AlF3-(Li,Na)F-(Al2O3-Y2O3)熔盐体系物理化学性质研究

为进一步优化电解制备Al-Cu-Y合金的热、动力学条件,对AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系的密度、黏度及电导率变化规律进行研究。分别采用阿基米德法、连续变化电导池常数法和旋转法测定AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系在温度为900~1 000 ℃范围内,n((Li, Na)F): n(AlF₃)=2.5时的密度(ρ)、电导率(σ)、黏度(η)随温度和组分的变化规律,结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)体系中Al₂O₃和Y₂O₃的含量一定,密度-温度、黏度-温度和电导率-温度之间均呈线性关系。在温度为950 ℃条件下,熔盐体系的密度随Al₂O₃含量的增加而线性减小,随Y₂O₃含量的增加而线性增加; 电导率随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性减小; 体系的黏度则随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性增加。      

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣对Al2O3的溶解

为了控制低碳铝镇静钢中Al₂O₃夹杂物,并提升渣系对Al₂O₃夹杂物吸附能力,采用FactSage 8.1模拟计算CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系的等黏度图和等ΔC/η(ΔC=C■-C■,η为渣的黏度)值线图。根据模拟计算图选取合适的五元精炼渣做Al₂O₃的吸附试验,试验研究了Al₂O₃在CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系中的溶解速率,讨论了Al₂O₃棒浸入深度、直径、转速、渣成分以及温度对Al₂O₃溶解速率的影响,求解了Al₂O₃在溶解过程中的活化能。最后,采用场发射扫描电子显微镜(Apreo S HiVa...     

熔盐电解制备Al-Cu-Y合金电解质 体系黏度的研究

采用旋转法测定了熔盐电解制备Al-Cu-Y合金的电解质体系Na₃AlF₆-AlF₃-LiF-MgF₂-Al₂O₃-CuO-Y₂O₃在温度900~1 000 ℃范围内的黏度,通过分析数据研究温度及Al₂O₃、Y₂O₃、CuO添加量对熔盐黏度的影响,确定了温度、熔盐组分和黏度之间的关系.结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,体系随温度升高,黏度减小;随Al₂O₃、Y₂O₃、CuO的含量增大,黏度增大;在900~1 000 ℃范围体系黏度（η）随温度（T）以及氧化物的含量W_Al2O3、W_Y2O3、W_CuO符合回归方程η=0.075-6.49×10-5T+3.7×10-4W_Al2O3+5.73×10-4W_Y2O3+6.78×10-4W_CuO.      

在Na3AlF6-AlF3-CaF2-LiF-Al2O3体系中低温铝电解

研究了Na₃AlF₆-AlF₃-CaF₂-LiF-Al₂O₃熔盐体系的物化性质,包括液相线温度、电导率和密度,并选择该体系中的低分子比电解质在100A垂直排铝式电解槽上进行了电解制铝.结果表明,用TiB₂材料做阴极,当所使用的电解质分子数比为1.5~2.0,电解温度为800~930℃时,电流效率达到84.6%~88.3%,每kgAl的直流电耗为11.5~11.83kw·h.     

超音速等离子喷涂Al2O3与Al2O3-13%TiO2涂层热震性能

采用超音速等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备了FeAl/Al₂O₃、FeCrAl/Al₂O₃、FeAl/Al₂O₃-13%TiO₂、FeCrAl/Al₂O₃-13%TiO₂四种涂层,通过扫描电镜表征微观结构,图像分析技术测量孔隙率,多峰法计算α-Al₂O₃质量分数,并测试了涂层的抗热震性能和结合强度。结果表明：超音速等离子喷涂制备的Al₂O₃涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为40.3%～42.5%,涂层孔隙率约为3.47%～3.52%,制备的Al₂O₃-13%TiO₂涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为24.0%～29.7%,涂层孔隙率...     

