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[硕士论文] 张灿磊
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:利用惰性电极电解含有铁氧化物的熔融氧化物来制取金属铁是一个潜在减少甚至消除CO2排放的短流程炼钢的冶金新工艺。镍作为钢中的一种重要的合金化元素,可以通过在钢中添加金属镍来增强钢的抗腐蚀性能。利用含镍、铁氧化物的熔渣电解时,镍与铁电沉积后可进一步熔炼含镍钢(包括不锈钢)。电解冶炼含镍钢的工艺参数的建立与熔渣中镍、铁离子的电化学行为以及反应电化学参数的变化规律密切相关。目前关于镍、铁离子在熔渣中单独存在时的电化学研究已有一些报道,但二者共存于熔渣时的电化学行为研究尚未见有文献报道,有关熔渣中铁离子反应电化学参数研究也很少。关于熔渣的高温电化学研究较少,一个重要原因是受限于电解池容器以及电极(特别是参比电极)的稳定性。ZrO2基固体电解质抗渣侵蚀性强,具有选择性的高氧离子导电性和很低的电子导电性,在冶金生产和科学研究中已获得广泛应用。本文主要利用MgO部分稳定的ZrO2基固体电解质管集成构建以Pt,O2(air)|ZrO2作为参比电极的新型可控氧流电解池,采用循环伏安、方波伏安、计时电位、计时电流、恒电位电解、交流阻抗谱、塔菲尔等多种电化学测试技术,并结合热力学理论计算研究了高温熔渣中Ni2+、Fe2+离子的电化学行为,并测试了扩散系数、交换电流密度、电极反应速率常数等有关电化学参数。
  本研究主要内容包括:⑴采用循环伏安、方波伏安、计时电流、计时电位、恒电位电解法等电化学研究方法研究1723 K高温下SiO2-CaO-MgO-Al2O3-FeO-NiO熔渣中共存的Ni2+、Fe2+离子在Ir电极上的电化学行为。研究发现:熔渣体系中FeO与NiO存在较弱的相互作用,但熔渣中镍离子以Ni2+存在,铁离子基本以Fe2+存在;熔渣体系进行方波伏安分析时,共存的不同种类电活性离子(Ni2+、Fe2+)的峰电流对频率呈现不同的规律。在各自合适频率范围内,各峰电流随频率的增加而增加,但各峰电位基本不随频率而变化;在Ir电极上Ni2+→Ni和Fe2+→Fe的电化学还原都是扩散控制的一步两电子转移反应过程,但Fe2+的还原明显受到Ni2+还原的影响。通过研究1623、1673、1723 K三个不同温度下Ni2+、Fe2+离子在Ir电极上的电化学行为,求得不同温度下Ni2+离子的扩散系数,并求出Ni2+离子的扩散活化能为517.1±78.5 kJ·mol-1。⑵采用电化学阻抗谱和塔菲尔测定了不同浓度的FeO和不同温度下SiO2-CaO-MgO-Al2O3-F eO熔渣中Fe2+在Fe电极上的电化学反应动力学参数。通过电化学阻抗谱获得了体系的电荷传递电阻、Warburg电阻、工作电极的双电层电容以及熔渣中Fe2+的扩散系数、扩散活化能等电化学参数。结果也表明,电子转移反应很快,物质传递起主导作用。并且随着FeO浓度的增加,扩散系数减小;随着温度的升高,扩散系数增大。通过不同温度下的扩散系数得到了Fe2+离子的扩散活化能为204.3±16.0 kJ·mol-1。另外,通过塔菲尔曲线计算得到不同浓度、温度下的交换电流密度和电荷传递系数,并进一步求出电极反应速率常数和电极反应活化能为68.8±7.5 kJ·mol-1。随着FeO浓度的增加和温度的升高,交换电流密度增大,证明在实验条件下,增加FeO浓度和升高温度,都可以增加Fe电极上反应的可逆性。
[硕士论文] 邱杰
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:铁合金是炼钢过程中必不可少的添加剂,常用作合金剂、脱氧剂等,被称为钢铁工业的“味精”。目前炼钢厂对加入到转炉中的铁合金要求成分均匀、粒度适中(10mm左右)、形状规则(球形)、纯净度高(氧化率低、杂质少)等,然而传统铁合金粒化技术采用了破碎制粒工艺,得到的颗粒存在粒度不均匀、成分偏析严重、形状不规则等问题;此外,传统工艺会产生大量的粉尘,不仅污染环境,而且危害工作人员身体健康,处理这些粉尘也会增加成本。针对上述问题,国际上已开发了解决和部分解决上述问题的铁合金粒化技术,并且部分工艺已实现工业化生产,但对于这些工艺而言,仍然存在两大共性问题:大多数的粒化技术依然是破碎制粒,只是破碎的方式发生了改变,带来的问题还是未能解决;高温粒化工艺几乎都采用水冷的方式,虽然水的冷却强度高,但随之带来的合金氧化、环境污染、安全保障、余热利用等问题也不能有效解决。针对目前铁合金粒化存在的问题,本文提出了一种新的高温粒化工艺,并设计出了相应的粒化装置,通过实验研究与理论分析相结合的方法,对提出的新工艺粒化机制、颗粒形貌、粒度分布及其表面氧化状态进行了系统研究。在此基础上,建立了粒化合金熔滴的尺寸预测模型、飞行轨迹模型及其冷却过程模型,并将模型计算结果与实验结果进行了对比分析。此外,通过铁合金与不同材质的转杯进行粒化实验,对比分析了润湿性对铁合金粒化行为的影响规律。
  本研究主要内容包括:①在实验室条件下,采用多孔转杯作为粒化器的新型铁合金高温粒化工艺,得到的颗粒球形度好、粒度均匀,弥补了传统铁合金粒化工艺存在的不足,能避免粒径小于1mm的细小颗粒产生。②转杯转速和开孔孔径是影响铁合金颗粒形貌、粒度组成的重要工艺参数。采用石墨转杯,开孔孔径为10mm和12mm,转速在150~200rpm时,得到的合金颗粒平均粒径均在10mm左右,且粒径低于4mm的颗粒所占比例不超过10%,在本研究的实验条件下为最佳的粒化条件。③粒化合金颗粒的表面氧化程度与颗粒粒度及冷却介质有关。水冷条件下,随着合金颗粒粒度的增加,其氧化程度呈逐渐降低的趋势,表面氧化层厚度也呈减小的趋势;其中粒度范围在10~13mm的合金颗粒,吸氧仅为0.05%,氧化层厚度为16μm,符合炼钢厂对入炉铁合金粒度大、纯净度高的要求。同一粒度范围内,风冷得到的颗粒氧化程度低于水冷;粒度小于4mm的合金颗粒风冷吸氧0.07%,而水冷达到了0.13%;此外,风冷对于后续的余热回收具有方便快捷、效率更高等优点。④与硅铁合金原料相比,粒化后的硅铁合金显微组织更加精细,物相也相对均匀,说明本研究所提出的铁合金高温粒化新工艺可有效的改善硅铁合金铸块中的成分偏析问题。