THERMODYNAMICS OF THE OXIDATION OF PHOSPHORUS, CARBON AND OTHER ELEMENTS IN MOLTEN IRON BATH DURING STEELMAKING

采用已知的活度数据,通过三种理論方法的計算,卽(1)氧化物分解压力P_(O_2),(2)铁液內与各元素平衡的[O]量,及(3)氧化的反应自由能ΔF,对鉄液內磷、碳及其他元素氧化的順序进行了分析和研究。文中对及計算P_(O_2)的不正确之处,及对計算鉄液內与磷、碳平衡的[O]量欠妥之处提出了討論。理論計算証明:(1)脫磷是一界面反应,沒有适当成分的炉渣是不可能进行的;(2)迅速造成高氧化鈣及高氧化铁炉渣,在較低溫度有可能在托馬斯法吹炼中使磷与碳同时氧化;(3)增加CO的分压能使碳的氧化受抑制而使磷先于碳被氧化。     

THE EFFECT OF THE IRON OXIDE CONTENT IN MOLTEN SLAGS UPON DESULPHURIZATION

根据由炉渣完全离子化理論导出的硫分配比公式: (％S)/[％S]=(2.56fs)/(γ_s--)·(∑n_+∑n_-)/(nFeO),在充分引用活度系数的条件下,研究炉渣氧化鉄含量对脫硫的作用。文內采用三种碱度的炉渣进行了計算,結果証明文献內前人对FeO作用四种分歧的評价不是相互矛盾的,而相反地是有內在联系的;它們說明FeO在不同条件下显示不同的作用,而这些不同的作用都可用上列硫分配比公式統一地表示出来。最后,对該公式能否适用于碱性化铁炉及側吹碱性轉炉炉渣,以及对該公式存在的某些缺点和問題进行了討論。     

爐渣氧化铁含量对脱硫的作用

根据由炉渣完全离子化理論导出的硫分配比公式: (％S)/[％S]=(2.56fs)/(γ_s--)·(∑n_+∑n_-)/(nFeO),在充分引用活度系数的条件下,研究炉渣氧化鉄含量对脫硫的作用。文內采用三种碱度的炉渣进行了計算,結果証明文献內前人对FeO作用四种分歧的評价不是相互矛盾的,而相反地是有內在联系的;它們說明FeO在不同条件下显示不同的作用,而这些不同的作用都可用上列硫分配比公式統一地表示出来。最后,对該公式能否适用于碱性化铁炉及側吹碱性轉炉炉渣,以及对該公式存在的某些缺点和問題进行了討論。     

转炉终渣氧化性对脱磷的影响

为了研究唐山建龙60 t转炉中高碳钢脱磷的氧化性控制原则,对转炉冶炼终点C-O、Fe-O平衡进行了分析和计算,并对钢液中溶解氧平衡的磷含量和渣中(Fe O)平衡的磷含量进行了计算。结果表明:转炉冶炼终点渣氧化性决定钢液中的磷含量,当终点钢液溶解氧在0.03%到0.045%之间时,[P]-[O]平衡磷含量是(Fe O)-[P]平衡磷含量的21~38倍;终渣(Fe O)含量大于13%,可实现终点磷含量小于0.015%。对于终点碳含量大于0.1%的钢种进行工业实验,通过加料和枪位调整提高终渣氧化性,终点平均磷含量为0.013%,脱磷率提高8%。     

电炉炼钢扩散脱氧工艺改革的理论解析

本文对电炉炼钢中扩散脱氧工艺的改革,从理论上进行解析。通过对C_粉—(FeO)平衡、C_粉—O_2气平衡及(CaC_2)—(FeO)平衡的热力学计算,表明在还原渣中,与C_粉或(CaC_2)相平衡的(FeO)低于实际(FeO)值一个数量级,同时,钢液中的实际[O]高于理论上同渣中(FeO)相平衡的[O]值一个数量级。加到渣面上的碳粉或电石绝大部份被炉气所氧化而损耗。说明扩散脱氧在实际脱氧中所起的作用不大。钢液中[O]取决于钢液中脱氧元素的浓度。     