精炼渣中Al2O3含量对弹簧钢中夹杂物的影响

利用Factsage热力学软件,探讨Al₂O₃含量对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系及CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO系相图低熔点区域的影响,可知在Al₂O₃含量（质量分数）为15%时,对应的各相图中低熔点区域面积所占百分数最大;通过研究Al₂O₃含量对弹簧钢中夹杂物的影响,表明随着精炼渣中Al₂O₃含量增加,钢中带有棱角的Al₂O₃夹杂物增多,钢中夹杂物分布变得相对集中.在碱度为1.2,Al₂O₃含量为8%时,可将夹杂物控制在相图的低熔点区域内,此时对应夹杂物形貌多为球形,且尺寸约为5μm.     

电铝热法冶炼钒铁渣熔化性能

利用Fact Sage热力学软件Phase Diagram和Equilib模块分别计算了CaO含量对CaO-Al₂O₃-22% MgO-1% SiO₂-2% FeO系液相线的影响以及CaO、调渣剂CaF₂和B₂O₃单独或复合添加对Al₂O₃-MgO-25% CaO-1% SiO₂-2% FeO系1700℃液相量的影响.通过差热分析测定了现场实验炉渣的熔化开始温度和结束温度,验证了理论计算变化规律.结果发现:电铝热法生产FeV的炉渣中CaO质量分数应该控制在25%左右,此时熔化性能较好;调渣剂CaF₂的调渣效果好于B₂O₃,且Al₂O₃/MgO质量比较高时二者不能复合使用;考虑到工业应用效果和环境保护,CaF₂添加量应控制在2%~5%.     

Sm3+/Ce3+共掺杂B2O3-Al2O3-SiO2玻璃的结构和激光吸收性能

在硼铝硅酸盐玻璃(43B₂O₃-25Al₂O₃-32SiO₂)中进行Sm³⁺/Ce³⁺共掺杂,采用固相熔融法制备(B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂)-20Sm₂O₃-x CeO₂(x为0～6%,摩尔分数)玻璃,借助X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见-近红外分光光度计等表征方法研究玻璃的结构和激光吸收性能。结果表明,所有样品均为玻璃状,Sm³⁺和Ce³⁺均匀分布。随CeO₂的摩尔分数从0增加到2%,玻璃中桥氧的摩尔分数从60.12%增加到63.82%,而当CeO₂的摩尔分数增加到6%时,桥氧的摩尔分数下降到59.41%。CeO₂摩尔分数为2%...     

熔盐电解法制备Y-Ni合金工艺研究

以Y₂O₃为原料、YF₃-LiF为熔盐,研究自耗阴极熔盐电解法制备Y-Ni合金,分析电解电压、电解电流对合金成分、电解温度、电解效率和金属收率的影响。在61.5%YF₃-38.5%LiF(原子分数)的熔盐体系下,电解电压、电解电流对电解温度影响显著,电解温度过高,稀土金属在熔体中溶解加快,稀土金属氧化、二次反应加剧,合金中钇成分含量、电解效率以及钇金属收率随着电解温度的增加逐渐降低,实验获得的最佳电解条件为：电解电压为7.2 V±0.2 V,电解电流为555 A±5 A,电解温度为1080℃±20℃。通过对Y-Ni合金的表征分析,制备的Y-Ni合金成分较为均匀,无明显偏析现象,合金中Y∶Ni=1∶1(质量比),主要由NiY相和Ni₂Y相组成,其中YNi相占比为42.11%,YNi₂相占比为57.89%。     

基于挥发影响的CaF2-Al2O3二元相图测定与解析

 为实现对CaF₂-Al₂O₃二元相图做出有效测定与评价,首先利用FactSage软件计算和熔点测试绘制了CaF₂-Al₂O₃二元相图,共晶点成分为10%Al₂O₃-90%CaF₂(质量分数),共晶温度为1 340 ℃。通过热重-差热试验发现,该二元体系升温过程存在明显失重和吸热,温度达到1 500 ℃时,90%CaF₂-10%Al₂O₃的试样失重率可达27%,失重主要是CaF₂挥发,并伴随明显吸热峰。基于失重及挥发反应,对熔点测定过程进行成分修正,得到新的CaF₂-Al₂O₃二元相图,共晶点成分为12%Al₂O₃-88%CaF₂(质量分数),共晶温度为1 340 ℃。最后,通过荧光分析对熔化后的渣样进行成分检测,结果与新的相图基本吻合。研究结果对含易挥发组元炉渣熔点测定及相图的绘制和解析具有参考价值。     

