微波场中高碳铬铁粉固相脱碳机理研究

结合背散射电子图像、X射线衍射分析,探讨微波加热场中高碳铬铁粉的脱碳机理。分析结果表明,微波加热时,CO2首先与高碳铬铁粉中的(Cr,Fe)7C3发生反应,然后再与其他铬铁碳化物反应;保温时间一定后,提高微波加热温度,高碳铬铁粉中(Cr0.7Fe0.3)7C3的比例减小,而(Cr0.7Fe0.3)23C6和铬铁素体相(CrFe)的比例增加;由于铬易被氧化,高碳铬铁固相脱碳时,物料发生了不同程度的氧化,且温度升高,氧化程度加剧。为进一步研究微波处理冶金粉料奠定基础。     

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。     

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%.     

冷却速率对高碳铬铁金相组织的影响

采用光学显微镜、X线衍射仪和电子探针分别对随炉冷却、空气冷却和水浴冷却的高碳铬铁金相组织进行研究。研究结果表明:不同冷却速率下获得的高碳铬铁均主要由初生相(Cr,Fe)7C3、共晶相(Cr,Fe)7C3-Cr Fe及石墨相组成;随着冷却速率的提高,初生相晶粒逐渐减小,但其质量分数趋于增大;水冷样品的初生相晶粒垂直于凝固界面生长,而炉冷、空冷样品的初生相晶粒无固定生长方向;非平衡凝固抑制了空冷、水冷过程中包晶相(Cr,Fe)23C6的析出,却促进了共晶相(Cr,Fe)23C6-Cr Fe的形成。炉冷样品的初生相和共晶区中均有片状石墨相析出;而空冷、水冷样品仅共晶区中有片状石墨相析出;随着冷却速率的提高,(Cr,Fe)7C3中Cr和Fe的质量比逐渐减小,而(Cr,Fe)23C6,Cr Fe中Cr和Fe的质量比呈现相反的变化趋势;Si,Mn和Ti等杂质元素在高碳铬铁物相中的掺杂量与冷却速率无明显关系。     

微波加热喷动流化床高碳铬铁粉固相脱碳显微结构研究

以空气作为流化气体,在微波加热喷动流化床中对高碳铬铁粉进行固相脱碳,研究不同温度和保温时间条件下对物料显微结构的变化。试验表明,加热温度800℃、保温1h,高碳铬铁中粗大的(Cr,Fe)7C3开始分解,并产生少量(Cr,Fe)23C6-(CrFe),呈不规则星点状分布在(Cr,Fe)7C3晶粒内部;随着加热温度的提高和保温时间的延长,星点状的(Cr,Fe)23C6-(CrFe)逐渐变大,形成类蜂窝状结构;加热温度1 000℃、保温3h,粗大的(Cr,Fe)7C3晶体分解形成网络状结构。在微波加热喷动流态化条件下,高碳铬铁粉固相脱碳效果明显,反应均匀,能够有效抑制粘接失流现象。     

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。     

转炉炼钢前期石灰石分解及CO2氧化作用的热力学分析

应用热力学方法,对转炉炼钢前期高碳低温铁水条件下石灰石分解及CO2氧化作用进行了分析,推导出了CO2分压(pCO2)和高碳低温区域碳活度系数fC,%的求解方程.结果表明:石灰石中CaCO3在高碳低温的铁水面附近,其分解反应平衡温度比标准状态时低得多,随着吹炼过程中炉温上升其反应趋势增大,CO2在转炉炼钢吹炼初期与[C]、[Si]、[Mn]和Fe(l)的反应都可以自发进行,其排列次序与各元素被O2氧化的反应相同;在高碳低温铁水条件下pCO2值非常小,转炉炼钢初期pCO2在0.002 2～0.000 5pΘ左右,因此可以认为石灰石分解产生的CO2会全部参与铁水氧化反应.     

