微波加热内配碳酸钙高碳锰铁粉固相脱碳试验研究

以碳酸钙为脱碳剂,采用微波加热进行高碳锰铁粉固相脱碳,可避免高温下金属锰的蒸发,实现高碳锰铁粉快速固相脱碳。试验结果表明,内配碳酸钙高碳锰铁粉在微波加热场中进行固相脱碳,脱碳物料的碳含量随脱碳温度的升高、保温时间的延长、配碳比的增加而降低。高碳锰铁粉在微波加热场中固相脱碳物料的XRD物相分析结果表明,脱碳物料的氧化程度随脱碳温度升高而加剧。综合考虑,适宜的脱碳条件为:脱碳温度1 000℃,脱碳时间为60min。内配碳酸钙高碳锰铁粉在微波加热场中和常规加热场中分别加热到900,1 000,1 100,1 200℃并保温脱碳60min,微波加热场中脱碳率分别为76.69%,82.90%,84.11%,85.75%,远高于常规加热场的脱碳率(34.14%,48.28%,49.66%,63.03%),微波加热能增强碳的扩散能力,显著提高了脱碳效率。     

微波加热高碳铬铁粉固相脱碳动力学

采用微波加热对高碳铬铁粉固相脱碳进行了动力学研究.以碳酸钙粉为固体脱碳剂,按高碳铬铁粉中碳与碳酸钙粉完全分解后产生的CO2的摩尔比为1︰1和1︰1.4混合,在微波场中对内配碳酸钙高碳铬铁粉加热到不同温度并保温脱碳一定时间,测定其碳含量并计算固相脱碳反应的表观活化能.实验表明:提高内配碳酸钙的比例,物料的脱碳率会相应提高,但混合物料的微波加热升温速率会变小;对于脱碳摩尔比相同的物料,随着脱碳温度的提高和保温时间的延长,物料的脱碳率随之提高.当1200℃保温脱碳60 min时,两种脱碳摩尔比下物料脱碳效果最好,脱碳率分别为65.56%和82.96%.微波场能促进高碳铬铁粉中碳的活化扩散和CO2的吸附扩散.微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉固相脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应的表观活化能为68.43 kJ·mol 1.     

氮化锰生产及结构分析

介绍了利用金属锰粉采用固态氮化法生产氮化锰合金的原理和工艺,采用正交设计法,在实验室管式炉内、高温条件下利用纯氮(≥99.99%)对金属锰粉进行氮化.通过一系列实验得出了适宜的技术工艺参数,锰粉粒度为0.6 mm,氮化时间为4 h,氮化温度为700 ℃时,获得了含氮高达6.94%的氮化锰合金.通过物相分析和扫描电镜形貌分析,得出含氮高的氮化锰主要成分是Mn3N2,其次是Mn4N;含氮低的氮化锰主要成分是Mn2N,其次是Mn4N.此外还观测了氮化锰合金的形貌.     

微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉固相脱碳

高碳铬铁无渣脱碳法可避免有毒铬渣的排放,利用微波场可快速加热粉状物料的特性,在高碳铬铁粉中配加一定比例的碳酸钙粉,可实现高碳铬铁粉快速固相脱碳.实验结果表明:配加一定比例的碳酸钙粉,不会影响内配碳酸钙高碳铬铁粉混合物料的微波加热特性;提高混合物料的脱碳摩尔比、微波加热温度和保温时间,有利于高碳铬铁粉的深度脱碳,但相应加剧脱碳铬铁粉的氧化程度.合适的固相脱碳条件为:脱碳摩尔比1∶1.0~1∶1.4,微波加热温度1100℃,保温脱碳时间60 min.在上述条件下可使碳质量分数为8.16%的高碳铬铁粉脱碳至3.91%~1.71%,脱碳率为52.08%~79.04%.     