NaCl-CaCl2熔盐体系中电脱氧制备金属Fe的工艺研究

在NaCl-CaCl₂熔盐体系中采用FFC-剑桥工艺开展了Fe₂O₃电脱氧制备金属Fe的工艺研究。重点研究了烧结工艺和电解工艺等对熔盐中Fe₂O₃电脱氧过程的影响。采用SEM分析了烧结后Fe₂O₃的微观结构, 采用XRD分析了电解前后产物的物相组成, 得到了优化的电脱氧工艺条件为:槽电压为3.2 V, 电解时间为8 h, 烧结温度为800~900 ℃, 黏结剂用量为1.5%~2.5%和电解温度为680~722 ℃。同时, 在该熔盐体系中Fe₂O₃电脱氧机理为Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe。      

冰晶石熔体的电导性质

采用电化学交流阻抗谱法研究了Na₃AlF₆(冰晶石)-Al₂O₃熔盐体系的总电导以及CaO加入对其电性能的影响.根据测得的阻抗谱,提出了等效电路,用EvolCRT电化学软件对阻抗数据进行了拟合.获得了Na₃AlF₆-Al₂O₃体系电导率随温度及Al₂O₃浓度变化的数学关系.CaO加入使得体系电导率增加.     

高品质含钛焊丝钢生产过程中夹杂物的行为演变

采用扫描电镜观察了含钛焊丝钢中夹杂物的形貌与组成,重点分析了冶炼过程中夹杂物的形成和演变规律。结果表明,LF进站前的夹杂物主要类型为球形的SiO₂-Al₂O₃复合夹杂物,其尺寸在6 μm左右;在LF精炼中,SiO₂-Al₂O₃型夹杂物转变为不规则椭球形SiO₂-Al₂O₃-CaO型夹杂物,其尺寸为5～10 μm。且随着精炼的进行,夹杂物的数量密度由LF进站前的131.81变成最终出站时的42.84个/mm2。在钢水精炼期间,夹杂物成分由最初的w(Al₂O₃)＜20%的区域向CaO含量升高的区域移动,Al₂O₃的质量分数为20%～35%;LF精炼结束后的夹杂物类型除了SiO₂-Al₂O₃-CaO外,还存在较多的近球形SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO与形状不规则的SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO-TiO_x系夹杂物。另外,在铸坯中的复合氧化夹杂物的外层还发现有TiN夹杂物析出。夹杂物成分最终在铸坯中停留在w(Al₂O₃)＜25%的区域,数量密度降低到27个/mm2左右。     

熔渣的氮容量及氮在渣气和渣钢中的分配

用铂坩埚测定了熔渣氮容量。在大气条件下,测得(质量分数/%)10CaO-33BaO-49Al₂O₃-8TiO₂和54CaO-21Al₂O₃-6MgO-6SiO₂-13CaF₂2种渣系的氮容量分别为10^-6和10^-5次方数量级。采用氧化镁坩埚测定了氮在钢与炉外精炼常用渣之间的分配系数。     

CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对ZrO2/Al2O3复相陶瓷性能的影响

以Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO)₂·4H₂O、C₈H₂₀O₄Si为原料, 采用高分子网络法制备出成分均匀、粒度分布为3~7μm、高活性的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂; 将质量分数为3%、5%、7%、9%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂添加到Al₂O₃和ZrO₂原料粉体中, 经干压成型, 在1450℃烧结温度、保温4h的工艺条件下进行常压烧结制备得到ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷试样, 研究烧结助剂添加量对复相陶瓷力学性能和显微组织结构的影响。结果表明:当添加质量分数为5%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂时, ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的综合性能最达到佳, 相对密度为94%, 显微维氏硬度为1204 MPa, 抗弯强度为321 MPa, 断裂韧性为4.52 MPa·m1/2。     