铬铁合金中铬含量分析方法的改进

铬铁系由铬和铁组成的铁合金,是炼钢的重要合金添加剂。对于这种铁合金中铬含量的测定,我们通过参照资料及实验,确定了用过硫酸铵氧化滴定法测定铬铁中的铬含量。此方法操作简便,分析周期短且重现性和准确性较高,适用于批量生产检验和仲裁检验。     

铬铁中铬分析方法的改进

本采用过氧化钠熔融试样，代替国标方法(GB／T223．11—91)中酸溶法分解试样，过硫酸铵氧化容量法测定铬铁中铬含量，从而大大缩短了分析时间。     

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.     

顶底复合吹试验转炉冶炼Cr13不锈钢过程钢中含氮量变化规律的研究

本文研究了顶底复合吹转炉冶炼Cr13不锈钢过程中,底部用惰性气体(N_2或Ar)搅拌,钢中含[N]量的变化规律及其影响因素,以及为达到和电炉冶炼同牌号钢种含[N]量的水平、以N_2代Ar的最佳方案。     

BaO-CaO基精炼渣对含铬铁水的氧化脱磷

在氩气保护气氛的MoSi2炉内,进行了BaO-CaO基精炼渣对不同初始碳含量的含铬铁水氧化脱磷实验研究.实验结果发现,含铬铁水的初始碳质量分数在3%-4%时,脱磷效果最好,在1 500℃时,脱磷率可达60%以上;氧化脱磷温度对脱磷率影响显著,随着温度的升高,脱磷率显著下降,脱磷温度宜控制在1 500-1 550℃;含铬铁水几乎没有铬损,初始碳含量较高的炉次出现了增铬现象.     

自蔓延法制备铬铁合金

以Cr2O3,Fe2O3,Al为实验原料,采用自蔓延法制备铬铁合金,采用XRD技术对铬铁合金进行表征。研究结果表明:通过热力学计算,反应一经引发能够自我维持进行,加入硝酸钠作发热剂来补充热量,可以使铬铁合金熔体与熔渣更好地分离;制得的合金主要由Cr-Fe,Al2O3和Na2O等相组成。铬铁合金中铬的质量分数≥60%,相应的铁的质量分数≤35%,熔体中的熔渣(Al2O3和Na2O等)质量分数≤5%。     

表面涂敷氧化铈对铬900℃氧化机理的影响

对铬及其表面涂敷氧化铈样品在900℃空气中的恒温氧化和循环氧化行为进行了研究.用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨电镜(HREM)对氧化膜微观形貌及结构进行了观测;并用声发射技术(AE)对铬表面氧化膜的开裂与剥落进行了实时监测,通过相应的氧化膜破裂模型对采集到的AE信号在时域和数域上的分布进行了分析;此外,还用激光拉曼谱对两种样品表面氧化膜的内应力进行了测试.结果表明:表面涂敷氧化铈显著改善了铬的抗恒温氧化及抗循环氧化性能;表面涂敷CeO2提高铬抗氧化性能的原因主要在于CeO2降低了Cr2O3氧化膜的生长速度和晶粒尺寸,这种细晶Cr2O3氧化膜有更好的高温塑性,可以通过高温蠕变的方式释放掉部分膜内压应力,因而具有明显的褶皱特征和较低的压应力水平;此外,涂敷CeO2减少了氧化膜/基体界面缺陷的数量和大小,从而显著提高了Cr2O3氧化膜在基体铬上的粘附性.     

高耐磨冷模具钢120Cr4W2MoV的研究

我们研究了一种少铬的高耐磨冷模具钢120Cr4W2MoV,用于代替Cr12型高碳高铬钢。这种钢的冶金生产工艺比较简便,共晶碳化物量少。钢的锻造温度范围比Cr12MoV钢稍窄,但锻造工艺不难掌握,退火后的硬度可以满足切削加工的要求。 这种钢可以采用低温淬火、低温回火和高温淬火、高温回火等不同热处理工艺,均可以得到较高的硬度和良好的机械性能。经过适宜的热处理,这种钢的机械性能优于Cr12MoV钢。钢的淬透性高,淬火操作简便。 生产实践证明这种钢的变形量很微,容易控制,耐磨性为Cr12型高碳高铬钢的3—4倍,有可能全面代替Cr12型高碳高铬钢以满足模具和其他方面的要求。     