⑤通过实验观察和理论计算发现,硅铁合金多孔转杯粒化过程主要以线状分裂模式为主;通过 Rayleigh扰流理论构建了粒化合金熔滴的尺寸预测模型:此处为公式,模型计算结果与实验结果吻合较好;通过牛顿运动定律,构建了粒化熔滴的飞行轨迹模型:此处为公式,得到了合金颗粒的分布特性;通过牛顿冷却定律,构建了粒化合金熔滴的冷却过程模型:此处为公式,得到熔滴在飞行过程中温度随时间、风量的变化规律以及冷却时间与风量的关系。模型的建立对于粒化装置的工业化生产以及后续余热回收方法的选择具有一定的指导意义。⑥FeSi75合金与转杯的界面张力是影响铁合金粒化行为的重要因素之一,界面张力越大,则合金液在旋转粒化过程中越容易脱离转杯。FeSi75合金与石墨的润湿性很好,表观接触角仅在7.5°左右,而与氧化铝的润湿性较差,表观接触角在45°左右。在同一转速和开孔孔径条件下,与石墨转杯相比,氧化铝转杯得到的颗粒球形度更好、粒度更均匀,但平均粒径较小。因此,要获得球形度好的颗粒需选择润湿性差的材质转杯作粒化器,而要获得粒度大的合金颗粒需选择润湿性好的材质转杯作粒化器;考虑到氧化铝转杯的成本、易碎等问题,综合分析,目前采用石墨质的转杯进行铁合金粒化是经济、有效的选择。
[硕士论文] 周志强
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:锰硅合金是铁合金中产量较大、使用较广的合金之一。近年来,中国钢铁行业发展迅速,锰合金产量不仅严重过剩,而且由于中国锰矿品位普遍低下,生产的锰硅合金中磷杂质含量严重超标,给销售和应用带来了双重压力,亟需找到有效途径,低成本下深度脱除磷杂质,使锰硅合金国标化。
  本课题针对重庆城口县某铁合金企业生产的高磷锰硅合金的脱磷问题进行了探索,基于冶金热力学基本原理,从锰硅熔体内部和熔渣两个方面,研究磷在熔体中的热力学行为及脱磷机理;同时,构建一种无氟、高磷容量、无害化的脱磷渣(如CaO-SiO2-Al2O3渣系)用于锰硅合金脱磷,使脱磷终渣对环境友好、无害。
  采用“中频感应炉+硅钼炉”对高磷锰硅合金进行还原脱磷实验,结合ICP、SEM、XRD、XRF等分析手段,重点探讨了锰硅合金成分、熔渣组分和碱度对磷在锰硅熔体内部和渣金界面的热力学行为的影响。论文研究得到以下结论:
  ①随着锰硅合金中Si含量的增加,脱磷率得到显著提高。Si与CaO在渣金界面发生了还原反应,生成游离Ca,Ca从熔渣扩散到锰硅熔体中并与P结合,生成固态Ca3P2,上浮到渣中,从而提高了脱磷率;Si含量的增加有利于锰硅熔体中氧活度的降低和磷活度系数的提高;此外,随着Si含量的增加,锰硅合金中C含量逐渐降低,并形成SiC进入到脱磷渣中。
  ②脱磷元素Ca、Ce和Al虽然理论上都与P元素具有较好的结合能力,但是Ca更容易挥发与损耗,Ce与P结合形成的脱磷产物附着在石墨球上而无法从锰硅合金中排出。实验结果表明,铝基脱磷剂具有更好的脱磷效果;初步计算了在1400℃温度下,锰硅熔体中Al和P的相互作用系数为:εAlP=14.97。
  ③随着渣中 w(Na2O)的增加,脱磷渣的磷分配比和磷容量逐渐升高,初始渣中,w(Na2O)应控制在2%为宜;随着Na2O替代CaO的量的增加,磷分配比逐渐增加;当Na2O替代CaO的量超过3.19%时,渣中的O2浓度达到饱和,脱磷渣碱度保持一定,磷分配比基本保持不变。
  ④当CaO-SiO2-Al2O3脱磷配渣的碱度为1.0时,随着渣中w(Al2O3)的逐渐降低,渣中AlxOz-y聚合物的聚合度逐渐降低,该渣系的黏度逐渐降低,渣的流动性得到改善,有利于渣金间物质的快速转换,磷分配比逐渐升高。
  ⑤ CaO-SiO2-Al2O3熔渣的碱度是影响渣金界面处锰硅合金液脱磷反应的重要因素。在CaO-SiO2-Al2O3三元相图的低熔点区域①内,随着脱磷配渣碱度的升高,渣中氧离子活度增加,同时,该渣系的黏度显著降低,渣的流动性得到明显改善,磷分配比逐渐升高。
  ⑥在CaO-SiO2-Al2O3三元相图的低熔点区域②内,由于Al2O3浓度过高,熔渣中有大量大分子铝氧络离子聚合物形成,黏度变大。此时,锰硅熔体与熔渣界面处, Si与CaO反应生成的游离钙在相同的冶炼时间内无法快速扩散到熔体内,从而减弱了渣的脱磷效果。当渣中w(SiO2)保持不变时,随着配渣中CaO/Al2O3的增加,熔渣中大分子铝氧络离子团逐渐解体,渣的流动性变好,渣金间磷分配比缓慢升高;当CaO/Al2O3大于1.3时,磷分配比显著升高。
[硕士论文] 李强
冶金工程 华北理工大学 2017(学位年度)
摘要:本实验以初始碳含量为3.2wt%C的铁碳合金薄带为研究对象,在Ar-H2-H2O混合而成的弱氧化反应气氛条件下,通过真空气氛管式炉并结合光学显微镜等手段分析研究了脱碳温度、脱碳时间、薄带厚度、升降温速率对气固脱碳反应的影响。
  在其它条件一定的情况下,铁碳合金薄带的碳含量随着脱碳时间和加热温度的增加而逐渐降低。温度和脱碳时间对脱碳反应影响显著,得到了1mm和1.5mm的3.2wt%C铁碳合金薄带脱碳目标碳含量与脱碳温度、脱碳时间的定量关系。其表达式分别为wt=3.2e(0.52319-4.495×10-4T)t和wt=3.2e(0.19612-1.62×10-4T)t。
  实验结果表明,脱碳反应为表观一级气固反应,以1mm和1.5mm铁碳合金薄带为对象,根据碳含量的对数lnw与时间t的线性关系确定了本实验条件下的表观脱碳速率常数和表观脱碳反应活化能。
  根据薄带厚度和脱碳温度对铁碳合金薄带气—固脱碳反应的研究,得出去石墨层深度与脱碳时间的二分之一次方呈良好的线性关系;去石墨层深度与时间的关系式为y=Ct1/2,常数C由脱碳温度决定。由脱碳温度对去石墨层深度的影响结果发现:和加热温度为1293K下试样横截面组织相比,加热温度为1353K下试样横截面组织的中心黑色石墨面积区域明显要少,石墨的密度也相对较低,但完全去石墨层即铁素体区面积区域则相对较多。
  通过研究升降温速率对气固脱碳行为的影响发现,对于不进行脱碳处理的铁碳合金来说,不同的升降温时间会导致组织结构发生变化,并且石墨化随着加热时间的延长而加重。而对于进行脱碳处理后的1mm铁碳合金来说,经过脱碳的试样回发生分层现象,并且组织结构均出现了石墨化。从脱碳效果的角度来说,试样在1号炉中的脱碳效果相对较好。在其它条件相同的情况下,提高升温速率,石墨化程度减轻。
[硕士论文] 胡桂渊
冶金工程 华北理工大学 2017(学位年度)
