本文關(guān)鍵詞：磁場作用下含鉻熔渣體系析晶行為的研究

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【摘要】：磁場作為一種特殊能量的物理場,能夠影響熔體的流動、傳質(zhì)等過程,從而達(dá)到控制材料的凝固組織和晶體取向的目的。但多數(shù)研究集中于導(dǎo)電性相對較好的金屬熔體和半導(dǎo)體熔體,涉及氧化物熔渣及其凝固行為的研究甚少,已有研究表明磁場作用效果取決于熔體的導(dǎo)電性能。本文選擇由多種氧化物組成的含鉻不銹鋼渣體系作為研究對象,采用交流四探針法測量了不同堿度、不同Cr_2O_3含量和FeO含量下的熔渣電導(dǎo)率,熔渣從不同溫度下淬火研究熔渣冷卻析晶對熔渣電導(dǎo)率影響的內(nèi)在機(jī)理;運(yùn)用振動樣品磁強(qiáng)計(VSM)對凝渣樣品進(jìn)行磁學(xué)性能測試;采取化學(xué)滴定分析手段檢測凝渣中Fe~(2+)的濃度。在上述研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究外加磁場作用下熔渣凝固及其析晶行為,通過X-射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)對凝固后的渣樣進(jìn)行分析和表征,探究磁場對熔渣析出礦物相的種類、成分及微觀形貌的影響。論文主要內(nèi)容和結(jié)果歸納如下:(1)采用交流4探針法研究了不同堿度CaO/SiO_2(1.0、1.25、1.5)和不同Cr_2O_3百分含量(4%、7%、10%)下CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3(CSMAF)熔渣的電導(dǎo)率隨溫度變化規(guī)律。實驗結(jié)果表明:所有熔渣電導(dǎo)率均隨溫度下降而減小,變化規(guī)律符合Arrhenius公式;對9組渣樣進(jìn)行高溫淬火(水淬),對淬火樣品通過XRD分析發(fā)現(xiàn):在1460℃淬冷渣樣中析出了尖晶石相與鈣鎂硅石相,表明隨溫度下降,液態(tài)熔渣中晶相的析出是使其電導(dǎo)率產(chǎn)生下降的主要原因之一。在堿度不變條件下,熔渣電導(dǎo)率隨著Cr_2O_3含量的增大而減小;當(dāng)Cr_2O_3含量保持不變時,熔渣電導(dǎo)率和活化能均隨著堿度的增大而上升,電導(dǎo)率下降速度隨溫度下降卻愈快。(2)研究了FeO引入對含Cr_2O_3的CSMAF熔渣電導(dǎo)率的影響;FeO分別以FeC_2O_4·2H_2O和2FeO·SiO_2兩種方式引入。其中,2FeO·SiO_2采用鐵粉、SiO_2和Fe_2O_3為原料在1230℃固相反應(yīng)進(jìn)行合成制取。結(jié)果發(fā)現(xiàn):FeO引入能提高熔渣電導(dǎo)率;相比較之下,以2FeO·SiO_2方式引入FeO,熔渣電導(dǎo)率整體高于以FeC_2O_4·2H_2O方式引入;經(jīng)過重鉻酸鉀滴定分析凝渣樣品中Fe~(2+)含量發(fā)現(xiàn):以2FeO·SiO_2方式引入FeO的凝渣中Fe~(2+)含量更接近于原始含量,表明FeO在熔渣中穩(wěn)定性較高;而以FeC_2O_4·2H_2O方式引入FeO的凝渣中Fe~(2+)含量較低,說明FeC_2O_4·2H_2O在高溫時分解生成的FeO有部分發(fā)生了氧化,導(dǎo)致FeO在熔渣中穩(wěn)定性較差。(3)采用振動樣品磁強(qiáng)計(VSM)對含Cr_2O_3的CSMAF凝渣及含Cr_2O_3和FeO的凝渣樣品進(jìn)行磁學(xué)性能測試,結(jié)果表明:CSMAF凝渣的磁滯回線呈現(xiàn)亞鐵磁性特征;凝渣剩余磁化強(qiáng)度和磁滯損耗隨Cr_2O_3含量增加而降低;對于含Cr_2O_3和FeO的CSMAF凝渣,以FeC_2O_4·2H_2O方式引入FeO的凝渣仍呈現(xiàn)亞鐵磁性特征,且外加磁場為2T時,仍未達(dá)到飽和,但是磁滯損耗和剩余磁化強(qiáng)度略為提高;而以2FeO·SiO_2方式引入FeO的凝渣,呈現(xiàn)了亞鐵磁性特征,當(dāng)引入FeO的量增加到9%時,外加磁場為2T時,接近飽和,且飽和磁化強(qiáng)度較大。(4)研究了外加強(qiáng)磁場(B=8T)作用下含Cr_2O_3熔渣的析晶行為。研究發(fā)現(xiàn):熔渣中磁場的介入并沒有改變?nèi)墼龀龅奈锵嘟M成;同時發(fā)現(xiàn)磁場對較高Cr_2O_3含量(7%、10%)的CSMAF熔渣析出的晶相形貌、尺寸與排列的影響不明顯;對含有Cr_2O_3和FeO的CSMAF渣系,磁場的引入改變了凝固組織的微觀形貌,對鎂鉻鐵鋁尖晶石相[(Mg,Fe)(Al,Fe,Cr)_2O_4]的生長和排列有較為明顯的作用,使尖晶石晶粒沿磁場方向呈鏈條狀排列趨勢,而無磁場作用下,尖晶石晶體一般以較大尺寸的板狀或粒狀聚合體隨機(jī)分布。結(jié)合上述熔渣導(dǎo)電性和磁性的研究結(jié)果,初步認(rèn)為:FeO的引入,提高了熔渣電導(dǎo)率和凝渣的磁化強(qiáng)度,使得外加磁場的作用效果較為明顯。綜上所述,我們從實驗上探索并發(fā)現(xiàn)了磁場可以改變?nèi)墼奈鼍袨�。基于這一發(fā)現(xiàn),可以利用磁場來調(diào)控熔渣的析晶與生長過程,為后續(xù)進(jìn)一步研究磁場與氧化物熔渣凝固析晶的相互作用機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：熔渣 電導(dǎo)率 交流四探針法 析晶 磁場
