基于热重分析的(Al_2O_3–C)/Fe体系的反应动力学

借助于热分析仪,通过热重分析研究了(Al_2O_3–C)/Fe体系中的反应动力学特征。在氩气气氛和不同升温速率下,对(Al_2O_3–C)/Fe试样进行了热重实验。计算出不同阶段反应的活化能Ea、指前因子A和反应速率常数k,同时,提出了(Al_2O_3–C)/Fe体系反应的2个阶段,铁熔化前为第1阶段,主要是氧化铝和碳之间的固–固反应,铁熔化后为反应的第2阶段,主要为固–液反应阶段。在高温条件下,铁液的参与使得反应速率加快,促进了氧化铝碳热还原反应的进行。     

基于热重分析的（Al2O3–C）/Fe体系的反应动力学EI北大核心CSCD

借助于热分析仪,通过热重分析研究了（Al2O3–C）/Fe体系中的反应动力学特征。在氩气气氛和不同升温速率下,对（Al2O3–C）/Fe试样进行了热重实验。计算出不同阶段反应的活化能Ea、指前因子A和反应速率常数k,同时,提出了（Al2O3–C）/Fe体系反应的2个阶段,铁熔化前为第1阶段,主要是氧化铝和碳之间的固–固反应,铁熔化后为反应的第2阶段,主要为固–液反应阶段。在高温条件下,铁液的参与使得反应速率加快,促进了氧化铝碳热还原反应的进行。     

氮气保护下镁砂对Al–刚玉体系物相的影响

以烧结刚玉、α-Al_2O_3微粉、金属铝粉、高纯镁砂[加入量分别为3%(质量分数)、6%、15%]为原料,酚醛树脂为结合剂,制备Al–MgO–Al_2O_3系复合材料。样品成型后经过200℃烘干后在1 300℃氮气气氛下烧结。结果表明:添加金属铝粉后样品常规物理性能显著改善。样品中的主晶相为α-Al_2O_3和Mg Al_2O_4,有金属铝残留。镁砂对金属铝–烧结刚玉耐火材料物相组成影响大,当镁砂加入量为3%时形成Al_4O_4C相,镁砂加入量为6%或15%时,新相为Al_4C_3,未检测到Al_4O_4C相,镁砂添加量为15%时能检测到方镁石相。镁砂加入量大于或等于6%时,α-Al_2O_3颗粒或细粉表面形成的镁铝尖晶石包裹刚玉结构,将α-Al_2O_3表面包覆,阻断Al_4C_3与α-Al_2O_3反应生成Al_4O_4C。最后建立了该体系中新相形成机理的反应模型。     

镁铝尖晶石对铝–刚玉复合材料结构和性能的影响

以板状刚玉、电熔白刚玉、α-Al_2O_3微粉、金属Al粉、Mg Al_2O_4微粉[含量分别为3%(质量分数)、6%、9%、12%和15%]为原料,酚醛树脂为结合剂制备Al–Mg Al_2O_4–Al_2O_3样品。样品经200℃烘干后于1 300℃氮气气氛烧成。结果表明:样品常温耐压强度呈增加趋势、样品高温抗折强度增加。样品中除主晶相刚玉和镁铝尖晶石固溶体外,形成新相Al4O4C、Al N–Al2OC固溶体和少量AlxOyNz等,还有部分金属铝粉剩余。样品中金属铝的含量为12%,但经1 300℃氮气气氛烧成后,样品中既无独立Al N,也无独立的Al4C3存在,而是以Al N–Al2OC固溶体形式存在,因此不会出现因Al N或Al4C3水化导致样品性能降低或样品完全散裂的现象。样品中有AlxOyNz相生成,但因烧成温度低,未能检测到Mg Al ON。     

1600℃氮气气氛Ti–Al_2O_3复合耐火材料的相演变行为

以烧结刚玉和金属钛粉为主要原料、酚醛树脂为结合剂制备Ti–Al_2O_3复合耐火材料样品。将样品置于石墨坩埚中,在碳管炉氮气气氛下1 600℃烧成。对烧后样品的物相演变进行分析,结果表明:钛与氮气反应形成氮化钛,即使金属钛含量达到12%,也能完全氮化;形成的氮化钛多呈片状,也有一定量的晶须状碳氮化钛固溶体存在。氮气气氛中存在的微量一氧化碳气体扩散到样品内部,最终形成稳定的碳氮化钛固溶体。添加3%金属钛的样品中,添加3%石墨粉后样品强度降低约50%。添加或不添加石墨的Ti–Al_2O_3样品中均形成碳氮化钛固溶体,且碳氮化钛固溶体生成量相近。刚玉样品中出现了Al_5O_6N,在添加钛的样品中未检测到Al_5O_6N。添加金属钛的Ti–Al_2O_3样品中刚玉能稳定存在。建立了Ti–Al_2O_3样品中相演变的演变机理模型。     