摘要:中厚板材有限公司竖炉生产的球团矿质量较差,主要表现在粘接比较严重,生球爆裂温度比较低,冶金性能比较差,给高炉冶炼过程带来了不利的影响。如果大量使用进口的高质量铁精矿粉,球团矿的生产成本又会明显提高,给降低高炉冶炼的生产成本带来不利的影响。研山铁精矿粉和司家营铁精矿粉是该公司的自产铁精矿粉,储量丰富,到厂价格低廉,在竖炉球团生产过程中如果能够充分利用研山铁精矿粉和司家营铁精矿粉则可以大幅度地降低球团生产成本,为降低高炉冶炼的生产成本创造有利的条件。本文就是以研山铁精矿粉和司家营铁精矿粉为造球原料,对中厚板材有限公司竖炉球团的配矿方案进行研究。
  通过对中厚板材有限公司竖炉球团造球、干燥和焙烧过程的系统研究结果表明:在目前的原料和工艺条件下,中厚板材有限公司竖炉球团生产过程中膨润土配比控制在3%左右既可以满足球团矿强度的需要,又可以使球团矿的含铁品位和冶金性能满足高炉冶炼的要求;造球过程中应优先选用三友膨润土做为球团矿的粘结剂,添加玉刚膨润土的球团矿也能基本满足高炉冶炼的要求,而添加奇岩膨润土的球团矿生球爆裂温度过低,会恶化球团矿的成品质量,不宜添加奇岩膨润土做为球团矿的粘结剂;研山铁精矿粉和司家营铁精矿粉的含铁品位都比较高,但磁铁矿含量都偏低,研山铁精矿粉的磁铁矿含量明显要高于司家营铁精矿粉,研山铁精矿粉配比的提高能够改善生球质量,降低球团矿的还原膨胀率,但对球团的还原性能有不利的影响,综合考虑研山铁精矿粉配比对球团矿造球过程和球团矿冶金性能的影响以及铁精矿粉资源条件和生产成本的限制,中厚板材有限公司竖炉球团配矿中研山铁精矿粉配比不宜低于75%。
[硕士论文] 张凯璇
冶金工程 华北理工大学 2017(学位年度)
摘要:SmFeN系永磁材料具有优异的磁性能和良好的温度稳定性,但目前仍没有实现高效制备的方法。雾化法具有高效快速制备优质粉体的优点,为SmFeN永磁材料的生产提供了一条新途径,其中关键步骤之一是钐铁合金雾滴的氮淬过冷骤凝过程。本文通过理论模型的建立分析高压环境雾滴的冷却阶段,并进行热态实验,研究氮化前后钐铁合金的微观组织、相结构等,从独特的角度,对气雾化条件下钐铁合金熔滴的氮淬过冷骤凝进行预测,为研究气雾化法制备SmFeN粉体的控制工艺奠定基础。
  理论研究表明在钐铁合金液滴雾化的冷却凝固过程中,对于尺寸相同的雾滴,升高环境压力可使雾化液滴在0.0002s或更短的时间内以更大的对流传热系数进行传热,增大冷却速率,形核过冷度有缓慢增大的趋势;液滴尺寸减小,冷却速率和形核过冷度明显增大,直径50μm以内的液滴的冷却速率达106K/s,形核过冷度达200℃以上。在实际的雾化过程中,高压操作有利于在破碎阶段细化雾滴粒径,从而在随后的凝固过程中显著提高冷却速度,增大形核过冷度。
  热态实验结果表明采用熔体旋淬法制备快淬态钐铁合金的冷却速率在105K/s-106K/s,与气雾化的冷却速率在同一范围内;将含钐30%的钐铁原料在常规冷却条件下凝固得到的合金中具有α-Fe、SmFe3、SmFe2和Sm2Fe17四种物相,但在快淬条件下,钐铁合金中不存在α-Fe,冷却速率增大至5×105K/s,SmFe3相消失,合金中只剩下SmFe2和Sm2Fe17,冷却速率达到约7×105K/s时,快淬钐铁中出现非晶,非晶含量随冷却速率的升高而增多;氮化处理后,合金中有Sm2Fe17Nx生成,部分N原子进入非晶态钐铁并均匀分布,非晶相发生了部分晶化。经DSC热分析,合金的玻璃态转变温度在435℃左右,晶化起始温度Tx为450℃,晶化峰温度Tp约为520℃;快淬钐铁的贴辊面和自由面在氮化前后均存在很大差异,渗氮后表面析出含氮化物的白色物质。
[硕士论文] 马瑞彪
冶金工程 华北理工大学 2017(学位年度)
摘要:烧结合理配矿在减少钢铁企业生产成本过程当中发挥着极其关键的作用,在通过实验室系统检测卡拉斯加粉的物理化学性能及烧结杯试验,探讨卡拉加斯粉对河北天柱钢铁集团有限公司烧结矿冶金性能和烧结过程规律影响的基础上,在天柱钢铁公司1080m3高炉及320m2烧结机进行生产试验,从中发现卡拉加斯粉配比对天柱钢铁公司烧结矿冶金性能及烧结过程的影响。经过实验研究发现:在卡拉加斯粉中SiO2、Al2O3的含量比较小,铁品位含量高,因此卡拉加斯粉能够显著提高烧结矿中TFe的含量。卡拉加斯粉中的颗粒多为有棱角的多面体形状,颗粒表面比较光滑,混匀成球性能比较差,平均颗粒比较细。在卡拉加斯粉中其连晶强度、粘结相强度都较低,液相流动性能、同化性能都比较的差。当配矿中增加卡拉加斯粉的配比时,能够显著提高天柱钢铁320㎡烧结机的垂直烧结速度,烧结成品率能够维持稳定,而且使得烧结机利用系数也得到了提高。改善了烧结矿中的还原性能,提高了烧结矿的含铁品位,而且其低温还原粉性能、冷态机械强度也保持着稳定,1080m3高炉利用率得到了提高而燃料比得到了降低,高炉生铁制造成本获得了明显的下降,从而进一步提升了天柱钢铁的经营利润。如果卡拉加斯粉在配比比较高的情况下,继续增加卡拉加斯粉的配比,由于烧结成品率的急剧下降进而将会致使烧结机利用效率的降低,而且由于增加了固体燃料消耗,将会提高烧结矿的单位成本;并且由于烧结矿的低温还原粉化性能、冷态机械强度的大幅度降低,将会明显降低1080m3高炉的利用系数及增加燃料比。进而将会致使高炉生铁成本的提高,从而导致天柱钢铁集团经营成本的降低。从总体上看来,卡拉加斯粉配比对天柱钢铁集团的1080m3高炉冶炼过程与320m2烧结机烧结过程的影响发现,其公司内卡拉加斯粉的配比应当控制在10%左右。
[硕士论文] 剧智华
有色金属冶金 江西理工大学 2016(学位年度)
摘要:本文针对混合电镀污泥硫酸浸出液中Fe3+、Cr3+性质相似难以有效分离的问题,基于分离方法研究进展的评述,研究提出“选择性络合-优先水解沉淀”分离Cr/Fe的新方法。研究成果为综合回收混合电镀污泥中的Cr开辟了一条新的可选途径,对于其他含Cr废料中Cr的无害化和资源化同样具有明显的积极意义。本文研究内容主要有:
  基于热力学分析,研究了水溶液中Fe3+、Cr3+的溶解行为及不同因素对Fe3+、Cr3+的溶解行为的影响。综合考虑除Fe率及水解渣过滤性能,对常用沉淀剂进行了筛选,选取MgO为沉淀剂。基于酸浸实验结果配制模拟溶液,研究了水解除Fe工艺。结果表明,在反应温度90℃、加入MgO调节溶液pH=2.5、反应30 min、搅拌转速350 r/min的条件下,Fe沉淀高达98.90%,达到了深度除Fe的目的。
