不锈钢渣熔融还原中铬在铁浴和熔渣间的分配行为.pdf

2 0 1 1 年9 期有色金属 冶炼部分 h t t p l ／[ y s y l ．b g r i m m ．c n 1 D O I 1 0 ．3 9 6 9 l ／j ．I m n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 11 ．0 9 ．0 0 1 不锈钢渣熔融还原中铬在铁浴和熔渣间的分配行为 郭杰，林姜多，刘之彭，李秋菊，洪新 上海大学上海市现代冶金与材料制备重点实验室，上海2 0 0 0 7 2 摘要通过正交试验考察不锈钢渣铁浴熔融还原中反应温度、炉渣碱度、渣中A I z o 含量及铁水初始铬 含量对铬在铁浴和碱性炉渣问分配行为的影响。试验在石墨坩埚内进行。还原剂为碳饱和铁水中的碳． 试验结果表明．对影响渣中铬还原因素的显著性顺序依次为炉渣碱度 渣中A l z q 含量 铁水初始铬 含量 反应温度．此外采用模式识别方法对试验样本进行聚类分析和优化，以获得对渣中氯化铬还原 的最佳参数。 关t 调不锈钢渣；铬 熔融还原I 正交试验；模式识别 中田分类号T F 7 0 3 ．6文献标识码A文章编号1 1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 0 9 - 0 0 0 1 - 0 4 A l i o t m e n tB e h a v i o ro fC h r o m i u mb e t w e e nI r o nM e l ta n dM o l t e n S l a gi nM e l t i n gR e d u c t i o no fS t a i n l e s sS t e e lS l a g G U OJ i e ，L I NJ i a n g - d u o ，L I UZ h i p e n g ，L IQ i u - j u ，H O N GX i n S h a n g h a iE n h a n c e dL a b o r a t o r yo fM o d e r nM e t a l l u r g ya n dM a t e r i a lP r e p a r a t i o n ．S h a n g h a iU n i v e r s i t y ．S h a n g h a i2 0 0 0 7 2 ．C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，s l a gb a s i c i t y ，A 1 20 3c o n t e n ta n di n i t i a lC rc o n t e n ti nb a t ho n a l l o t m e n tb e h a v i o ro fc h r o m i t eb e t w e e ni r o nm e l ta n dm o l t e ns l a gw e r es t u d i e dt h r o u g ho r t h o g o n a le x p e r i - m e n t sf o rm e l t i n gr e d u c t i o no fs t a i n l e s ss l a g ．T h ee x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u ti naf u r n a c ew i t hg r a p h i t e c r u c i b l ee m p l o y i n gc a r b o ns a t u r a t e dd i s s o l v e di nl i q u i di r o na sar e d u c i n ga g e n t ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t s l a gb a s i c i t yw a st h ep r i m a r yf a c t o rf o rc h r o m i u mr e d u c t i o n ，w h i c hw a sf o l l o w e db yA 1 20 3c o n t e n ti ns l a g ， i n i t i a lC rc o n t e n ti ni r o nb a t ha n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ．B e s i d e s ，P a t t e r n R e c o g n i t i o n - M e t h o dw a sa p p l i e d f o rc l a s s i f i c a t i o na n a l o ga n do p t i m i z a t i o no ft h ee x p e r i m e n t a ls a m p l e s ，f r o mw h i c hb e t t e rr e d u c t i o np a r a m e - t e r so fc h r o m i u mo x i d ei ns l a gw a so b t a i n e d ． K e yw o r d s S t a i n l e s ss t e e ls l a g C h r o m i u m ；M e l t i n gr e d u c t i o nIO r t h o g o n a lt e s t ；P a t t e r nr e c o g n i t i o n 随着我国不锈钢产业的迅速发展，在生产过程 中产生大量的含铬镍废渣，如不妥善处理将会对环 境造成严重危害[ 1 ] 。回收利用不锈钢冶炼的废渣、 粉尘等废弃物，不但可以解决环境保护问题，而且也 有助于缓解我国的铬矿资源匮乏、进口依存度不断 提高等问题q 】。 以往国内着重研究铬矿石的还原问题．如张丽 娟等[ ‘] 考察了渣碱度、渣中A l 。O 。含量以及温度对 碳还原铬矿的影响，徐匡迪等【5 1 在1 5t 复吹转炉上 基金项目园隶自然科学基金项目 5 0 6 3 4 0 4 0 作者简介韩杰 1 9 8 4 - ．男．安徽毫州人．磺士研究生． 完成了铬铁、氧化镍、铁矿的熔融还原工业性试验。 但对于铬含量低 渣中A l z 0 。含量 铁水铬含量 反应温度。以渣中铬含量作为衡量还 原反应效果的基准。 表l 正交试验结果 T a b l e1 O r t h o g o n a lt e s tr e s u l t 万方数据 2 0 1 1 年9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p l ／[ y s y l ．