D0I:10.13374/i.issnl00103.2007.09.028 第29卷第9期 北京科技大学学报 Vol.29 No.9 2007年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep·2007 含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性 陈津李宁)王社斌)晏泓刘金营) 1)太原理工大学材料科学与工程学院，太原0300242)中国电子科技集团公司第十二研究所，北京100016 摘要采用微波加热法避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象。利用微波治金炉，针对含碳铬铁矿粉在 微波场中的升温特性进行了研究.结果表明，含碳铬铁矿粉在频率2.450G压的微波场中具有良好的升温特性.在微波加热 功率10kW、含碳铬铁矿粉1kg的条件下，含碳铬铁矿粉在7min内温度可升至1100℃，升温速率为157.1℃min-1:而含碳 磁铁矿粉在10min内温度升至1000℃，升温速率仅为100℃min-1.提高配碳比，可提高含碳铬铁矿粉的升温速率和降低轻 烧钙质石灰粉对物料升温速率的影响· 关键词铬铁矿粉：磁铁矿粉：微波加热：微波场：升温特性 分类号TF19;TF641 我国铬铁矿资源贫乏，进口依存度达95%，随 微波是一种特殊的电磁波，频率在0.3~ 着世界上铬铁矿资源的增量开采，适合冶金要求的 300Gz(波长在100~0.1cm),位于电磁波谱的红 块矿逐年减少，而粉矿逐年增加.据报道，目前世界 外辐射和无线电波之间，微波对粉矿具有明显的加 上铬铁矿年开采量已达1700万t山，其中粉矿（粒 热效应，其特点有：(1)可以快速加热粉状物料，缩短 度<8mm)占到3/42]，而块矿仅占1/4.因此，研 反应时间；(2)可以选择性加热粉状物料，使矿石矿 究用铬铁矿粉生产铬铁的低成本工艺流程具有重大 物和脉石矿物产生热离解：(3)可以用非接触方式加 意义陶 热粉状物料，避免物料的外界污染；(4)具有分子尺 目前，用粉状铬铁矿治炼铬铁的方法有直接入 度的搅拌作用，可创造有力的固一固相还原动力学 炉冶炼和预处理冶炼两大类。直接入炉冶炼有矿热 条件，微波能是一种新型的加热能源，其显著优点 炉冶炼和等离子炉冶炼两种工艺：预处理冶炼有烧 是可以实现对粉状物料的快速选择性加热和还 结、球团和压块三种工艺，等离子技术的优点是可 原10)，避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质 以直接利用细粉原料和廉价的碳质还原剂生产高碳 不均匀的现象，采用微波加热法，可以有效地加热 铬铁，美国、南非、英国等相继研制出了各种等离子 含碳铬铁矿粉，进行碳热还原， 炉，有的已进入工业应用阶段向].但是，在工业上大 1 规模应用等离子炉还存在着诸如等离子枪寿命短、 原料与方法 能耗高等技术问题，且该工艺在生产中碳、低碳铬铁 原料为印度铬铁矿粉（见表1）、无烟煤粉（见 中受到限制，铬铁矿粉经过烧结、球团、压块等造块 表2)、轻烧钙质石灰粉（见表3）.此外，还选用磁铁 工艺预处理后，可用于传统的矿热炉或高炉冶炼铬 矿粉（见表4）作为加热效果的对比物料 铁[]，但造块规模和设备更新受到限制，直接还原 采用微波加热法，微波冶金炉的主要技术指标 合金化门，虽然可以大幅度降低成本，加快还原进 为：(1)微波炉加热物料范围为1~10kg;(2)最大微 程，但铬铁矿原料需要一定的粒度，治炼中无法使用 波加热功率为20kW:(3)最高温度为1500℃.该设 细粉矿，从20世纪80年代以来，我国学者对铬铁 备的内部结构及装置见图1，外接电源电压为220V 矿粉的利用技术进行了大量研究[8，但如何找到 交流电，经变压器产生的高电压供给磁控管工作，磁 一种较好的方法利用铬铁矿粉生产铬铁或含铬铁 控管产生微波导入炉腔，进行物料加热.该设备装 水，尤其是含碳低的铬铁，仍然是一项重要研究课 有功率选择器和定时器，测温采用热电偶装置，双 题 铂铑热电偶可连续测温。为保证测温的准确性，热 收稿日期.：2006-04-25修回日期：2006-10-28 电偶可插入到物料的内部.由于热电偶为金属制 基金项目：国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目 品，为防止在微波场中放电起弧而使测温受到影响， (No-50474083) 热电偶的刚玉保护管要外套不锈钢管山]. 作者简介：陈津(1955一)，男.