  以HCOONa作络合剂,以MgO作沉淀剂,在联合使用的情况下进行了Cr/Fe分离实验研究,较优工艺条件为:按HCOONa/Fe3+摩尔比3.8的量引入HCOONa,在HCOONa加入过程中保持溶液pH=1.7,90℃保温6 h。然后调入MgO至溶液pH=2.5,搅拌反应30 min,可使Fe沉淀率达到93.65%,Cr沉淀率仅为12.37%, Cr/Fe分离效果良好。
  基于紫外光谱分析,利用络合物特征吸收峰以及吸光度与浓度对应关系对90℃时HCOONa络合反应机理及络合动力学行为进行了研究。结果表明:在相同温度条件下,水溶液中的Fe3+与HCOONa优先络合,Cr3+则会影响Fe3+与HCOONa的络合反应,使反应速率降低。进一步通过热力学研究还发现,体系中所涉及的络合反应均为吸热反应,Cr3+与HCOONa络合反应热效应为10.68 kJ/mol,而Fe3+与HCOONa络合反应热效应为37.37 kJ/mol,Cr、Fe混合溶液体系反应热效应为22.00 kJ/mol。
  基于L9(34)正交实验,分别采用极差分析和方差分析方法讨论了沉淀阶段溶液初始pH、反应温度、搅拌转速对Fe、Cr沉淀率的影响。结果表明,溶液初始pH对Fe、Cr沉淀率影响是最显著的。
[硕士论文] 宋建勇
材料工程 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:高铬铸铁作为一种的优异耐磨材料,在采矿、水泥等工业领域已经获得了广泛应用。然而,传统铸造方法生产的高铬铸铁的显微组织存在基体金属晶粒和碳化物尺寸粗大的问题,使得其强度和韧性偏低。不但限制了其突出耐磨性能的充分发挥,而且难以满足苛刻工况应用中的性能要求。鉴于此,本文以气/水雾化粉末为原料,采用超固相液相烧结技术制备具有均匀细小微观组织的亚共晶高铬铸铁。
  首先,研究烧结工艺对烧结亚共晶高铬铸铁组织性能的作用规律,并与成分相近的铸造高铬铸铁进行对比。实验结果表明:不同的雾化介质对粉末的组织形貌及烧结性能有很大影响。气雾化和水雾化粉末的有效烧结温度区间分别为1230℃~1275℃和1205℃~1254℃。烧结亚共晶高铬铸铁组织主要由M7C3碳化物和马氏体以及少量奥氏体组成,碳化物均匀的分布在基体上。随烧结温度升高,烧结亚共晶高铬铸铁的致密化速率先快后慢,晶粒和碳化物发生长大粗化。气雾化和水雾化粉末制备的亚共晶高铬铸铁的最大烧结密度均达到7.63g/cm2,硬度最大值分别为HRC63.0和HRC64.5。由于显微组织得到了明显改善,烧结亚共晶高铬铸铁的抗弯强度和冲击韧性都明显高于相近合金成分的铸造高铬铸铁。采用气雾化粉末在1245℃制备的烧结制品冲击韧性为7.8J/cm2,抗弯强度为2365MPa;采用水雾化粉末在1210℃制备的烧结制品冲击韧性为6.5J/cm2,抗弯强度为2122MPa。而相近合金成分的铸造高铬铸铁冲击韧性和抗弯强度分别为2.4J/cm2和1008MPa。
  其次,采用淬火+回火处理,研究热处理工艺对烧结亚共晶高铬铸铁组织性能的影响规律。随淬火温度的升高,一次碳化物发生溶解、聚集长大和球化,次碳化物则先析出后溶解。晶粒无明显长大,马氏体板条尺寸逐渐长大,残余奥氏体含量增加。烧结亚共晶高铬铸铁宏观硬度出现先增长后减少的趋势,最大值达到66.5HRC。冲击韧性和抗弯强度均在950℃淬火温度取得最大值,分别为6.4J/cm2和2110MPa,超过950℃,冲击韧性和抗弯强度显著下降。
  选取经950℃淬火处理的烧结亚共晶高铬铸铁进行回火处理。随回火温度的升高形成α相和二次碳化物组成的混合组织,二次碳化物发生粗化长大。温度继续升高,混合组织向更加稳定的屈氏体组织转变。宏观硬度随回火温度的升高先缓慢上升后急剧下降,最大值为HRC62。回火温度为250℃时,冲击韧性和抗弯强度达到最大值,分别为8.0J/cm2和2452MPa。
  最后,通过冲击磨粒磨损试验,并与相近成分铸造高铬铸铁进行对比,研究烧结亚共晶高铬铸铁的冲击磨粒磨损性能和机制。在低冲击功状态下,短程显微切削所占比例较高。随冲击功的升高,疲劳剥落磨损加剧,甚至会发生脆性碎裂,其中疲劳剥落磨损是冲击磨损过程中造成失重的主要原因。冲击磨粒磨损试验结果表明,相比于相近成分的高铬铸铁,由于烧结高铬铸铁硬度和强韧性的良好配合,使其具有更优良的抗冲击磨料磨损性能。
[博士论文] 谢德龙
材料科学与工程 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:“深部找矿”是国家重大战略,实现此战略的关键在于研制出适应于深孔钻探的新型金刚石钻头,而深孔钻头开发的关键是金属结合剂的研制。为适应深孔钻头开发需要,结合剂配制时人们开始利用预合金粉来替代混合粉。虽然预合金粉在制备及使用上取得了较大进展,但在预合金粉的物相组成、微观形貌、预合金粉提升钻头性能机理上还有待进一步研究。另一方面,无压烧结技术由于具有操作简单、生产成本低等优势,在超硬材料工具制造中应用越来越广泛,但国内外关于预合金粉无压烧结过程、烧结机理等方面鲜有报道。
  鉴于预合金粉当前的研究及应用特点,本研究工作采用共沉淀法制备FeCoCu预合金粉,对制备工艺、粉体烧结性能等进行了研究;对预合金与金刚石界面结合情况及金刚石颗粒表面生成物进行了表征;对制备的FeCoCu预合金粉冷压成型试样的无压烧结进程及烧结过程中的热力学行为进行了分析;最后设计出针对深孔钻进特点的配方体系并进行了实验验证。主要研究结论如下:
  (1)采用共沉淀法制备三种FeCoCu预合金粉,优化出适宜的制备工艺及粉体烧结工艺,对烧结体性能进行了分析。结果表明:共沉淀法制备FeCoCu预合金粉前驱体的适宜工艺为:反应体系的pH值为2.0、反应温度为50℃、体系溶液浓度为1.0mol/L、溶液添加方式为并流法(在沉淀剂草酸浓度为1.0mol/L时);预合金粉中形成了FeCu4、 Co3Fe7、CoFe15.7金属间化合物;Cu含量越低,粉末粒度会更细;随着铁含量的增加,预合金粉烧结体的力学性能上升;在Fe含量较低时烧结体断口形貌为韧窝状断裂,随着Fe含量的上升,试样断口呈现出穿晶断裂特征。
  (2)研究了FeCoCu预合金对金刚石的包镶及结合界面情况,结果表明:随着铁含量的升高,预合金对金刚石的把持力有明显的增加;Co元素在界面位置处发生了一定的富集;XRD衍射、Raman光谱、FTIR红外光谱、TEM透射分析等测试结果表明,与预合金粉烧结后的金刚石表面主要发生了石墨化反应。
