主要依靠C等还原剂在高温条件下将 在可.为有效提高以上资源中Cr、Fe等元素的还原提 矿石中的C氧化物还原进入金属液相，并与矿石中的 取率，研究Cr和Fe氧化物的并行还原特点及二者的 脉石等分离.在该过程中，Fe的氧化物同时被还原. 相互影响具有重要意义. 另外，大量含C的工业副产品中，如不锈钢生产过程 Khedr研究了e20,中混有1%~10%Cr,0, 收稿日期：201406一11 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074025)：北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室自主研发课题(41602005)工程科学学报，第 37 卷，第 10 期: 1296--1304，2015 年 10 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 10: 1296--1304，October 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 10． 007; http: / /journals． ustb． edu． cn 不同形态 Fe 对 Cr2O3 还原的影响 郭文明，张延玲，刘 洋，贾昕磊 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083  通信作者，E-mail: zhangyanling@ metall． ustb． edu． cn 摘 要 通过 1350 ～ 1550 ℃下 Fe--Cr2O3、Fe2O3 --Cr2O3 和 FeCr2O4 的碳还原实验，结合 X 射线衍射和扫描电子显微镜考察 不同形态铁( Fe、Fe2O3 和 FeO) 对 Cr2O3 还原的影响． 同一温度下最终还原度及还原速率均呈现 Fe2O3--Cr2O3 --C ＞ FeCr2O4 -- C ＞ Fe--Cr2O3 --C 的趋势，三种样品的还原都经历了氧化物→碳化物→Fe--Cr--C 合金的过程; 低碳碳化物的产生以及较早形 成金属液相使 Fe2O3 --Cr2O3 还原更充分，合金液相中碳溶解量低导致 FeCr2O4 的还原率偏低，而碳化物偏多、合金液相偏少 阻滞了 Fe--Cr2O3 还原率的提高． 实验得到 Fe--Cr2O3 --C、FeCr2O4 --C 和 Fe2O3 --Cr2O3 --C 体系的表观活化能分别为 142. 90、 111. 84 和 128. 9 kJ·mol － 1 ． 关键词 铬冶金; 铁; 氧化铬; 还原动力学 分类号 TF641 Effect of various states of Fe on the reduction of Cr2O3 GUO Wen-ming，ZHANG Yan-ling ，LIU Yang，JIA Xin-lei State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: zhangyanling@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT The effect of various states of Fe ( Fe，FeO，and Fe2O3 ) on the reduction of Cr2O3 was investigated by conducting isothermal experiments on the reduction of Fe--Cr2O3，Fe2O3 --Cr2O3 and FeCr2O4 by graphite at 1350 － 1550 ℃ combined with X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectrometry． It is shown that the tendency of final reduction degree is Fe2O3 --Cr2O3 --C ＞ FeCr2O4 --C ＞ Fe--Cr2O3 --C at each temperature，and the transformation path of the three samples is oxides → carbides → Fe--Cr--C alloy． Liquid alloy which earlier emerges and low carbon-content carbides promote the reduction of Fe2O3 --Cr2O3 ． Low carbon dissolution in liquid alloy limits the reduction degree of FeCr2O4 ． The large amount of carbides and little liquid alloy retard the reduction of Fe--Cr2O3 ． The apparent activation energies of Fe--Cr2O3 --C，FeCr2O4 --C and Fe2O3 --Cr2O3 --C are 142. 90，111. 84 and 128. 9 kJ·mol － 1 ，respectively． KEY WOＲDS chromium metallurgy; iron; chromium oxide; reduction kinetics 收稿日期: 2014--06--11 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51074025) ; 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室自主研发课题( 41602005) Cr 是重要的战略金属元素，从其原生赋存状况来 看，大部分 Cr 与 Fe 共存于铬铁矿等矿石资源中． 工 业提取过程中，主要依靠 C 等还原剂在高温条件下将 矿石中的 Cr 氧化物还原进入金属液相，并与矿石中的 脉石等分离． 在该过程中，Fe 的氧化物同时被还原． 另外，大量含 Cr 的工业副产品中，如不锈钢生产过程 中产生的粉尘、炉渣、含 Cr 污泥［1--4］以及铬铁合金生产 过程中产生的粉尘和炉渣，也是 Cr 与 Fe 元素共同存 在［5］． 为有效提高以上资源中 Cr、Fe 等元素的还原提 取率，研究 Cr 和 Fe 氧化物的并行还原特点及二者的 相互影响具有重要意义． Khedr ［6］研究 了 Fe2O3 中 混 有 1% ～ 10% Cr2O3