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X757
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 文獻(xiàn)綜述12-19
• 1.1.1 含鉻不銹鋼渣的基本性質(zhì)12-14
• 1.1.2 熔渣的導(dǎo)電性14-16
• 1.1.3 磁場作用于熔體的研究16-19
• 1.2 研究的目的及意義19-20
• 1.3 課題研究內(nèi)容、方案及技術(shù)路線20-23
• 1.3.1 研究內(nèi)容20-21
• 1.3.2 實驗方案21
• 1.3.3 技術(shù)路線21-23
• 第二章 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3-Cr_2O_3渣系導(dǎo)電性研究23-34
• 引言23
• 2.1 實驗方案23-26
• 2.1.1 實驗原料23
• 2.1.2 實驗設(shè)備23-25
• 2.1.3 實驗過程25-26
• 2.2 實驗結(jié)果與分析26-31
• 2.2.1 實驗結(jié)果26-28
• 2.2.2 結(jié)果分析與討論28-31
• 2.3 晶體析出對電導(dǎo)率影響31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第三章 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3-Cr_2O_3-FeO渣系導(dǎo)電性研究34-50
• 引言34
• 3.1 FeO以FeC_2O_4·2H_2O引入34-40
• 3.1.1 實驗方案34-36
• 3.1.1.1 實驗原料34-35
• 3.1.1.2 實驗設(shè)備35
• 3.1.1.3 實驗過程35-36
• 3.1.2 實驗結(jié)果與分析36-40
• 3.1.2.1 實驗結(jié)果36
• 3.1.2.2 結(jié)果分析與討論36-38
• 3.1.2.3 熔渣中Fe~(2+)濃度滴定38-40
• 3.2 FeO以 2FeO·SiO_2引入40-48
• 3.2.1 實驗方案40-43
• 3.2.1.1 實驗原料40
• 3.2.1.2 實驗設(shè)備40-41
• 3.2.1.3 2FeO·SiO_2的合成41-42
• 3.2.1.4 實驗過程42-43
• 3.2.2 實驗結(jié)果與分析43-48
• 3.2.2.1 實驗結(jié)果43-44
• 3.2.2.2 結(jié)果分析與討論44
• 3.2.2.3 熔渣中Fe~(2+)濃度滴定44-45
• 3.2.2.4 晶體對電導(dǎo)率影響45-48
• 3.3 本章小結(jié)48-50
• 第四章 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Cr_2O_3-Fe_xO凝渣磁性研究50-56
• 引言50
• 4.1 凝渣樣品的磁學(xué)性能50-53
• 4.1.1 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3（CSMAF）系凝渣的磁性能50-51
• 4.1.2 不銹鋼渣系中引入FeO凝渣的磁性能51-53
• 4.1.2.1 以FeC_2O_4·2H_2O形式引入FeO51-52
• 4.1.2.2 以 2FeO·SiO_2形式引入FeO52-53
• 4.2 凝渣磁性的討論與分析53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 第五章 強(qiáng)磁場作用下含Cr_2O_3熔渣凝固析晶行為研究56-66
• 引言56
• 5.1 實驗方案56-59
• 5.1.1 實驗原料56-57
• 5.1.2 實驗設(shè)備57-59
• 5.1.3 實驗過程59
• 5.2 實驗結(jié)果59-65
• 5.2.1 實驗結(jié)果與分析59-65
• 5.2.1.1 磁場對含Cr_2O_3不銹鋼渣渣系析晶行為的影響59-62
• 5.2.1.2 磁場對含F(xiàn)eO不銹鋼渣渣系析晶行為的影響62-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論與展望66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 在校研究成果73-74
• 致謝74

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6 王s，

本文編號：1098150