  (3)对三种FeCoCu预合金粉冷压成型试样的无压烧结过程进行了系统考察,结果表明:在烧结收缩开始前,三种试样均有一个受热膨胀阶段,Cu含量越高,膨胀越明显;对于同种试样,升温速率越慢,则致密化程度会越高;在烧结收缩的初期和末期,烧结活化能符合Arrhenius曲线,烧结收缩中期的活化能受多种影响因素作用比较复杂,不符合Arrhenius曲线;对于同种试样,升温速率较慢时,由于烧结会有一个相对较长的滞留阶段,因此试样需要更高的活化能。
  (4)三种FeCoCu预合金粉在不同升温速率下的DSC曲线表明:三种试样均存在着先吸热,后放热的过程;升温速率越大,则峰值越高,峰形越尖锐;随着Fe含量的增加,试样的热流量增大;比热容曲线的变化规律与DSC曲线规律相似;升温速率越快,计算得到的热焓值越高;由膨胀-收缩转化阶段活化能计算结果可知,25wt%Fe-15wt%Co-60wt%Cu试样与45wt%Fe-15wt%Co-40wt%Cu试样的活化能较相近,而65wt%Fe-15wt%Co-20wt%Cu试样的活化能却比前两者高出10倍左右。
  (5)通过设计针对中硬地层的金刚石钻头配方体系,探讨FeCoCu预合金粉配方体系与混合粉配方体系的性能差异,结果表明:在预合金粉配方体系下各成分的理想含量为:骨架相WC为40wt%,65wt%Fe-15wt%Co-20wt%Cu预合金粉为45wt%,液相CuSn15为7wt%,增强相Ni为8wt%;预合金粉与混合粉配方体系烧结体的力学数据表明,使用预合金粉能有效提升结合剂烧结体的力学性能及耐磨性;金相分析、SEM电镜及EDS能谱表明,结合剂烧结体性能的增加是由于预合金粉能有效改善混合粉造成的成分不均匀;在金刚石参数实验基础上进行了两种配方体系下的微钻实验及现场钻进,结果表明:预合金粉配方体系的使用能有效提高钻头的钻进效率及钻进寿命,钻头的综合性能有明显提升。
[硕士论文] 何统求
机械制造及其自动化 山东大学 2016(学位年度)
摘要:液相分离型合金在常温冷却速度下,由于密度不同导致合金发生分层现象,使得这类合金在工业生产及应用上有所限制。随着科技发展,通过快速凝固冷却法可以制备出不同于常规冷却条件下的组织形貌,使这类材料应用成为可能。目前在电子封装材料、轴瓦材料中都运用到了相分离型合金,近年来相分离型合金被广大研究者关注。Fe和Cu具有优良性能和低廉成本的特点,加之Fe-Cu在常规冷却下容易出现偏析现象,因此对Fe-Cu相分离型合金制备和研究具有工程和科学意义。本文以Fe-Cu相分离型合金为研究内容,采用单辊旋淬、喷铸等快速凝固方式,制备了Fe-Cu基相分离型合金,利用XRD、DSC、SEM等测试手段,探讨了相分离合金形成机制,主要包括如下内容:
  1、Fe-Cu二元合金亚稳态相分离过程、凝固微观组织研究。
  采用快速凝固方式制备Fe80Cu20、Fe60Cu40、Fe50Cu50合金,并对三种成分的合金微观组织进行观察,发现随着Cu含量的增多,Fe50Cu50发生相分离最明显,合金体系经历不发生相分离→不完全相分离→完全相分离三种不同程度的相分离;且Fe60Cu40及Fe50Cu50合金中富Cu区出现二次相分离的富Fe小球,为了降低界面能,发生大的富Fe球吞并小富Fe球现象;通过SEM观察,Fe80Cu20合金随着冷速的增大,富Fe枝晶晶粒尺寸和富Cu相的体积分数随着过冷度的增加而减小;DSC的分析发现,相分离温度(Tsep)与γ-Fe相开始凝固温度(Tγ)之间温度差Tsep-Tγ和相分离程度趋势吻合。
  2、Cu添加对Fe78Si9B13非晶形成能力及性能影响。
  随着Cu元素含量增多,Fe78-xSi9B13Cux合金非晶形成能力下降,Fe78-xSi9B13Cux合金中有Cu相和Fe相的析出。且当Cu原子百分含量达到10%时,Fe78-xSi9B13Cux合金中出现富Cu相和富Fe相的分离现象;当组元Cu原子百分比小于10%时,由于析出来的Cu相被固溶在Fe78-xSi9B13Cux里,没有发现富Cu相和富Fe相分离的现象。当Cu原子百分含量增多时,喷铸棒和合金薄带中均出现明显的富Cu相和富Fe相分离现象;对分离出的富Cu相和富Fe相进行维氏硬度测量,得到明显的软硬区,富Cu区硬度大约为110HV,富Fe区硬度约为660HV,相分离软硬不同区增加了材料的韧性,提高了材料应用空间。
  3、Fe含量对Cu64-xZr36Fex非晶形成能力的影响。
  当Fe含量原子百分比小于1%时,Cu64-xZr36Fex的非晶形成能力较Cu64Zr36有增大现象;当Fe原子百分含量超过1%时,由于混合焓为正的影响,导致Cu64-xZr36Fex合金非晶形成能力下降;对Cu64-xZr36Fex微观组织观察没有发现晶体相的存在,主要是Zr-Fe金属间化合物被固溶在B2(Cu-Zr)中。
[硕士论文] 操昌
冶金工程 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:硫酸渣是硫酸厂利用黄铁矿生产硫酸时排出的烧渣,目前全国各地均大量堆存着硫酸渣,不仅会占用农田,还会造成环境污染,硫酸渣的主要成分为铁的氧化物,高效利用硫酸渣已经变得迫在眉睫。
  作为世界上镍生产和消费量最大的国家,我国每年需要从印尼、菲律宾等国进口大量红土镍矿,生产冶炼不锈钢的主要原料镍铁。红土镍矿生产镍铁主要有火法冶炼和湿法冶炼两种工艺。
  本文针对硫酸渣煤基自还原提炼铁和菲律宾高铁低镍高铝型低品位红土镍矿煤基自还原提炼镍铁工艺及机理进行研究。分别对硫酸渣和红土矿的煤基自还原理论基础和热力学、还原过程工艺参数及添加剂作用等方面进行分析和阐述。
  硫酸渣煤基自还原研究表明:对硫酸渣S1,还原产物金属化率随还原温度升高而升高,当还原温度达到1250℃时,还原产物金属化率均在96%以上;随配碳比和温度的变化试样的脱硫率变化不大,变化在38%~40%,还原后样品的含硫量在1.10%~1.16%之间。对硫酸渣S2,当压块渣相碱度为2.5,还原温度为1250℃时,得到的金属铁颗粒相对较大,磁选出的铁粉的铁品位达到88.58%,效果较好;还原得到的海绵铁在1500℃熔分后,得到的金属铁平均含铁量均在90%以上。随着碱度的提高总脱硫率升高,当渣相碱度为2.5时,脱硫率达到87.1%,金属硫含量降低到0.15%~0.16%。
