本文關(guān)鍵詞：微波加熱高碳猛鐵粉固相脫碳理論與試驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著鉻錳系不銹鋼等低碳合金鋼的快速發(fā)展,對中、低碳錳鐵的需求日益增大。用高碳錳鐵為原料生產(chǎn)中、低錳鐵的研究工作雖已取得了長足的進(jìn)展,但目前高碳錳鐵脫碳都是在液相條件下進(jìn)行,眾所周知,由于高碳錳鐵液相脫碳溫度較高,錳的蒸氣壓相對較高,錳與氧的結(jié)合能較大,因此,液相條件下的脫碳反應(yīng)表現(xiàn)出很高的錳揮發(fā)損失、嚴(yán)重氧化以及金屬回收率較低的現(xiàn)象。針對以上問題,本文對微波加熱高碳錳鐵固相脫碳進(jìn)行了一系列研究。進(jìn)行了高碳錳鐵脫碳反應(yīng)的熱力學(xué)計(jì)算,研究了微波加熱場中高碳錳鐵粉和碳酸鈣粉混合物料的吸波特性,研究了高碳錳鐵粉固相脫碳脫碳條件對脫碳效果的影響,利用碳硫分析儀、電子探針、掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀研究了脫碳前后物料的成分及組織結(jié)構(gòu)變化,利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀研究了微波加熱高碳錳鐵固相脫碳物料的電磁性能,研究了微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳反應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律。研究結(jié)果表明：(1)以02、C02或H20(g)作為高碳錳鐵脫碳劑在熱力學(xué)上均是可行的,其中,C02作為脫碳劑脫碳效果好。(2)高碳錳鐵粉的微波吸收性優(yōu)于碳酸鈣粉,其混合物料表現(xiàn)出良好的微波吸波性,為微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳奠定了基礎(chǔ)。(3)微波加熱高碳錳鐵粉的比加熱速率為2.07 ℃·kg-1·kW-1·min-1～ 2.22 ℃·kg-1·kW-1·min-1,而常規(guī)加熱高碳錳鐵粉的比加熱速率僅為1.54 ℃·kg-1·kW-1·min-1～1.78 ℃·kg-1·kW-1·min-1,高碳錳鐵粉在微波加熱場中具有優(yōu)異的升溫特性,微波加熱方式明顯優(yōu)于常規(guī)加熱方式。(4)微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳物料的碳含量隨脫碳溫度的升高、保溫時(shí)間的延長、摩爾比的增高而降低；高碳錳鐵粉在微波加熱場中進(jìn)行固相脫碳,適宜的脫碳條件：脫碳溫度1000℃,脫碳摩爾比1：1.18,保溫時(shí)間60min。(5)微波加熱高碳錳鐵粉到900℃、1000℃、1100℃、1200℃時(shí)分別保溫脫碳60min,其脫碳率分別為76.69%、82.90%、84.11%、85.75%,遠(yuǎn)高于常規(guī)加熱條件下的脫碳率(31.94%、57.23%、58.84%、88.02%)；在相同的脫碳條件下,微波加熱高碳錳鐵粉脫碳后脫碳物料的氧化程度、錳的損失率均低于常規(guī)加熱脫碳后脫碳物料的氧化程度、錳的損失率。(6)微波加熱較常規(guī)加熱高碳錳鐵粉不同溫度固相脫碳的脫碳物料顆粒尺寸��；隨脫碳溫度的升高,物料出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象,顆粒聚集,顆粒粒徑增大；常規(guī)加熱脫碳物料的燒結(jié)現(xiàn)象高于微波加熱脫碳物料的燒結(jié)現(xiàn)象,說明微波加熱減緩了物料的燒結(jié)作用。(7)頻率在2～18GHz范圍內(nèi),高碳錳鐵粉和脫碳物料的極化弛豫主要來源于偶極子極化和界面極化,其抗磁性來源于碳原子；微波加熱頻率為2.45 GHz時(shí),高碳錳鐵粉良好的的微波升溫特性歸因于磁損耗和介電損耗的共同作用。隨著微波加熱溫度的提高,脫碳物料的相對復(fù)介電常數(shù)趨于穩(wěn)定,表明碳化物相最終脫碳向錳、鐵相轉(zhuǎn)變。(8)微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳反應(yīng)為界面反應(yīng)速控,近似為一級反應(yīng)；微波加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳反應(yīng)的活化能為57.64 kJ·mol-1,常規(guī)加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳反應(yīng)的活化能為107.77 kJ·mol-1;微波加熱固相脫碳反應(yīng)的活化能遠(yuǎn)低于常規(guī)加熱場固相脫碳的活化能。
