氧化铝真空碳热还原炉瞬态温度场模拟计算

以昆明理工大学真空冶金国家工程实验室氧化铝真空碳热还原炉为研究对象,依据传热学理论和氧化铝真空碳热还原炉的结构特点,分析了氧化铝真空碳热还原炉的加热和散热过程,并用有限元法建立了真空碳热还原炉瞬态温度场数值模拟计算模型,运用ANSYS软件对还原炉在持续加热下的瞬态温度场分布进行了数值模拟计算并得出了还原炉温度场的三维分布状况,同时分析了瞬态温度场的变化情况。经过具体实验验证,模拟计算结果与实验所测的局部各点测量值误差均在2%以内,实际所测的平均值与模拟结果误差在1%以内。     

分子相互作用体积模型在真空蒸馏分离铅锡合金中的应用

运用分子相互作用体积模型(MIVM),结合Pb、Sn的无限稀活度系数γ∞Pb、γ∞Sn,通过牛顿迭代法计算出参数Bij和Bji,利用参数Bij和Bji计算Pb-Sn合金中Pb、Sn的活度系数γPb,γSn.并利用γPb,γsn进一步计算出Pb-Sn合金中Pb的分离系数βPb,结果表明βPb(》)1,Pb、Sn能够彻底地分离.同时用γPb,γsn绘制出气液相平衡图,结果表明,900℃、液相中锡含量为85％时,气相中含锡仅为0.008％.以上热力学分析表明,Pb、Sn能够通过真空蒸馏实现良好分离.进一步实验验证结果表明,900℃、20 min条件下,液相中含锡为85％时,气相中含锡为0.112％,实验结果与预测结果吻合较好.此研究为真空蒸馏分离Pb-Sn合金提供了很好的理论依据和实验基础数据.     

氧化镁真空碳热还原行为研究

本文在真空条件下碳还原氧化镁行为的热力学和动力学进行研究.热力学研究表明,氧化镁真空碳热还原反应是C直接还原MgO,动力学研究表明,氧化镁真空碳热还原反应机理符合界面化学反应模型,动力学方程为1-(1-α)1/3=0.192e-221400/RTt,表观活化能E=221.4kJ·mol-1.     

镁熔体净化技术的研究进展

镁作为新兴轻质材料在汽车、3C和航空航天领域的应用逐渐普及,伴随行业节能减排的要求提升以及材料行业的迭代更新,镁及其合金所涉及的产业领域将会进一步扩大。而镁及其合金在铸造与变形加工前,镁熔体纯净度会对其性能产生巨大影响,如熔体纯净度低会显著降低合金的抗拉强度、伸长率等力学性能,导致合金出现炸裂、破损现象。为此,镁熔体的高效除气除杂净化技术成为研究热点。镁熔体净化作为镁熔炼过程中的重要环节,一直是科研工作者不断改进优化的研究课题。本文在简要介绍镁熔体中夹杂物来源的基础上,归纳了适用于镁熔体的熔剂净化、无熔剂净化、复合净化法及其净化效果,且对真空蒸馏法净化镁熔体的相关研究进行了探讨,系统综述了镁熔体净化技术研究进展,展望了该技术的未来研究方向。     

硫酸镍电解液净化除杂工艺研究

对硫酸镍电解液的萃取净化除杂进行了系统的研究。实验采用M5640对铜离子进行除杂,实验条件为:pH值为3.0,相比为1∶1,萃取剂体积浓度为15%,振荡时间5min,在此实验条件下铜离子的萃取率大于99.83%,其含量小于0.1mg·mL-1,已达到5N镍电解液标准。去除铜离子之后,采用P507对电解液进行除杂,在实验条件pH为4.0,相比为1∶1,萃取剂体积浓度为15%,振荡时间5min下,二价铁离子、锌离子、铅离子的萃取率分别为:99.93%,99.75%,84.01%,其含量分别为:0.10,0.21,0.30mg·mL-1,已达到5N镍电解液标准。在此之后再采用P507对电解液中钴离子进行去除,实验条件为:用氢氧化钠溶液均相制皂75%,提高待萃液当中钴离子的含量至4.19g.L-1,即Co/Ni为1/10。实验采取四级萃取,控制水相pH值在4～5之间。钴离子萃取率为74.92%,含量为14.88mg·mL-1,已达到5N镍电解液标准。     