CaO-MgO-Al_2O_3渣与IF钢液氧传递过程的电化学研究

采用44%CaO-5%MgO-51%A1_2O_3渣、IF钢液和铂丝构成三电极体系,通过理论分析和循环伏安法,研究了1 823 K高温下CaO-MgO-A1_2O_3渣在外加电场中的电化学行为。并借助扫描电镜与能谱分析,观察分析铂丝电极的微观形貌与析出物成分。结果表明,在本试验条件下,炉渣中的氧化物在外加电场中发生分解反应,渣金体系外加电场脱氧的电极反应受电势参数、离子浓度等因素控制。在脱氧过程中,炉渣中的(O2-)在阴极放电形成O_2析出,炉渣中的Fe~(2+)、Mg~(2+)、Ca~(2+)等在阳极被还原。炉渣中的氧势降低,钢液中的[O]向炉渣中扩散,从而达到钢液脱氧的目的。     

氧化镁的铝热还原Ⅰ.Al-MgO系的镁蒸汽压

用载流法测定了氧化鎂与鋁反应的平衡鎂蒸汽压。在850～1150℃温度范圍內测得的結果可用如下方程式表示:log P毫米汞柱=-9617/T 8.93 根据X射线衍射分析結果,这一反应系按如下的平衡式进行:4MgO(固) 2Al(液)=MgAl_2O_4(固) 3Mg(液)     

纯铁液中Ce-O,Nd-O平衡常数的测定

自射线照相表明,铁液中的 Ce,Nd 与 MgO,CaO 坩埚均有明显的作用.在保证Ce,Nd 与坩埚充分作用以达到平衡的条件下,应用放射性同位素~(141)Ce,~(147)Nd 及有机电解液电解法测定了铁液中溶解之 Ce,Nd 含量.用 ZrO_2(MgO)管组成的固体电解质电池测定了铁液中溶解氧的活度.计算出1550—1650℃范围内 Ce-O,Nd-O 平衡常数.对于反应 Ce_2O_(3(s))=2[Ce] 3[O]△G*_(Ce_2O_3)451150-161.68TlgK_(Ce_2O_3)=-(98611)/T 35.34对于反应 Nd_2O_3=2[Nd] 3[O]△G*_(Nd_2O_3)=375010-123.7TlgK_(Nd_2O_3)=-(81970)/T 27.04Nd 溶解于铁液的标准自由能 Nd(1)=[Nd]_(1%)△G*_(Nd)=19790-30.40Tlgγ*_(Nd)=(4326.1)/T-4.154     

镁化合物的铝热还原Ⅲ.Al-Mg_2SiO_4(橄榄石)系的镁平衡蒸汽压

用載流法测定了橄欖石(Mg_2SiO_4)与铝在943～1150℃范圍內的反应的鎂平衡蒸汽压。确定了橄欖石与鋁形成一种不稳定系,其反应方程式如下: 3Mg_2SiO_4_(固)+4Al_(液)→2MgAl_2O_4_(固)+4MgO_(固)+3Si_(固)但有过量的铝存在时,則生成Al-Si合金。生成的合金接着与氧化鎂按下列平衡式发生反应: 4MgO_(固)+2AlSi_(液)=MgAl_2O_4_(固)+3Mg_(固)+2Si_(固)查明了这一平衡系的鎂蒸汽压是符合下列方程式的:     

DETERMINATION OF EQUILIBRIUM CONSTANT OF Ce-O OR Nd-O IN LIQUID IRON

自射线照相表明,铁液中的 Ce,Nd 与 MgO,CaO 坩埚均有明显的作用.在保证Ce,Nd 与坩埚充分作用以达到平衡的条件下,应用放射性同位素~(141)Ce,~(147)Nd 及有机电解液电解法测定了铁液中溶解之 Ce,Nd 含量.用 ZrO_2(MgO)管组成的固体电解质电池测定了铁液中溶解氧的活度.计算出1550—1650℃范围内 Ce-O,Nd-O 平衡常数.对于反应 Ce_2O_(3(s))=2[Ce]+3[O]△G*_(Ce_2O_3)451150-161.68TlgK_(Ce_2O_3)=-(98611)/T+35.34对于反应 Nd_2O_3=2[Nd]+3[O]△G*_(Nd_2O_3)=375010-123.7TlgK_(Nd_2O_3)=-(81970)/T+27.04Nd 溶解于铁液的标准自由能 Nd(1)=[Nd]_(1%)△G*_(Nd)=19790-30.40Tlgγ*_(Nd)=(4326.1)/T-4.154     