  红土矿煤基自还原研究表明:(1)采用压块还原后细磨磁选工艺,只加萤石的A系列试样,Ni的收得率随着细磨时间延长而增加,镍铁粉中Ni含量在细磨10min后达到1.32%,低于理论镍铁含镍量(Ni/(Ni+Fe))1.65%。从镍铁粉的扫描电镜照片中可以清晰看出,金属相与渣相是相互镶嵌的,金属相颗粒十分细小,通过细磨无法实现金属相和渣相的完全单体分离。(2)采用压块还原后高温熔分工艺,在只添加氟化钙的A系列中,当内配碳比不大于0.5时,还原产物在1500℃无法实现渣铁分离;当内配碳比从0.6增加到1.0时,还原产物在1500℃能实现渣铁良好分离,铁和镍收得率逐渐提高,但镍的品位从1.79%下降到1.34%;只加消石灰的B系列中,当内配碳比提高到1.2时,在1550℃下渣铁不能良好分离;同时加入萤石和消石灰的C系列中,1200℃还原后在1550℃熔分,渣铁能分离良好。若要提高金属中的Ni含量,需要抑制氧化铁的还原。当内配碳比为0.6时,金属中镍达到1.79%,高于红土矿理论镍铁比,但其收得率只有71.3%。
[硕士论文] 杨建平
冶金工程 太原理工大学 2016(学位年度)
摘要:对于微波加热高碳铬铁粉固相无渣脱碳工艺,物料的脱碳效果主要取决于其吸收微波的能力,吸波性越好,物料升温速率越快,反应也越彻底。高碳铬铁粉在微波场中的吸波能力与其电磁性能有着紧密的联系。此外,高碳铬铁粉的高温脱碳过程在一定程度上也取决于其固相显微结构。
  在实际工业生产中,熔融高碳铬铁由于不同部位冷却速率存在较大的差异使其固相显微结构呈现多样化,显微结构又是决定其电磁性能的主要因素;然而目前冷却速率、显微结构及电磁性能之间的关系尚未明确。本文采用光学显微镜、X-射线衍射仪、电子探针及矢量网络分析仪分别对置于电阻炉、空气和水浴中冷却的高碳铬铁的固相显微结构及其粉料在1~18 GHz微波频段内的电磁性能进行了研究并加以比较,以确定出最佳的微波加热原料,这对微波加热高碳铬铁粉固相脱碳工艺的发展有着重要的指导意义。考虑到变频加热的潜在应用,本文对常规微波加热频率2.45 GHz以外的其余频率下高碳铬铁粉的电磁性能也进行了讨论研究。
  (1)高碳铬铁固相显微结构的研究结果表明,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-CrFe及石墨相组成;随着冷却速率的提高,初生相晶粒尺寸逐渐减小,但其含量百分比却趋于增大;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,却促进了亚稳定共晶相(Cr,Fe)23C6-CrFe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,Fe的质量比逐渐减小,而(Cr,Fe)23C6,CrFe中Cr,Fe的质量比呈现相反的变化趋势;Si,Mn,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。
  (2)高碳铬铁粉电磁性能的研究结果表明,随着冷却速率的提高,高碳铬铁粉的相对复介电常数实部与虚部在大多数频率下均呈现增大的趋势。在14~18 GHz的高频范围内,三组粉料的相对复介电常数实部均因极化而产生了明显的负峰,虚部则在相应的频率上因极化弛豫而产生了较强的谐振峰。同一频率下相对复磁导率实部随冷却速率变化的趋势与相对复介电常数相反。依据铁磁共振理论,三组样品的磁导率虚部在低频及高频波段内,因固有共振而产生共振峰;且随着冷却速率的提高,共振频率呈增大的趋势。三组样品的反射损耗均随着冷却速率的提高而减小。在2.45 GHz的微波加热频率下,炉冷、空冷及水冷样品的反射损耗分别为-2.57 dB、-2.38 dB、-2.17 dB,均能满足正常的物料加热要求。水冷高碳铬铁粉在2.45 GHz频率下,介电损耗因子、磁损耗因子均大于另两组粉料,具有较好的微波加热效果,为微波加热高碳铬铁粉固相脱碳工艺的最佳原料。
[硕士论文] 王立锋
材料科学与工程 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:钛铁合金是生产链条钢等优质钢、电焊条以及电子、军工产品等的重要原料。随着钛铁合金产业的不断发展,随之产生的渣也越来越多。废渣的大量堆积不仅污染环境,而且会造成资源的浪费。
  在当今大力倡导建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下,如何处理好钛铁渣并使之成为一种有用的材料,无疑具有积极的现实意义。
  本文主要以钛铁渣(后称钛铝酸钙)为研究对象,系统研究了其结构与基本性能,在此基础上,进行了钛铝酸钙在炼钒反射炉预制件与钢包底部浇注料的应用基础研究,研究结果表明:
  (1)钛铝酸钙是一种具有良好的热学性能(热膨胀系数7.5×10-6/℃、1000℃导热系数2.23W· m-1·K-1)与使用性能(耐火度>1790℃)的复相材料,其主要物相有CaO·6Al2O3、Ca((Al0.84Ti0.16)2)6O19,且含有少量CaO·2Al2O3、CaTiO3物相。
  (2)当钛铝酸钙的加入量为40wt%时,炼钒反射炉预制件试样110℃×24h处理后常温强度以及热震稳定性较好;且随着钛铝酸钙加入量的增加,炼钒反射炉预制件试样经1100℃×3h热处理后的常温强度与高温抗折强度有所降低,但其抗钒液侵蚀的性能却增强。炼钒反射炉预制件试样中加入钛铝酸钙细粉时的常温强度、高温抗折强度明显优于加入钛铝酸钙颗粒时;且加入钛铝酸钙粒度小于1mm时,炼钒反射炉预制件试样的抗热震稳定性与抗渣侵蚀与渗透性能比加入大于1mm的钛铝酸钙时要好。
  (3)在钛铝酸钙的加入量为40wt%时,钢包底部浇注料试样的体积密度、常温强度与荷重软化温度较好,且随加入粒度的减小而增大;试样的热震稳定性则随钛铝酸钙加入量的增大逐渐增强,且加入钛铝酸钙粒度大于1mm时,试样的热震稳定性较好;钛铝酸钙加入量小于40wt%时,钢包底部浇注料试样抗渣性能良好,同时加入粒度越小,其抗渣性越好。
[硕士论文] 李晨晨
材料科学与工程 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:炉渣作为工业生产中的固体废物,具有产量大、组成复杂、性质多变、危害环境等特征,对其妥善安置和处理一直是科研工作者的研究重点。而随着高炉大型化、长寿化的发展,对洁净钢的要求越来越高,对高性能耐火材料的需求量增加。当前优质耐火原材料的产量逐年下降,价格不断攀升,寻求性能相当、价格低廉、来源广泛的替代品迫在眉睫。因此,本文旨在对钛铁渣、钒铁渣和还原铝铬渣的性能进行深入研究,根据渣的特性以期取代相应的耐火原料,实现资源的二次利用,且缓解耐火原料紧缺的局势。
