高铬型钒钛磁铁矿(High Chromium Vanadium-bearing Titanomagnetite,下文简写为HCVT)是一种综合利用价值较高的多组元共生铁矿,目前主要以高炉流程进行冶炼利用,但其有价组元利用率较低。气基竖炉直接还原-电炉熔分具有不依赖焦炭、环境负荷小,且能够实现有价组元综合利用的优势。球团在竖炉内的还原行为对于生产顺行至关重要,而气基还原产物在电炉内的熔分受诸多因素影响。因此,本文以高铬型钒钛磁铁矿为原料,首先考察了还原温度和还原气氛对气基竖炉直接还原过程中球团膨胀率(Reduction Swelling Index,下文简写为RSI)及强度(Compressive Strength,下文简写为CS)的影响;其次,进行了非等温还原实验,考察升温速率及还原气氛对还原度的影响,并建立了描述混合气体还原高铬型钒钛磁铁矿球团非等温动力学模型;最后,通过单因素实验获得适宜的高铬型钒钛磁铁矿电热熔分参数。得出以下结论:(1)高铬型钒钛磁铁矿球团气基等温还原过程中,还原初期,球团膨胀率急剧上升,强度迅速下降;随还原进行,球团开始收缩,膨胀率减小,强度有所上升。随还原温度升高及还原气中CO比例的上升,还原过程中球团膨胀率增大,强度降低。(2)高铬型钒钛磁铁矿气基非等温还原相变历程为:Fe2O3→Fe3O4→ FexO→Fe;Fe9TiO15+Fe2Ti3O9→Fe2.75Ti0.25O4→FeTiO3→+Fe+TiO2;(Cr0 15V0 85)2O3+Cr1.3Fe0.7O3 →Fe2O4+FeCr2O4。(3)高铬型钒钛磁铁矿混合气体非等温还原过程中,相同还原时间下,随升温速率增大及还原气氛中H2组分增多,球团还原度增大。适宜描述高铬型钒钛磁铁矿混合气体非等温还原的动力学模型如下:式中,xH2、xCo—分别为H2和CO在混合气体中所占比例,-;β一升温速率,K·min-1。给定还原气氛及升温速率之后,可由上式求得混合气体非等温还原高铬型钒钛磁铁矿球团还原度的近似解。(4)适宜的高铬型钒钛磁铁矿气基竖炉还原产物电热熔分参数为:配碳量(C/O)1.2,熔分温度1625℃,熔分时间40~50min,CaF2添加量2%,二元碱度R2 1.1。该条件下成功实现了高铬型钒钛磁铁矿中铁、钒、铬与钛的分离,分别得到了富钛渣以及含钒铬生铁。钒、铬的分离机理需进一步研究探索。