锰矿粉添加陶粒支撑剂的制备与物理性能研究

以阳泉III级铝矾土与木节土为主要原料,以锰矿粉作为添加剂,在1 500℃下常压烧结制备陶粒支撑剂。采用XRD、SEM对陶粒样品的物相组成与显微结构进行表征,测试了陶粒的视密度与破碎率。结果表明,陶粒支撑剂样品的主晶相为莫来石相,次晶相为刚玉相,锰粉添加量为4wt%的试样破碎率达到8.1%,显微形貌观察表明该成分的陶粒结构最致密。研究表明,以III级铝矾土与木节土为主要原料,锰粉添加量为4 wt%的陶粒支撑剂密度适中,抗破碎性能好,适用于非常规油气藏的水力压裂开采作业中。     

微波场与常规场高碳铬铁粉固相脱碳显微结构对比

研究不同加热场对物料显微结构的影响,为微波加热场的特殊效应提供佐证。以内配碳酸钙高碳铬铁粉为研究对象,采用微波加热和常规加热进行固相脱碳,并对高碳铬铁粉显微结构进行对比研究。实验结果表明:微波加热内配碳酸钙高碳铬铁粉到900℃时,(Cr,Fe)7C3开始分解,在晶粒边缘形成少量的(Cr,Fe)23C6-(Cr Fe);而常规加热内配碳酸钙高碳铬铁粉到900℃时,其金相组织结构没有发生明显的变化;当脱碳温度提高到1 000℃和1 100℃时,微波场高碳铬铁粉中的(Cr,Fe)7C3逐渐消失,(Cr,Fe)23C6-(Cr Fe)大量出现,且分布均匀;而常规加热下(Cr,Fe)23C6-(Cr Fe)含量较少且偏析严重,当脱碳温度达到1 200℃时,微波场中(Cr,Fe)7C3几乎完全分解转变为(Cr,Fe)23C6-(Cr Fe),而常规加热下仍有较多(Cr,Fe)7C3残留,分布极不均匀,氧化程度也明显高于微波加热。微波加热下固相脱碳反应要求的温度低,反应速度快,反应较均匀,氧化程度低,体现出微波加热的优越性,证明微波场对高碳铬铁粉中碳的扩散能力具有明显的增强作用。     

RH冶炼超低碳钢的最优工艺研究

建立了RH碳氧反应模型,计算值和实际测量值吻合较好,可以模拟实际RH精炼过程中的碳氧反应.在一定的初始碳含量范围内,初始碳含量对RH脱碳结束的碳含量基本没有影响,同时,RH脱碳反应达到14min后其脱碳速度小于1.5×10-6min-1,脱碳反应接近平衡.随着钢包渣TFe含量的增高,RH脱碳反应降低的氧含量和碳含量的比值在降低.当钢包渣TFe含量为8%时,实际计算的碳氧线和理论的碳氧线接近.     

高炉炉缸凝铁层物相分析

在高炉炉缸破损调研的基础上对高炉炉缸耐火材料热面凝铁层进行取样,利用扫描电子显微镜、物相分析等分析手段揭示了凝铁层的物相组成,并运用Thermol-calc热力学计算软件结合TCFE8数据库对铁水中石墨碳的析出温度及析出相分数进行了计算,最后揭示了炉缸凝铁层物相的形成机理.结果表明,高炉炉缸凝铁层主要由Fe相和石墨碳相交替分布组成,铁水成分对石墨碳析出温度影响较大,石墨碳析出温度远高于铁水凝固温度,铁水中C、Si元素含量对石墨碳析出相分数影响较大,而石墨碳析出相可增大铁水黏度11.9%.凝铁层中石墨碳的析出主要是由于Fe-耐火材料界面温度低于石墨碳析出温度,使得铁水中C不断向耐火材料热面迁移,进而形成Fe-C交替的分层结构.     

甘氨酸锰络合物的制备与结构表征

以甘氨酸和金属锰盐为主要原料,制备甘氨酸锰络合物,探讨反应温度、反应时间、反应体系p H值等因素对甘氨酸锰产率的影响,确定最佳合成工艺,并通过红外光谱表征产物结构.实验结果显示,制备甘氨酸锰的最佳反应条件为反应温度70℃,反应时间2.5 h,反应体系p H5~6,在最佳条件下制备的甘氨酸锰络合物的产率为47.86%;红外光谱证明产物为甘氨酸锰络合物.     