高碳铬铁粉冷态喷动流化特性试验研究

设计了喷动流化床试验装置,研究了不同物料粒径和物料质量的高碳铬铁粉冷态喷动流化特性,考察了最大床层压降、最小喷动流化速度、床层空隙率与物料特性之间的变化关系。试验结果和分析计算表明,在同样条件下,高碳铬铁粉在喷动流化床中的起始静床层高度大于最大喷动床床层高度时,物料才具有典型的喷动流化特征;物料密度、物料粒径是影响喷动流化形态的主要因素;最大床层压降随物料质量、物料密度的增加而增大,随物料粒径的增加趋于增大;最小喷动流化速度均随物料质量、物料粒径的增加而增大;床层空隙率随喷动流化气体流量的增加而增大,物料质量对粗颗粒物料的床层空隙率影响较大,对细颗粒物料的床层空隙率影响较小。根据高碳铬铁粉的冷态喷动流化特性和形态变化,得出了高碳铬铁粉混合物料的喷动流化床操作相图。     

二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究

对炼钢温度下CO2与熔池元素的反应机理进行了研究,并进行了相关热力学和动力学分析.利用30 t转炉进行顶底复吹CO2气体的炼钢工艺试验.试验结果表明:采用顶底复吹CO2试验炉次烟尘量减少了11.15%,烟尘TFe降低了12.98%,炉渣铁损降低了3.10%,试验终点钢液中[N]、[P]含量分别降低了50%和23.33%.转炉顶底复吹CO2气体炼钢工艺是完全可行的,为转炉炼钢节能降耗提供了新方法.     

石墨炉原子吸收法测定黄花石莲中痕量铅铬

[目的]建立石墨炉原子吸收测定黄花石莲中铅铬质量分数的方法。[方法]选择磷酸二氢铵作为基体改性剂,在设定的仪器工作条件下,对黄花石莲茎叶茎花中的铅铬质量分数进行了测定。[结果]铅和铬元素的线性范围分别为0～100μg/L(r=0.999 1)和0～30μg/L(r=0.998 9),检出限分别为0.157μg/L和0.336μg/L。精密度在10.07%～11.54%范围内,加标回收率在81.6%～92.4%范围内。黄花石莲花中铅和铬质量分数以及叶中铅的质量分数均未超过食品中污染物限量标准(Pb5 mg/kg,Cr2 mg/kg),茎中铅和铬质量分数以及叶中的铬质量分数超过国家规定标准值。植株中铅质量分数分布为:茎花叶;铬质量分数分布为:茎叶花。[结论]该方法灵敏度高,检出限低,测定结果准确,可用于黄花石莲中铅和铬元素的分析。     

铬离子催化铈离子氧化甲酸的双核配合物反应机理

在酸性介质中用氧化还原滴定法研究了铈(Ⅳ)离子在铬(Ⅲ)离子催化作用下,于30～45 ℃区间氧化甲酸的反应动力学.结果表明反应对铈(Ⅳ)和甲酸均为一级,准一级速率常数kobs随催化荆[Cr(Ⅲ)]增加而增大.亦随[H+]增加而增大,而随[HSO4-]增加而减小.在氮气保护下,反应能引发丙烯腈聚合,说明在反应中有自由基产生.提出了催化剂、底物和氧化荆间生成双核配合物的反应机理.通过kobs与HSO-4;的依赖关系.并结合Ce(Ⅳ)在溶液中的平衡,认为本反应的动力学活性物种是Ce(SO4)2,还计算出一些速率常数及相应的活化参数.     

奥氏体化温度对复合轧辊表面工作层组织的影响

通过离心铸造方法制备了外加铬铁颗粒增强双金属复合材料环形铸件,采用光学显微镜和扫描电镜对双金属复合材料铸件在不同热处理工艺条件下的组织进行了研究。研究结果表明:在本试验条件下,双金属复合材料环形铸件外部高铬铸铁层的铸态组织为:Cr7C3、少量Cr23C6型碳化物、少量Cr3C型碳化物、珠光体基体、残余奥氏体;经热处理后其组织为:Cr7C3、少量Cr23C6型碳化物、少量Cr3C型碳化物、回火马氏体、二次碳化物、残余奥氏体,并且碳化物形态及分布有所改善。