  实验首先对三种渣的基本性能进行了研究,之后对其在高炉出铁沟浇注料中的使用情况进行了分析,最后研制出了转炉出铜沟用新型浇注料,研究工作如下:
  (1)通过对三种渣各项性能的研究,得出以下结论:钛铁渣中主要物相为铝酸钙、金红石和刚玉;钒铁渣中主要物相为铝酸钙和富铝尖晶石;还原铝铬渣主要物相为刚玉相;三种渣氧化铝含量高,体积密度和颗粒强度大,吸水率、导热系数相对较低,耐火度高,抗渣侵蚀性好,完全可以作为耐火原料使用。
  (2)分别将三种渣以颗粒形式引入到高炉出铁沟Al2O3-SiC-C浇注料后,研究了粒度和加入量对试样性能的影响,结果表明:
  a、随着钛铁渣加入量的增加,浇注料的流动性变好,气孔率降低,体积密度升高,抗折强度和耐压强度变化不大,对高温抗折强度和热震稳定性的影响不大,抗侵蚀性能良好;加入量为12wt%时性能最佳,粒度对试样的影响不大;
  b、随着钒铁渣的加入,浇注料的气孔率降低、体积密度升高,常温抗折强度、耐压强度、高温抗折和热震稳定性均有下降;加入钒铁渣的粒度越小,试样的性能越差,粒度为8~5mm和5~3mm时最佳加入量分别为16wt%和8wt%。
  c、还原铝铬渣加入粒度为3~1mm时,浇注料的显气孔率变化较小,体积密度、常温强度和高温抗折强度略有升高,线变化率变化不大,对热震稳定性影响不大,抗渣侵蚀和渗透能力较好;加入粒度为1~0mm时,浇注料的显气孔率和高温抗折强度降低,线变化率影响较小,体积密度和抗折强度增大,耐压强度基本无变化,热震稳定性略微下降,抗渣侵蚀和渗透较好;复合粒度引入时,浇注料的体积密度和抗折强度升高,线变化率、体积密度、耐压强度及对浇注料中的物相影响不大。
  (3)以钛铁渣和还原铝铬渣为主要原料,通过对颗粒级配、体积稳定性和分散剂的研究,研制出了一种新型转炉出铜沟用耐火浇注料。
[硕士论文] 李九林
冶金工程 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:在炼铁成本的压力下,许多高炉被迫使用低品位铁矿石和冶金性能不好的焦炭,导致炼铁原料巾的含锌量增大,这给高炉冶炼带来了巨大的影响。本文通过实验,研究了锌对烧结矿和焦炭的冶金性能以及综合炉料初渣形成过程的影响。结果表明,锌含量的升高会导致烧结矿低温还原粉化性能和还原性变差,焦炭的反应性提高,反应后强度降低。综合炉料中锌含量的增加,使得铁矿石滴落温度升高,软熔区间变宽,透气阻力指数S显著增大且压差波动变得频繁,意味着高炉锌负荷增加可能导致软熔带变厚,透气性恶化,压差不稳。
  通过对滴落铁和初渣化学成分的分析,发现锌负荷过大和锌循环富集严重将显著增加进入高炉下部的锌元素数量,从而可能加剧锌对高炉下部耐火材料和焦炭的破坏作用。通过对不同锌含量的初渣进行粘度测定试验,发现锌含量升高使初渣的粘度增大,流动性变差。通过传热学模型的计算分析,发现渣皮中(ZnO)含量增加使其开始变形温度升高,结果会导致渣皮厚度增加,这意味着高炉锌负荷增高可能会使得炉身更容易结厚,对高炉顺行造成不利的影响。
[硕士论文] 林天成
冶金工程 重庆大学 2016(学位年度)
摘要:为了降低成本,一些钢铁企业在生产铁水时加大了含铬低品位国产矿的配矿比例。而铁水中铬含量的升高,也导致炉渣中Cr2O3大量生成,随之出现一系列的吹炼问题。目前对含铬炉渣的研究大多集中在高炉渣系和电炉渣系,而对 FeO含量相对较高的含铬转炉渣系的研究相对较少。
  本文以含铬转炉渣系 CaO-SiO2-FeO-MgO-MnO-Cr2O3为研究对象,对含铬转炉渣物相及结构、含铬转炉渣物理性质以及含铬转炉渣的粘流活化能、流变性能等方面开展了研究工作,希望借此对含铬较高的铁水的冶炼提供一定的理论基础。本论文主要进行了以下工作并得到了相应的结果:
  采用XRD、SEM/EDS和拉曼光谱的方法分别对含铬转炉渣的物相、微观形貌和结构进行了检测分析。研究结果表明,熔渣中的铬主要以FeO?Cr2O3,MgO?Cr2O3以及少量的 MnO?Cr2O3形式存在。此渣系主要微观相为:深灰色长条状分布的镁蔷薇辉石相、浅灰色片状分布的RO相和灰色不规则颗粒状的富铬相,富铬相主要由铬铁尖晶石和镁铬尖晶石固溶体组成。而随着Cr2O3含量的增加,渣中镁蔷薇辉石相呈现出先增多,后减少的趋势,而富铬相则一直变多变大。随 FeO含量的增加,富铬相中的铁元素含量增大,而熔渣中各相的粒度减小。随着二元碱度的升高,可以看到渣中镁蔷薇辉石相数量逐渐增大,尺寸也变得更加粗大,富铬相的尺寸也逐渐增大,但是当碱度增大到2.0时,渣中出现大量的浅灰色颗粒状微观相,而铬元素弥散分布其中。
  采用半球法、阿基米德密度测量法、拉筒法分别对含铬转炉渣的熔化温度、密度和表面张力进行测量并结合各物理性质的模型计算结果进行分析,根据物理性质结果提出含铬转炉渣泡沫指数公式 C值的参考范围。研究结果得到了含铬转炉渣中Cr2O3,FeO以及二元碱度对熔化温度、表面张力及密度的影响,并提出含铬转炉渣泡沫指数公式C值的取值在800-900之间。
  使用Brookfield流变仪测量了1500℃下渣样在4r/min、8r/min、12r/min、16r/min、20r/min时的表观粘度,再将转速固定在12r/min,分别测量各渣在1480℃、1490℃、1500℃、1510℃、1520℃时的表观粘度,通过回归得到的本构方程对含铬转炉渣的流变特性进行分析讨论,通过阿累尼乌斯方程对含铬转炉渣的粘流活化能进行分析讨论。对熔渣流变特性的研究结果表明加入Cr2O3前,CaO-SiO2-FeO-MgO-MnO渣系的熔渣表现出牛顿流体特性,随着Cr2O3的加入,熔渣显现出非牛顿流体特性。而对各成分对流变特性的影响进行分析,分析表明Cr2O3和二元碱度对熔渣的流变特性的影响较大,而 FeO对熔渣流变特性的影响甚微。对熔渣粘流活化能的研究结果表明Cr2O3和二元碱度对熔渣的粘流活化能影响较大,这与流变特性的影响一致。
[硕士论文] 陈龙
冶金工程 重庆大学 2016(学位年度)
摘要:攀枝花红格矿区高铬型钒钛磁铁矿储量丰富,能够满足高炉生产对铁矿石原料的需求,也可开发高附加值的钒铬产品。但矿石中伴生含量较高的铬会增加高炉炉渣黏度,提高炉渣熔化性温度提高,导致高炉运行不畅,所以在高炉炼铁生产过程中,高铬型钒钛磁铁矿未被大量使用。目前对于普通钒钛磁铁矿还原动力学研究相对成熟,但高铬型钒钛磁铁矿间接还原研究较少。