不同气氛中高铬材料的抗煤熔渣性研究

采用静态坩埚法,分别在空气、氩气和埋炭3种气氛中对高铬材料进行了抗煤渣试验,采用直接观察、SEM观察、EDS分析等手段,对比分析了煤渣的侵蚀深度和渗透深度。结果表明:1)试验气氛主要影响煤熔渣对高铬砖的侵蚀程度,而对煤熔渣在高铬砖中的渗透程度影响较小;2)在空气气氛中,煤熔渣对高铬砖的侵蚀和渗透程度均比在氩气和埋炭气氛中的小;3)在氩气和埋炭气氛中,溶解在煤熔渣中的Cr2O3被还原成单质Cr并从煤熔渣中析出,使高铬材料中Cr2O3在煤熔渣中的溶解-还原-析出循环不断进行,高铬材料被熔渣严重侵蚀;4)综合比较,在氩气气氛中进行的静态坩埚抗渣试验是实验室评价高铬材料较为理想的抗渣试验方法。     

烧成温度和气氛对Al_2O_3-Cr_2O_3材料显微结构的影响

为探讨烧成气氛和温度对低铬Al_2O_3-Cr_2O_3耐火材料性能的影响,以w(Cr_2O_3)≤20%的Al_2O_3-Cr_2O_3耐火材料纯基质为研究对象,将质量分数为50%的电熔Al_2O_3细粉、10%的电熔Cr_2O_3细粉、10%的电熔Cr_2O_3微粉和30%的烧结α-Al_2O_3微粉,外加3%(w)的PVA水溶液为结合剂配料后压制成圆片试样,然后分别在空气气氛或埋炭气氛中于1 450、1 550和1 650℃保温3 h烧成,并研究烧成温度和气氛对烧后试样显气孔率、体积密度和显微结构的影响。结果表明:随着烧成温度的升高,试样的显气孔率下降,体积密度升高。显微结构分析发现,无论是空气气氛还是埋炭气氛,随着温度的升高,铝铬固溶体晶粒逐步发育长大,形成连续多孔的网络骨架结构;空气气氛下Cr~(3+)更易迁移扩散,固溶反应较为充分,烧成试样形成的铝铬固溶体晶粒更为粗大、结构连续性好。因而,空气气氛下1 650℃烧成更有利于改善Al_2O_3-Cr_2O_3材料的性能。     

喷吹CO2下铁液中Al2O3管的侵蚀实验研究

本文对在喷吹CO_2条件下铁液中Al_2O_3喷管的侵蚀情况进行了实验研究和机理探讨。结果表明:在高碳下,铁液中的Al_2O_3管可被较好地保护;而在低碳下,Al_2O_2管被侵蚀很严重;喷吹CO_2下Al_2O_3管被侵蚀的机理与喷吹O_2时有所不同,它只取决于FeO产生的量,不存在烧损问题。     

埋炭条件下铝热还原合成Al2O3-WC复合材料

利用WC来增韧Al2 O3 被认为是一种改善Al2 O3 性能的有效方式之一。作为常用的刀具材料之一 ,过去一般采用热压烧结方法制得。近年来发现 ,以自蔓延法为基础也可合成Al2 O3 -WC复合材料。但存在过程不易控制 ,成本偏高、合成过程需要氩气保护等缺点。埋炭保护是实验室和工业中处理含炭耐火材料的一种重要方法 ,经计算 ,当温度高于 110 0℃时 ,在埋炭层中CO和N2 占绝对优势 ,则可利用CO形成的还原气氛来保护材料不被氧化 ,但是并未见到关于利用埋炭层中的CO进行材料合成的报道。在对Al -WO3 体系的研究中 ,发现当实验在埋炭条件下进…     

原位尖晶石化反应对低碳MgO-Al2O3-C材料结构与性能的影响

以电熔镁砂、α-Al_2O_3微粉、鳞片石墨、和炭黑为原料,制备低碳Mg O–Al_2O_3–C材料。通过改变原料混炼顺序来影响材料内原位尖晶石化反应,研究了原位尖晶石化反应对低碳Mg O–Al_2O_3–C材料结构与性能的影响。结果表明:试验温度下体系内固相反应、气–固反应均满足尖晶石生成的热力学条件。α-Al_2O_3微粉和炭黑经酚醛树脂造粒后以碳包覆Al_2O_3球体的形态存在材料中,体系内的尖晶石主要通过气–固反生成在包覆体表面,并阻碍Mg(g)向Al_2O_3球体内部扩散,导致1 400℃热处理后有Al_2O_3残余。尖晶石层有效地结合骨料与基质,提高了材料的力学性能。     

弱还原性气氛下Fe_2O_3对高灰熔点煤矿物变化行为影响的研究

利用XRD、SEM-EDX分析了添加Fe_2O_3的LNC煤灰在高温弱还原性气氛下的矿物组成、微观形貌及微区化学组成变化情况。结果表明,Fe_2O_3的引入抑制了灰渣中莫来石的生成,高温下含铁矿物的生成及低温共熔降低了煤灰熔点;在高Fe_2O_3添加量下,多余的赤铁矿转化为磁铁矿。在弱还原性气氛中,受CO浓度及渣中溶解[O]的影响,未出现单质铁的析出现象。     