铁碳系统的热力学研究——Ⅱ.铁碳相图稳定平衡部分的热力学分析

根据Smith测定及经作者修正的奥氏体内的活度及作者计算的液态铁碳合金内的活度与碳化铁的热力学函数以及其他必需的关于铁碳稳定平衡的实验及计算数据,作者对铁碳相图的稳定平衡部分作了较全面的分析。作者的计算包括:(i)石墨在铁素体內的溶解度;(ii)铁素体、奥氏体、石墨共析平衡;(iii)奥氏体、铁液、石墨共晶平衡;(iv)δ铁、奥氏体、铁液包晶平衡;(v)奥氏体、铁液二相区域的液相线及固相接。计算结果示于图3,此图与现行铁碳相图颇有不同之处。     

A THERMODYNAMIC STUDY OF THE Fe-C SYSTEM Ⅱ.THE STABLE IRON-GRAPHITE EQUILIBRIUM

根据Smith测定及经作者修正的奥氏体内的活度及作者计算的液态铁碳合金内的活度与碳化铁的热力学函数以及其他必需的关于铁碳稳定平衡的实验及计算数据,作者对铁碳相图的稳定平衡部分作了较全面的分析。作者的计算包括:(i)石墨在铁素体內的溶解度;(ii)铁素体、奥氏体、石墨共析平衡;(iii)奥氏体、铁液、石墨共晶平衡;(iv)δ铁、奥氏体、铁液包晶平衡;(v)奥氏体、铁液二相区域的液相线及固相接。计算结果示于图3,此图与现行铁碳相图颇有不同之处。     

铁碳系统的热力学研究——Ⅰ.液态铁碳合金的热力学

作者在本文中综合分析了关於液态铁碳合金中碳活度测定的諸家研究结果並比较其优劣. 然后根据Richardson与Dennis用CO_2/CO平衡法的实验数据,用Darken与Smith的统计模型与最少假定,导出了液态鉄碳合金中α′_c与N′_c的关系(α′_c=logγ′_c,/(N_Fe′)~2,标准状态为石墨),并温度对此关系的影响.计算结果符合於(i)鉄液内石墨溶解度的实验数据;(ii)与用电动势法测定液态铁碳合金中碳活度的实验数据;及(iii)奥氏体、铁液、石墨共晶平衡的要求. 根据本文所导出的α′_c-N′_c曲綫,作者算得石墨在鉄液内的溶解热为3930卡;然后依此及其他必需数据,导出下列关系:C(石墨)=C[%],△F°=3930-9.21T. 最后作者从液态铁碳合金结构的观点讨论了图1中α′_c-N′_c曲綫的形状.     

A THERMODYNAMIC STUDY OF THE Fe-C SYSTEM——I. THERMODYNAMICS OF LIQUID Fe-C ALLOYS

作者在本文中综合分析了关於液态铁碳合金中碳活度测定的諸家研究结果並比较其优劣. 然后根据Richardson与Dennis用CO_2/CO平衡法的实验数据,用Darken与Smith的统计模型与最少假定,导出了液态鉄碳合金中α′_c与N′_c的关系(α′_c=logγ′_c,/(N_Fe′)~2,标准状态为石墨),并温度对此关系的影响.计算结果符合於(i)鉄液内石墨溶解度的实验数据;(ii)与用电动势法测定液态铁碳合金中碳活度的实验数据;及(iii)奥氏体、铁液、石墨共晶平衡的要求. 根据本文所导出的α′_c-N′_c曲綫,作者算得石墨在鉄液内的溶解热为3930卡;然后依此及其他必需数据,导出下列关系:C(石墨)=C[%],△F°=3930-9.21T. 最后作者从液态铁碳合金结构的观点讨论了图1中α′_c-N′_c曲綫的形状.     

Au10催化CO氧化反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法研究了Au10团簇催化CO氧化反应的详细机理。对CO、O_2、O、CO_24种主要吸附物及CO+O_2、CO_2+O、CO+O和CO+O+O4种共吸附物的吸附行为进行计算,得到最佳活性吸附位。模拟反应分别按照Langmuir-Hinshelwood(LH)机理和Eley-Rideal(ER)机理进行,其中LH机理包括L1、L2两条路径,ER机理包括E1、E2两条路径。通过比较各路径活化能得到:CO+O_2→CO_2+O反应按照LH机理进行的可能性较大,并且相比较L1、L2两条路径,由于反应按照L1路径进行时只需克服33.9和56.4kJ·mol-1的能垒,所以反应更易按照L1路径进行,最佳反应路径为O_2(gas)+CO(gas)→O_2(ads)+CO(gas)→O_2(ads)+CO(ads)→OCOO(ads)→O(ads)+CO_2(ads);CO+O→CO_2反应分别克服6.9和4.3kJ·mol-1能垒,放热352.1kJ·mol-1,说明低温下吸附态的O原子很容易与CO反应生成第2个CO_2分子。     