【關(guān)鍵詞】：高碳錳鐵粉 微波加熱 常規(guī)加熱 碳酸鈣 固相脫碳
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF642
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-37
• 1.1 中、低碳錳鐵合金的生產(chǎn)現(xiàn)狀15-18
• 1.1.1 中、低碳錳鐵的用途與需求現(xiàn)狀15
• 1.1.2 中、低碳錳鐵合金的生產(chǎn)方法15-16
• 1.1.3 中、低碳錳鐵合金生產(chǎn)存在的問題16-18
• 1.2 國內(nèi)外高碳錳鐵固相脫碳研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.1 固相脫碳技術(shù)的發(fā)展18-20
• 1.2.2 高碳錳鐵固相脫碳研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 微波加熱技術(shù)21-28
• 1.3.1 微波的特性21-22
• 1.3.2 微波加熱技術(shù)的發(fā)展22-23
• 1.3.3 微波加熱技術(shù)在冶金領(lǐng)域上的應(yīng)用23-27
• 1.3.4 微波加熱技術(shù)在冶金生產(chǎn)中的問題27-28
• 1.4 本課題的研究意義及內(nèi)容28-29
• 1.4.1 研究意義28-29
• 1.4.2 研究內(nèi)容29
• 參考文獻(xiàn)29-37
• 第二章 試驗(yàn)過程及方法37-44
• 2.1 試驗(yàn)原料37-38
• 2.1.1 高碳錳鐵37
• 2.1.2 碳酸鈣粉37-38
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備38-40
• 2.2.1 微波冶金試驗(yàn)爐38-40
• 2.2.2 常規(guī)加熱試驗(yàn)爐40
• 2.3 試驗(yàn)方法40-41
• 2.3.1 微波加熱場中高碳錳鐵粉及碳酸鈣粉升溫特性試驗(yàn)40-41
• 2.3.2 微波加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳試驗(yàn)41
• 2.3.3 常規(guī)加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳試驗(yàn)41
• 2.3.4 微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳電磁性能研究41
• 2.4 分析方法41-44
• 2.4.1 差熱-熱重分析42
• 2.4.2 碳含量分析42
• 2.4.3 SEM分析42
• 2.4.4 EPMA分析42-43
• 2.4.5 XRD分析43
• 2.4.6 電磁性能分析43-44
• 第三章 高碳錳鐵固相脫碳熱力學(xué)分析44-67
• 3.1 引言44
• 3.2 高碳錳鐵物相分析44-47
• 3.2.1 電子探針分析45-46
• 3.2.2 XRD分析46-47
• 3.3 高碳錳鐵粉與O_2脫碳劑的脫碳反應(yīng)熱力學(xué)47-50
• 3.3.1 脫碳反應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算47-49
• 3.3.2 脫碳反應(yīng)的△G~φ-T關(guān)系49-50
• 3.4 高碳錳鐵粉與CO_2脫碳劑的脫碳反應(yīng)熱力學(xué)50-55
• 3.4.1 脫碳反應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算50-54
• 3.4.2 脫碳反應(yīng)的△G~φ-T關(guān)系54-55
• 3.5 高碳錳鐵粉與H_2O(g)脫碳劑的脫碳反應(yīng)熱力學(xué)55-60
• 3.5.1 脫碳反應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算55-59