基于废气分析的RH脱碳模型

为连续预测RH熔池内碳含量,实现对RH脱碳终点碳含量控制,以物质C平衡为基础,通过对某钢厂250 t RH废气分析系统分析的废气流量以及废气中CO、CO2含量进行连续监控,建立了基于废气分析的RH脱碳数学模型.该模型计算表明:对于冶炼成品中碳质量分数≤30×10-6的超低碳钢,模型计算RH脱碳终点碳质量分数误差都在±5×10-6之间;在RH脱碳后期,废气中CO+CO2质量分数低于5%时,熔池内脱碳速率低于10-6 min-1,此时可判定脱碳结束.同时结合现场工艺条件分析了压降平台以及吹氧操作对RH脱碳速率的影响.     

A process model for BOF process based on bath mixing degree

The process model for BOF process can be applied to predict the liquid steel composition and bath temperature during the whole steelmaking process. On the basis of the traditional three-stage decarburization theory, the concept of mixing degree was put forward, which was used to indicate the effect of oxygen jet on decarburization. Furthermore, a more practical process model for BOF steelmaking was developed by analyzing the effect of silicon, manganese, oxygen injection rate, oxygen lance height, and bath temperature on decarburization. Process verification and end-point verification for the process model have been carried out, and the verification results show that the prediction accuracy of carbon content reaches 82.6% (the range of carbon content at the end-point is less than 0.1wt%) and 85.7% (the range of carbon content at end-point is 0.1wt%–0.7wt%) when the absolute error is less than 0.02wt% and 0.05wt%, respectively.     

硫酸亚铁铵滴定法测定铝锰铁中锰含量不确定度的评定

对硫酸亚铁铵滴定法测定铝锰铁中锰含量的不确定度的产生原因进行分析,并对铝锰铁中锰含量测定结果的不确定度进行评定。     

300M钢的脱碳行为演化及防护研究

300M钢是重要的飞机主承力结构用材. 然而, 该材料在模锻热处理过程中会出现不同程度的表面氧化和脱碳, 严重影响锻件成品率. 本文对300M钢在不同热处理条件下的脱碳行为进行了系统研究, 利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等手段表征分析了热处理后试样表层组织形貌, 并采用硬度法统计了脱碳层深度的变化情况, 阐明了300M钢在不同热处理条件下的脱碳行为演化规律, 厘清了防氧化涂层对脱碳层深度的影响. 结果表明, 300M钢在热处理过程中近表面处生成的致密氧化层对碳和氧元素的扩散具有明显的抑制作用; 碳的扩散速度与表层氧化速度在不同温度下都会有一个平衡点, 而表面防氧化剂涂层的施加则会破坏原有平衡. 微观组织分析结果显示, 300M钢表层全脱碳区为珠光体或铁素体, 半脱碳区为马氏体及析出碳化物. 本文还阐明了300M钢表层微观组织随保温时间的演化规律. 最后本文从热力学角度揭示了300M钢表层脱碳-氧化耦合机制. 本文的研究成果有望为300M钢的模锻优化工艺和热处理防护技术提供重要的数据和理论支撑.     

Decarburization rate of RH refining for ultra low carbon steel

The decarburization behaviors of ultra low carbon steel in a 210-t RH vacuum degasser were investigated under practical operating conditions. According to the apparent decarburization rate constant (K_C) calculated by the carbon content in the samples taken from the hot melt in a ladle at an interval of 1–2 min, it is observed that the total decarburization reaction period in RH can be divided into the quick decarburization period and the stagnant decarburization period, which is quite different from the traditional one with three stages. In this study, the average apparent decarburization rate constant during the quick decarburization period is 0.306 min-1, and that of the stagnant period is 0.072 min-1. Increasing the initial carbon content and enhancing the exhausting capacity can increase the apparent decarburization rate constant in the quick decarburization period. The decarburization reaction comes into the stagnant decarburization period when the carbon content in molten steel is less than 14×10-6 after 10 min of decarburization.     