晶种与溫度对拜耳法氫氧化鋁粒度的影响

緒言在拜耳法过程中,鋁酸鈉溶液經分解(decomposition)而制得氫氧化鋁。其反应如下: 2NaAlO_2+4H_2O=2NaOH+Al_2O_3·3H_2O (1) 这一反应通常是在有氫氧化鋁品种存在的条件下实現的,其作用是促使同类氫氧化鋁的生成。在任一規定的时間內,其反应速度与所加     

碳还原锌浸出渣炼铁过程的热力学分析

对锌浸出渣熔池熔炼碳还原炼铁反应过程进行了热力学分析。结果表明:Zn Fe2O4和KFe3(SO4)2(OH)6受热分解的含铁产物是Fe2O3,Zn Fe2O4在300~1800 K温度范围内不能自发分解,KFe3(SO4)2(OH)6在652.25K即可分解;高pCO/pCO2、低温(但要高于炉渣熔融的温度)有利于熔体中的Fe2O3还原生成液态铁;含硫物相低温分解后的产物有金属硫酸盐K2SO4和Ca SO4,两者热分解脱硫的有利条件均是高温及低硫分压、低氧分压(但氧分压要高于硫酸盐分解生成硫化物的限值),Ca SO4热分解脱硫比K2SO4易于进行。锌浸出渣中碱性氧化物Ca O的存在,一方面可以降低Zn2Si O4碳热还原的起始反应温度,另一方面可以提高炉渣碱度及炉渣中Ca O的活度,降低硫在铁液与炉渣中的分配平衡常数。     

阳极气体传质对铝液中氧化铝夹杂形成影响机理研究

采用第一性原理的分子动力学方法模拟研究阳极气体对铝液传质形成Al_2O_3夹杂过程的影响。结果表明,在电解铝液中,CO_2分解成CO和O,铝被氧化。反应过程相对势垒变化为初始结构(0Ha)→过渡态Ⅰ(0.019Ha)→中间态(0.030Ha)→过渡态Ⅱ(-0.042Ha)→反应结束(-0.056 Ha)。CO_2与电解铝液反应过程为:CO_2→CO_(2(ad))→CO_(ad)+[O]→CO↑+[O],3[O]+2Al→Al_2O_3,总反应为:3CO_2+2Al→Al_2O_3+3CO↑。离解产物氧与铝结合形成的铝氧键非常稳定。以电解铝液为原料,配制了一组工业纯铝试样,采用扫描电镜研究了凝固试样的组织。对高温电解铝液而言,阳极气体是一种极强的氧化剂,能同高温铝液剧烈反应生成Al_2O_3夹杂。电解铝液中氧化夹杂对铝样组织产生冶金遗传效应,氧化夹杂聚集在纯铝上,气孔比较发达,表明气体通过氧化夹杂形核、长大。     

Al_2O_3微粉添加量对镁合金微弧氧化膜特性影响

为了研究添加Al_2O_3微粉对AZ31A镁合金微弧氧化膜特性影响,在不同浓度Al_2O_3微粉氧化液中对其进行了微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察了微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析了膜层表面Ca、Mg、O、Al元素分布,X射线衍射仪(XRD)分析了相组成,测定了膜厚、硬度和氧化液中Al_2O_3表面电荷,讨论了改性机理。结果表明,加入Al_2O_3微粉后,氧化电压随Al_2O_3添加量增加先增加后降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,膜层表面Ca元素分布逐渐减少,成膜效率降低,膜层致密度和表面疏松层硬度提高,氧化膜主要由MgO和MgO_4等相组成。     

氧化时间对ZL205A铝合金微弧氧化膜层的影响

在硅酸钠体系溶液中,研究了不同氧化时间对ZL_20_5A铝合金表面微弧氧化层表面形貌、厚度、元素分布及相组成的影响。结果表明,随氧化时间的增加,氧化膜表面微孔数量减少、孔径增大,膜层厚度不断增大;膜层中的Al、Si元素略有变化,O、P元素变化并不明显;氧化膜主要由α-Al_2O_3和Mullite(Al_6Si_2O_(13))组成,随着氧化时间的增加,膜层中的α-Al_2O_3和Mullite相含量不断提高,Mullite相主要由阳极反应中生成的Si O_2及Al_2O_3共同作用而产生。