低温Al2O3悬浮电解新工艺的研究

研究了利用低熔点氟氯化物体系作电解质的低温Al₂O₃悬浮电解制铝新工艺,从20~80A电解槽上进行的电解结果,推导了电流效率的计算表达式.结果表明,影响电流效率的主要因素是槽电流和产物铝的表面积,增大槽电流和减小产物铝的表面积都能使电流效率增大.在100A电解槽上实验,当电解温度为750℃,γ-Al₂O₃平均粒度为1.22μm,电解质中F^-和Cl^-的摩尔比为1时,电流效率达到86.3%,制取1kgAl的电耗为11.73kW·h.     

熔盐电解制备Dy-Cu合金及其电极还原过程研究

采用LiF-DyF₃为基础熔盐电解质,Dy₂O₃、Cu₂O为电解原料,采用熔盐电解法制备了Dy-Cu中间合金。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)对电解产物的形貌及物相组成进行分析;通过循环伏安法分析Dy(Ⅲ)、Cu(Ⅰ)在钨阴极的电极还原过程。结果表明,LiF-DyF₃(24mol%)-3%Dy₂O₃-1%Cu₂O体系下,控制温度970℃、电解时间1.0 h,可制备Cu-Dy中间合金且合金主要物相为CuDy;当电解过程稳定进行时,相同阴极电流密度下,槽电压的变化较小,而随着阴极电流密度的提高,槽电压逐渐增大,电流效率先升高后降低;在LiF-DyF₃(24mol%)熔盐体系内,Dy₂O₃、Cu₂O电极还原过程都是一步完成,Dy(Ⅲ)在钨电极上还原电位在-0.6～-0.4 V附近;Cu(Ⅰ)在钨电极上...     

钙处理H13钢中夹杂物的转变

利用真空感应炉和扫描电镜等设备, 实验研究了钙处理对H13模具钢中夹杂物的影响, 并对钢中夹杂物的转变进行了热力学计算, 讨论了钙处理对夹杂物成分和结构的影响.结果表明:钙处理H13钢后, 夹杂物尺寸减小, 圆形度提高, 夹杂物面积比降低;夹杂物由钙处理前的Si O₂-Al₂O₃系夹杂物转变为Ca O-Si O₂-Al₂O₃- (MgO) 系夹杂物, 钢中Ca质量分数达到12×10^-6时, 夹杂物完全处于Ca O-Si O₂-Al₂O₃- (MgO) 相图的1400℃低熔点区以内;钢中高的T.O含量使Ca S不会在钙处理后形成, 钢中Ca/T.O的质量分数比达到0.3时, 复合夹杂物中的Al₂O₃将会完全消除; (Mn, Cr) S夹杂依附氧化物夹杂析出, Mn、Cr和S的偏析程度决定了复合氧硫化物夹杂的形貌.     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

NaCl-CaCl2-CaWO4熔盐体系电导率的研究

电导率作为一个重要的物理化学参数,对熔盐电解选择最佳电解质及电解温度等具有重要指导意义,通过对熔盐电导率的研究,可以间接地了解熔盐体系的离子结构.因此,关于NaCl-CaCl₂-CaWO₄ 熔盐体系导电性质的研究,对深入研究其电解机理则凸显重要,实验采用 CVCC 法测定 NaCl-CaCl₂- CaWO₄ 熔盐体系的电导率,并通过正交试验分析,研究该体系电导率与温度和熔盐组成摩尔比的关系.结果表明:升高温度或是增大 NaCl 对 CaCl₂ 的摩尔比,均能提高体系电导率,而组分摩尔比是影响体系电导率的主要因素,当 n（NaCl）∶n（CaCl₂）为 1∶1 时,即体系最低共熔点附近出现了电导率的最低值,并随着 NaCl 或 CaCl₂ 的增加,电导率也增加.