  为提高高铬型钒钛磁铁矿在高炉炼铁生产的使用量,探究其间接还原动力学规律,本文以普通钒钛磁铁矿和高铬型钒钛磁铁矿的原矿、R=1.5~2.3烧结矿为研究对象,在T=1123 K、1173 K、1223 K时,利用热重分析仪在CO体积分数为40%、Ar体积分数为60%的气氛中,进行间接还原动力学热重实验研究。通过实验所得失重率、转化率、活化能、反应速率等数据,利用热重分析原理中无模型函数法、约化时间法对比和分析碱度和温度对高铬型钒钛磁铁矿间接还原过程的影响规律。
  研究得到的结论概括如下:随着温度的升高,普通钒钛磁铁矿和高铬型钒钛磁铁矿原矿、烧结矿的最大失重率均增大。T=1123 K、1173 K、1223 K时,普通钒钛磁铁矿烧结矿的最终失重率随碱度变化趋势一致,均呈现出先减小后增大的趋势;而高铬型钒钛磁铁矿烧结矿的最终失重率均随碱度的升高呈现出先增大后降低的趋势。
  普通钒钛磁铁矿和高铬型钒钛磁铁原矿、烧结矿粉CO等温还原过程的反应机理很复杂。在转化率小于0.5,T=1123 K、1173 K、1223 K时,还原过程受二维空间下的随机成核随后生长的机理影响。但转化率大于0.5时,T=1123 K、1173 K、1223 K时CO等温还原过程得到的大部分试验曲线仍处于理论曲线A2和理论曲线R2之间;少数曲线部分处于理论曲线R2与理论曲线R3、理论曲线R3与理论曲线F1之间,但曲线R2、R3、F1表示相界面反应机理、相界面反应机理、随机成核随后生长机理,所以认为转化率大于0.5的阶段反应过程是由随机成核随后生长机理和相界面反应机理共同控制。
[硕士论文] 徐兴宇
材料学 山东科技大学 2015(学位年度)
摘要:金属间化合物主要是指金属元素间、金属元素与类金属元素间形成的化合物。它以其优异的耐高温、抗氧化、耐磨损等优良特性,受到材料界的青睐。
  本文利用感应熔炼方式熔炼Fe-Nb-X系原位金属间化合物增强复合材料。首先研究了Fe-Nb合金中Nb元素对微观组织和性能的影响,然后在Fe-Nb合金的基础上添加合金化元素Al和Si,研究合金化对Fe-Nb合金微观组织和性能的影响。通过金相显微镜、扫描电镜、XRD衍射和能谱分析研究了合金的微观组织演化和物相组成;利用显微硬度计和摩擦磨损试验机研究合金的硬度和摩擦磨损性能变化;采用高温氧化实验来研究合金的高温氧化性能。
  对于Fe-xNb合金,x=5、8、12、15和20,随着Nb含量的增加,合金的显微组织从亚共晶组织(x=5、8和12)演变为近共晶组织(x=15),然后再到过共晶组织(x=20)。Fe-Nb合金中主要含有的物相包括α-Fe、Fe2Nb和NbC等,其中α-Fe基固溶体为主要基体相,Fe2Nb为主要硬质增强相,另外少量的NbC硬质颗粒为次要硬质相。随着Nb含量的增加,Fe-Nb合金的显微硬度先下降后升高,Fe-20Nb合金的硬度最高,磨损形式主要是粘着磨损,Fe-20Nb合金的磨损程度最轻。
  在Fe-15Nb-xAl(x=3、6、9、12、15和18)和Fe-15Nb-xSi(x=3、6、9、12和15)中,随着Al或Si的加入,合金的组织有共晶组织向过共晶组织转变的趋势,先析出的树枝晶增多,共晶组织减少。Al和Si元素主要以固溶的形式存在于合金中,对微观组织形貌影响不大。随着Al含量的增加,Fe-15Nb-xAl合金的硬度也随之增加。磨损形式以粘着磨损为主,随着Al含量的增加,磨损程度先减轻后加重,Fe-15Nb-15Al的磨损程度最轻。随着Si含量的增加,Fe-15Nb-xSi合金的硬度也随之增加,磨损以粘着磨损为主,磨损程度先减轻后加重,Fe-15Nb-12Si合金的磨损程度最低。
  将Fe-15Nb、Fe-15Nb-3Al和Fe-15Nb-3Si合金在800℃空气中氧化5h,然后随炉冷却。通过对比分析合金氧化后的表面和截面形貌、成分及氧化膜的相组成可知:Fe-15Nb合金氧化层主要由Fe2O3、Nb2O5和FeNb2O6组成,氧化表面出现裂纹,部分地方氧化层剥落。氧化层厚薄不均匀,有较多孔洞存在。氧化层的厚度大约30μm,氧化严重。Fe-15Nb-3Al氧化层主要由Fe2O3、Nb2O5、Al2O3和FeNb2O6组成。合金氧化表面有氧化裂纹出现,但没有明显的剥落现象。氧化层厚薄不均匀,氧化层中孔洞明显减少。氧化层的厚度大约10μm,氧化程度明显减轻。Fe-15Nb-3Si氧化层主要由Fe2O3、Nb2O5、SiO2和FeNb2O6组成。合金氧化表面已经有氧化裂纹出现,氧化剥落现象。Fe-15Nb-3Si氧化层的厚薄不均匀,氧化层的厚度大约10μm,较Fe-15Nb合金氧化层厚度明显减少,氧化程度明显减轻。
[硕士论文] 王尊
材料加工工程 西华大学 2015(学位年度)
摘要:本论文主要对钒钛磁铁矿金属化球团熔分-深还原过程钒钛走向问题进行了研究。通过对熔分过程钒钛走向的理论分析以及影响因素的实验研究,探明该过程钒钛走向的机理,并为提高铁、钒、钛富集率提供合理的工艺参数。
  针对影响熔分-深还原过程钒钛走向的主要因素的实验研究主要采用单因素实验以及电弧炉熔分稳定性实验的方法。本实验所采用的主要熔分设备为高温电阻炉和50KVA的中试电弧炉。其中,单因素实验主要采用高温电阻炉进行熔分,探讨的因素包括:矿煤质量比、熔分温度、熔分时间、碱度、金属化率、熔分渣中FeO含量,且每组实验均为单一变量、其它因素固定。电弧炉熔分研究主要是根据以上每个单因素实验确定的较佳工艺条件综合后进行的稳定性以及验证性实验,分别进行了调碱度和自然碱度两组对比实验,并在实验后对得到的生铁以及熔分渣分别进行了化学分析以及铁、钒、钛的富集率计算。
  通过以上的实验方法得出,当矿煤质量比为100:22,碱度为0.8,熔分温度为1550℃左右,熔分时间在30min左右可以得到较佳的熔分效果,且在此条件下得到铁进生铁率可达到98%,钒进生铁率可达到83.1%,钛进熔分渣率可达到80.5%。
  其次,根据理论分析以及实验结果分析,确定出影响钒走向的三个核心因素,并对三因素与钒走向的关系进行了研究,且建立了金属化球团的金属化率、残碳质量分数以及渣中FeO的质量分数与钒进铁率的函数关系式,并进行了实验验证。
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