取向硅钢脱碳过程的数值模拟分析

通过对硅钢钢带表面的脱碳反应动力学和碳在钢带内部扩散机理的研究,建立取向硅钢脱碳过程的数学模型,模拟分析脱碳气氛、退火温度、钢带的初始碳含量和厚度等因素对脱碳过程的影响,并与试验结果进行对比分析。结果表明,所建模型是可靠的;气氛中的水氢比过高会引起钢带表面过氧化而阻碍脱碳;钢带初始碳含量只在脱碳初期对脱碳过程有所影响;钢带中心部位的碳向外表面的扩散是影响脱碳过程的重要环节;提高退火温度并适当降低露点有利于加快取向硅钢钢带脱碳过程的进行。     

侧底复吹RH真空精炼脱碳过程研究

基于RH内流场,结合冶金反应热力学及动力学,通过建立数学模型研究了侧底复吹RH真空脱碳过程.数值结果表明计算结果与试验结果符合良好.在总吹气量相同条件下,侧底复吹RH前20 min的脱碳速率高于传统RH的脱碳速率.对于传统RH脱碳,前3 s以熔池内CO本体脱碳为主,3~1 000 s以氩气泡表面脱碳为主;对于侧底复吹RH脱碳,前1 000s以氩气泡表面脱碳为主,并且氩气泡表面脱碳速率约为熔池内CO本体脱碳速率的两倍;提高RH处理后期的脱碳速率可提高超低碳钢生产效率.     

RH冶炼超低碳钢内部脱碳机理及控制工艺

为了研究RH真空处理过程脱碳反应速率及其影响因素,并有效地控制超低碳钢在RH真空处理过程中碳含量的变化,根据热力学、动力学原理建立了RH真空处理脱碳数学模型,通过RH真空处理脱碳数学模型研究了内部脱碳反应深度和脱碳速率之间的关系.模型计算结果表明,反应深度的变化和内部脱碳的反应速率是相对应的,采取预真空操作,提升了反应深度,淡化了前期脱碳转折点的影响,加速了前期的脱碳反应,并在RH处理后期找到了内部脱碳向表面脱碳转变的时间临界点.     

再生WC-Co粉与混合稀土制备YG8硬质合金存在的脱碳问题研究

以再生WC粉混合制备YG8为研究对象,通过对合金性能和组织进行检测,结果发现,稀土的添加并没有抑制脱碳现象的生成,相反在一定程度上还加剧了碳的脱除。此外,与原生WC粉末制备的硬质合金相比,再生粉末制备的硬质合金,合金样品组织中出现更为明显的脱碳现象,这主要归因于再生粉末本身晶粒尺寸分布不均,杂质含量偏高等缺点,使粉末在球磨过程中易吸附有害气体,并出现更多的孔隙、空洞等缺陷,为碳的氧化或扩散提供动力。     

CO2在转炉冶炼中低碳铬铁过程中的探索性应用

探索了一种采用转炉由高碳铬铁“一步法”冶炼中低碳铬铁的新工艺。该工艺与氩氧混吹脱碳法( Argon Oxygen De-carburization,AOD)类似,不同之处在于用CO2代替氩气作为搅拌气体吹入熔池。实验结果表明：采用CO2对高、中碳铬铁脱碳是可行的;在高碳铬铁冶炼中碳铬铁初始阶段大量喷吹CO2能取得更好的脱碳效果,而在冶炼后期,高比例的O2适量添加CO2则更有利于脱碳,在当前实验条件下,较佳的脱碳气氛为25%CO2+75%O2(体积分数);CO2的引入对提高铬的回收率有积极作用,同时CO2含量越高,保铬效果越好。实验同时发现,CO2对高碳铬铁脱硫有积极作用。     

Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子制备及其超级电容器电极特性

以甲烷作为碳源气体,块体锰作为原料,采用一种简单的直流电弧等离子体法成功制备了Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子,用于高性能超级电容器的电极材料.所制备的Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子平均直径为30~35nm.拉曼光谱结果显示石墨碳壳具有良好的导电性.通过循环伏安、恒电流充放电及电化学交流阻抗谱对Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子电极材料进行电化学性能分析,结果表明其具有高比电容、快速充放电等优异的电化学性能.在扫描速率为1mV/s时,比电容最高可达185.8F/g.同时具有良好的循环稳定性,在100mV/s扫描速率下1 000次循环伏安测试后,比电容仍保持为最初的88%,与单纯Mn_7C_3(79%)相比,有明显提高.Mn_7C_3@C核壳型纳米粒子电极材料优异的电化学性能归因于其良好的核壳结构,富缺陷碳层具有良好的导电性,有助于离子的传输和结构的稳定,而内核Mn_7C_3主要产生赝电容,在C和Mn_7C_3的协同作用下产生双电层和赝电容双模式储能机制.