b g r i m m ．c n 3 渣中铬含量越低表明还原度越高，根据正交试 验结果，可初步确定较优的组合为反应温度16 0 0 ℃、炉渣碱度1 ．1 、渣中A l z o 。含量1 5 ％、铁水初始 含铬量0o A 。 随着反应温度的升高渣中铬含量降低。当反应 温度在16 0 0 ℃时，渣中铬含量最低。反应温度在 15 0 0 ℃和15 5 0 ℃时，两者差别不大，原因可能是， 在较低温度下，铬氧化物并未完全溶解。而当温度 继续降低至l4 5 0 ℃时，渣中铬含量则明显升高。 当炉渣碱度为1 ．5 时，渣中铬含量最高。在炉 渣碱度在1 ．1 时，渣中铬含量出现一个极小值。而 在1 ．1 ～1 ．5 时，渣中铬含量随碱度值减小而降低， 尤其在反应初期更为明显，其原因是低碱度炉渣的 熔点下降，使炉渣在反应初期就能迅速地形成液态， 有利于渣中铬氧化物的质量传递，加快了还原反应 的进行。尽管高碱度流动性较好，但熔点也高，在反 应初期还没完全形成液态渣，阻碍了质量传递。然 而，当渣中碱度进一步下降至0 ．9 时，渣中铬氧化物 的初始还原反而相对变慢，最终含量也相对偏高，这 是由于S i 0 2 的加入在降低了炉渣碱度的同时，由于 形成结构复杂的硅氧复合离子 S i 。0 ，2 - 导致炉渣 黏度上升，从而阻碍了渣中铬氧化物的还原。 同样A l o 。的加入能降低熔渣的熔点和黏度， 有利于渣中的质量传递。当渣中A l 。0 。含量在 1 5 ％附近时，渣中铬含量有一个极小值。随着铁水 中铬含量的升高渣中铬含量也增高。当铁水不含铬 时，渣中铬含量最低。 2 ．2 试验数据分析与优化 铁浴熔融还原铬氧化物是个多因素影响的过 程。因此需要采用多因素的分析方法进行研究。模 式识别是解决此类问题的有效手段，它通过在样本 空间的聚类规律来确定优化样本范围。本文采用模 式识别软件分析正交试验结果，为了更好地区分样 本的优劣性，把上述正交试验的结果按渣中铬的还 原度从高到低分为4 类 表3 。 表3 试验样本结果分类表 T a b l e3C l a s s i f i c a t i o no fr e d u c t i o nr a t e 采用F M A P 法和P C A 法的模式识别分析结果 分别见图1 和图2 。其中图1 a 和图2 a 以样本的类别 而图1 b 和图2 b 则用样本序号标示。从图1 ～2 可 看出，试验样本的聚类现象明显，优类样本基本集中 在图的中部偏右上部分。 圈l 试验结果的F M A P 模式识别聚类图 F i g ．1 C l a s sd i a g r a mo fe x p e r i m e n tr e s u l t sf r o mp a t t e r nr e c o g n i t i o na n a l y s i sw i t hF M A P 在该优化区域范围内设计4 个新的参数组合， 分别为Y 1 、Y 2 、Y 3 、Y 4 ，以这4 个样本进行验证试 验，结果如表4 所示。试验结果表明，新选反应参数 组合的还原度Y 1 、Y 2 、Y 3 、Y 4 都处于优类范围 即 还原度在9 7 ％以上 。 衷4 模式识别选取的优化试验参数 T a b l e4 O p t i m i z e de x p e r i m e n tp a r a m e t e r sb yp a t t e r nr e c o g n i t i o n 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 1 年9 期 3结论 图2 试验结果的P C A 模式识别聚类图 F i g ．2 C l a s sd i a g r a mo fe x p e r i m e n tr e s u l t sf r o mp a t t e r nr e c o g n i t i o na n a l y s i sw i t hP C A 1 对渣中铬还原影响的4 个因素的显著性次序 为炉渣碱度 渣中A 1 。o 。含量 铁水初始铬含量 反应温度。 2 试验样本在模式识别分析图中聚类情况良 好，渣中铬含量低于O ．0 6 ％ 对应的还原度 9 7 ％ 的优类区明确，在优类区所设计的新样本经验证都 能保证良好的渣中铬还原度。 参考文献 [ 1 ] 孙家瑛，王志新．不锈钢钢渣的污染特性[ J ] ．粉煤灰， 2 0 0 5 ，1 7 4 1 1 - 1 2 ． [ 2 ] 陈津，王社斌。林万明，等．2 1 世纪中国铬业资源现状与 发展口] ．铁合金．2 0 0 5 ，3 6 2 3 9 4 2 ． [ 3 ] 杜春林．中国铬矿资源2 0 1 0 年保证程度与前景[ J ] ．地 质与勘探，1 9 9 7 ，3 3 2 8 - 1 1 ． [ 4 ] 张丽娟，邹宗树，刘爱华，等．铬矿熔融还原动力学口] ． 东北大学学报，1 9 9 6 ，1 7 3 2 5 2 - 2 5 5 ． [ 5 ] 徐匡迪，蒋国昌，徐建伦，等．1 5 吨铁浴熔融还原工业性 试验口] ．钢铁。1 9 9 5 ，3 0 8 l1 6 - 2 1 ． [ 6 ] T a k a m i t s uN a k a a u g a ，H a i p i n gS u n t K u n i h i k oN a k a s h i m n _ R e d u c t i o nR a t eo fC r 2Qi naS o l i dP o w d e rS t a t e a n di nC a O - S i 0 2 - A 1 20 3 一C a F , S l a g sb yF e - C _ s iM e l t s 口] ．I S UI n t e r n a t i o n a l ，2 0 0 1 ，4 1 9 l9 3 7 - 9 4 4 ． [ 7 ] T a k a m i t s uN a k a s u g a ，K u n i h i k oN a k a s h i m a ，K a t s u m i M o r i ．R e c o v e r yR a t eo fC h r o m i u mf r o mS t a i n l e s sS l a g b yI r o nM e l t s [ J ] ．I S UI n t e r n a t i o n a l 。2 0 0 4 ，4 4 4 l6 6 5 6 7 2 ． [ 8 ] 刘之彭．毛佳君，李秋菊，等．不锈钢渣中氧化铬还原的 实验研究[ J ] ．上海金属，2 0 0 9 ，3 1 6 1 9 2 2 ． 万方数据