响应曲面优化粗锡真空蒸馏

采用响应曲面法优化粗锡真空蒸馏工艺,研究了蒸馏温度、保温时间和原料质量对粗锡真空蒸馏提纯效果的影响. 结果表明,蒸馏温度和保温时间对粗锡真空蒸馏影响较大,原料质量的影响较小,蒸馏温度1350~1400℃、保温时间40~60 min时可有效去除粗锡中杂质. 以97.4185%的粗锡为原料,在蒸馏温度1400℃、保温60 min的条件下,锡纯度达99.8752%,含0.012% Pb, 0.045% Sb, 0.0005% Bi和0.0005% As,Fe和Cu含量无变化,Sn直收率达99.89%.     

MgCl2-YCl3熔盐中Mg直接脱除钛废料中固溶氧研究

针对现有钛废料脱氧方法存在效率低、金属与熔盐分离困难等问题,提出了一种脱氧新方法,即在MgCl₂-YCl₃熔盐中,采用Mg为脱氧剂,借助YOCl的生成,有效促进Mg快速高效脱除钛废料中的固溶氧。热力学研究结果表明,在温度为1200 K时,采用Mg做脱氧剂,要使Ti中的氧含量降低至10^-3以下,脱氧产物MgO的活度必须降低至0.05以下;通过建立lgp(O₂)—lgp(Cl₂)优势区图可知,在Mg/MgCl₂/YOCl/YCl₃平衡下的理论脱氧极限为1.6×10^-5。在理论研究基础上,在MgCl₂-YCl₃熔盐体系中开展Mg脱氧实验研究。结果证实,YOCl的生成有效降低了脱氧副产物MgO的活度,进而促进了镁深度脱氧,Ti中氧含量可降低至10^-3以下;另外,随着YCl₃的活度逐渐增大,Ti中氧含量逐渐降低,当YCl₃的活度为0.9时,氧含量可降至6×10^-4左右。     

Marangoni效应下下拉速率对多晶硅真空定向凝固晶体质量的影响研究

通过建立多晶硅真空定向凝固过程中的传热-流动-应力多物理场耦合模型,研究了在熔体表面张力引起的Marangoni效应的作用下,不同下拉速率(5、10、15μm/s)对多晶硅硅锭质量的影响。模拟结果表明:Marangoni效应的存在,使得熔体的流速增大,引起硅料的传热发生较大转变;随着下拉速率的增大,硅料的轴向温度梯度与晶体间的热应力也随之增大;下拉速度为10μm/s时,固液界面形状最为理想。中试的实验结果也证实了10μm/s时的硅锭晶体形貌最好,有着较大尺寸的柱状晶粒,侧面地验证了模拟结果的准确性。     

真空法从铟矿中制备铟的机理研究

在真空条件下,本文采用热力学分析方法计算真空下铟矿碳热还原反应过程中发生的反应的吉布斯自由能以及起始反应温度。结果表明,当压力为10 Pa、温度高于380 K时,In2O3与C的反应满足反应发生的热力学条件。在同一体系压力下,物料In2O3:C摩尔比为1:3时,反应生成单质In所需的温度是最低的。在碳量充足条件下In2O3可直接被还原生成单质铟,随着碳的消耗,In2O3的碳热反应会生成中间产物。由此,推算在真空碳热反应过程中,碳热还原In2O3的顺序首先生成In,随着碳耗及升温生成In2O,最后生成In O。In2O3热分解生成In2O,随着体系压力的降低,反应起始温度降至423 K;中间产物In2O热分解生成单质In,当体系压力降至10 Pa时,起始温度降为781 K;In O与生成物CO反应,随着体系压力降低,吉布斯自由能增加,因此,降压不利于In O与CO反应。本文从热力学角度探讨真空制备铟热力学可行性,为下一步实际生产提供相应的理论基础。     

区域熔炼制备高纯铟的研究

以精铟为原料,采用区域熔炼方法提纯金属In,研究平衡分配系数、区熔速度及区熔次数对铟提纯效果的影响。结果表明,Ni、Cu、Ag、As、Fe、Zn通过区域熔炼有较好的去除,而Cd、Sn、Pb脱除效果较差;在熔区速度3.5 mm/min,10次熔融,可得到铟的纯度为99.9991%。结合真空蒸馏提纯铟的实验结果,采用真空蒸馏-区域熔炼的方法能获得更高纯度的金属In。