• 3.5.2 脫碳反應(yīng)的△G~φ-T關(guān)系59-60
• 3.6 錳碳化物和錳氧化物之間的固-固相脫碳反應(yīng)60-63
• 3.7 脫碳劑的選擇63-64
• 3.8 本章小結(jié)64-65
• 參考文獻(xiàn)65-67
• 第四章 微波加熱場中高碳錳鐵粉和碳酸鈣粉升溫特性研究67-78
• 4.1 引言67
• 4.2 高碳錳鐵粉和碳酸鈣粉升溫特性67-69
• 4.2.1 升溫特性67-68
• 4.2.2 升溫速率方程68-69
• 4.3 高碳錳鐵粉和碳酸鈣粉混合物料的升溫特性69-72
• 4.3.1 摩爾比為1：1的升溫特性69-70
• 4.3.2 摩爾比為1：1.18的升溫特性70-71
• 4.3.3 不同摩爾比的升溫特性對比71-72
• 4.4 微波與常規(guī)加熱升溫特性比較72-74
• 4.5 微波加熱高碳錳鐵粉固相脫碳溫度預(yù)測74-76
• 4.6 本章小結(jié)76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 第五章 高碳錳鐵粉固相脫碳試驗(yàn)研究78-104
• 5.1 引言78
• 5.2 微波加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳率分析78-82
• 5.2.1 溫度對脫碳物料碳含量的影響78-79
• 5.2.2 保溫時(shí)間對脫碳物料碳含量的影響79-80
• 5.2.3 不同摩爾比對脫碳物料碳含量的影響80-82
• 5.3 微波加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳物料成分及組織結(jié)構(gòu)分析82-91
• 5.3.1 SEM分析82-84
• 5.3.2 EPMA分析84-90
• 5.3.3 XRD分析90-91
• 5.4 常規(guī)加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳脫碳率分析91-93
• 5.4.1 保溫時(shí)間對脫碳物料碳含量的影響91-92
• 5.4.2 脫碳溫度對脫碳后脫碳物料的碳含量的影響92-93
• 5.5 常規(guī)加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳物料成分及組織結(jié)構(gòu)分析93-96
• 5.5.1 SEM分析93-95
• 5.5.2 XRD分析95-96
• 5.6 微波與常規(guī)加熱場中高碳錳鐵粉脫碳對比分析96-101
• 5.6.1 脫碳率96-98
• 5.6.2 金屬損失率98-100
• 5.6.3 氧化程度100-101
• 5.7 本章小結(jié)101-102
• 參考文獻(xiàn)102-104
• 第六章 微波場中高碳錳鐵粉固相脫碳電磁性能研究104-118
• 6.1 引言104
• 6.2 高碳錳鐵粉的電磁性能104-107
• 6.2.1 介電性能104-106
• 6.2.2 磁性能106-107
• 6.3 脫碳物料的電磁性能107-114
• 6.3.1 介電性能107-110
• 6.3.2 磁性能110-111
• 6.3.3 反射損耗111-112
• 6.3.4 損耗機(jī)制112-114
• 6.4 本章小結(jié)114-115
• 參考文獻(xiàn)115-118
• 第七章 微波加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳動力學(xué)研究118-132
• 7.1 引言118
• 7.2 微波加熱場中高碳錳鐵粉固相脫碳的動力學(xué)模型118-123
• 7.2.1 速控環(huán)節(jié)的確定119-120
• 7.2.2 動力學(xué)參數(shù)的確定120-123
• 7.3 常規(guī)加熱高碳錳鐵粉固相脫碳動力學(xué)模型123-126
• 7.4 微波加熱非熱效應(yīng)分析126-129
• 7.5 本章小結(jié)129-130
• 參考文獻(xiàn)130-132
• 第八章 結(jié)論132-135
• 博士論文創(chuàng)新性說明135-137
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和成果137-139
• 致謝139

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：771530