教授，博士含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性 陈 津1） 李 宁1） 王社斌1） 晏 泓1） 刘金营2） 1） 太原理工大学材料科学与工程学院‚太原030024 2） 中国电子科技集团公司第十二研究所‚北京100016 摘 要 采用微波加热法避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象．利用微波冶金炉‚针对含碳铬铁矿粉在 微波场中的升温特性进行了研究．结果表明‚含碳铬铁矿粉在频率2∙450GHz 的微波场中具有良好的升温特性．在微波加热 功率10kW、含碳铬铁矿粉1kg 的条件下‚含碳铬铁矿粉在7min 内温度可升至1100℃‚升温速率为157∙1℃·min －1；而含碳 磁铁矿粉在10min内温度升至1000℃‚升温速率仅为100℃·min －1．提高配碳比‚可提高含碳铬铁矿粉的升温速率和降低轻 烧钙质石灰粉对物料升温速率的影响． 关键词 铬铁矿粉；磁铁矿粉；微波加热；微波场；升温特性 分类号 TF19；TF641 收稿日期：2006-04-25 修回日期：2006-10-28 基金项目：国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目 （No．50474083） 作者简介：陈 津（1955－）‚男‚教授‚博士 我国铬铁矿资源贫乏‚进口依存度达95％．随 着世界上铬铁矿资源的增量开采‚适合冶金要求的 块矿逐年减少‚而粉矿逐年增加．据报道‚目前世界 上铬铁矿年开采量已达1700万 t ［1］‚其中粉矿（粒 度＜8mm）占到3／4［2－3］‚而块矿仅占1／4．因此‚研 究用铬铁矿粉生产铬铁的低成本工艺流程具有重大 意义［4］． 目前‚用粉状铬铁矿冶炼铬铁的方法有直接入 炉冶炼和预处理冶炼两大类．直接入炉冶炼有矿热 炉冶炼和等离子炉冶炼两种工艺；预处理冶炼有烧 结、球团和压块三种工艺．等离子技术的优点是可 以直接利用细粉原料和廉价的碳质还原剂生产高碳 铬铁‚美国、南非、英国等相继研制出了各种等离子 炉‚有的已进入工业应用阶段［5］．但是‚在工业上大 规模应用等离子炉还存在着诸如等离子枪寿命短、 能耗高等技术问题‚且该工艺在生产中碳、低碳铬铁 中受到限制．铬铁矿粉经过烧结、球团、压块等造块 工艺预处理后‚可用于传统的矿热炉或高炉冶炼铬 铁［6］‚但造块规模和设备更新受到限制．直接还原 合金化［7］‚虽然可以大幅度降低成本‚加快还原进 程‚但铬铁矿原料需要一定的粒度‚冶炼中无法使用 细粉矿．从20世纪80年代以来‚我国学者对铬铁 矿粉的利用技术进行了大量研究［8－9］‚但如何找到 一种较好的方法利用铬铁矿粉生产铬铁或含铬铁 水‚尤其是含碳低的铬铁‚仍然是一项重要研究课 题． 微波 是 一 种 特 殊 的 电 磁 波‚频 率 在 0∙3～ 300GHz（波长在100～0∙1cm）‚位于电磁波谱的红 外辐射和无线电波之间．微波对粉矿具有明显的加 热效应‚其特点有：（1）可以快速加热粉状物料‚缩短 反应时间；（2）可以选择性加热粉状物料‚使矿石矿 物和脉石矿物产生热离解；（3）可以用非接触方式加 热粉状物料‚避免物料的外界污染；（4）具有分子尺 度的搅拌作用‚可创造有力的固－固相还原动力学 条件．微波能是一种新型的加热能源‚其显著优点 是可以实现对粉状物料的快速选择性加热和还 原［10］‚避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质 不均匀的现象．采用微波加热法‚可以有效地加热 含碳铬铁矿粉‚进行碳热还原． 1 原料与方法 原料为印度铬铁矿粉（见表1）、无烟煤粉（见 表2）、轻烧钙质石灰粉（见表3）．此外‚还选用磁铁 矿粉（见表4）作为加热效果的对比物料． 采用微波加热法．微波冶金炉的主要技术指标 为：（1）微波炉加热物料范围为1～10kg；（2）最大微 波加热功率为20kW；（3）最高温度为1500℃．该设 备的内部结构及装置见图1．外接电源电压为220V 交流电‚经变压器产生的高电压供给磁控管工作‚磁 控管产生微波导入炉腔‚进行物料加热．该设备装 有功率选择器和定时器‚测温采用热电偶装置．双 铂铑热电偶可连续测温．为保证测温的准确性‚热 电偶可插入到物料的内部．由于热电偶为金属制 品‚为防止在微波场中放电起弧而使测温受到影响‚ 热电偶的刚玉保护管要外套不锈钢管［11］． 第29卷 第9期 2007年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．9 Sep．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．09．028