弱还原性气氛下Fe_2O_3对高灰熔点煤矿物变化行为影响的研究

利用XRD、SEM-EDX分析了添加Fe_2O_3的LNC煤灰在高温弱还原性气氛下的矿物组成、微观形貌及微区化学组成变化情况。结果表明,Fe_2O_3的引入抑制了灰渣中莫来石的生成,高温下含铁矿物的生成及低温共熔降低了煤灰熔点;在高Fe_2O_3添加量下,多余的赤铁矿转化为磁铁矿。在弱还原性气氛中,受CO浓度及渣中溶解[O]的影响,未出现单质铁的析出现象。     

Al_2O_3-Cr_2O_3耐火材料与含ZnO的铁橄榄石渣之间的相互作用

在再生铜熔炼工艺中,存在于铁橄榄石渣中的ZnO会改变渣的物理和化学性能。相应地,含ZnO的再生铜熔炼渣也会影响耐火材料炉衬的侵蚀行为。因此,本工作研究了Al_2O_3-Cr2O3耐火材料和含ZnO的铁橄榄石渣之间的相互作用,进行了静态耐火材料浸渣试验以及Ar气氛中1 200℃下的Al_2O_3坩埚试验。使用装备有波长色散光谱仪(EPMA-WDS)的电子探针微观分析仪对侵蚀的耐火材料试样的微观结构和渣组成进行分析。研究了ZnO含量对Al_2O_3溶解和Al_2O_3/渣界面反应的影响。使用热力学计算对Al_2O_3坩埚试验的结果进行了解释。     

刚玉-氮化硅-碳化硅复合材料的性能研究

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在氧化气氛下制成试样.将试样分别在1500 ℃、1550 ℃和1600 ℃保温5 h进行埋炭处理.利用XRD、SEM和EDS等检测方法,结合热力学分析,研究了氧化气氛烧成后试样的物相变化以及高温埋炭条件下Si_3N_4的稳定性.结果表明:氧化气氛烧成后生成一种莫来石固溶体Si_6Al_(10)O_(21)N_4;高温埋炭处理后Si_3N_4和Si_6Al_(10)O_(21)N_4会部分转化为SiC,Si_3N_4向SiC明显转化的温度大于1500 ℃,Si_6Al_(10)O_(21)N_4向SiC明显转化的温度大于1550 ℃.     

Oxidative desulfurization of dibenzothiophene over Fe promoted Co–Mo/Al_2O_3 and Ni–Mo/Al_2O_3 catalysts using hydrogen peroxide and formic acid as oxidants

This work reports the enhancing effect of a highly cost effective and efficient metal, Fe, incorporation to Co or Ni based Mo/Al_2O_3 catalysts in the oxidative desulfurization(ODS) of dibenzothiophene(DBT) using H_2O_2 and formic acid as oxidants. The influence of operating parameters i.e. reaction time, catalyst dose, reaction temperature and oxidant amount on oxidation process was investigated. Results revealed that 99% DBT conversion was achieved at 60 °C and 150 min reaction time over Fe–Ni–Mo/Al_2O_3. Fe tremendously enhanced the ODS activity of Co or Ni based Mo/Al_2O_3 catalysts following the activity order: Fe–Ni–Mo/Al_2O_3 NFe–Co–Mo/Al_2O_3 NNi–Mo/Al_2O_3 NCo–Mo/Al_2O_3, while H_2O_2 exhibited higher oxidation activity than formic acid over all catalyst systems. Insight about the surface morphology and textural properties of fresh and spent catalysts were achieved using scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction(XRD), energy dispersive X-ray(EDX)analysis, Atomic Absorption Spectroscopy(AAS) and BET surface area analysis, which helped in the interpretation of experimental data. The present study can be deemed as an effective approach on industrial level for ODS of fuel oils crediting to its high efficiency, low process/catalyst cost, safety and mild operating condition.     

含碳耐火材料中添加ZrB2的性状和效果

添加抗氧化剂是抑制含碳耐火材料氧化的最好方法之一。本文论述MgO-C和Al_2O_3-C系耐火材料添加ZrB_2的性状和效果。ZrB_2在抑制高于700℃尤其低于1200℃温度下含碳耐火材料的氧化是很有效的。此时,ZrB_2与CO(气)反应生成ZrO_2、B_2O_3和C,其反应式为: ZrB_2(固)+5CO(气)=ZrO_2(固)+B_2O_3(液)+5C(固)也就是ZrB_2把CO(气)还原成C(固),而形成的B_2O_3与MgO或Al_2O_3反应形成液相保护层。但随着温度的升高B_2O_3气化,使ZrB_2抑制氧化的效果降低。     

还原气氛下ZrO_2-Al材料在加热过程中的组成和结构演变

为了解决加入金属Al粉的含锆耐火制品在高温下易产生裂纹、开裂的问题,以单斜Zr O_2粉、金属Al粉、复合稳定剂Mg CO_3·Mg(OH)_2·6H_2O和Y(NO_3)_3·6H_2O为主要原料,研究了加入不同量Al粉的Zr O_2-Al材料在埋炭条件下于1 000、1 200、1 400和1 500℃加热过程中性能、物相组成和显微结构的演变。结果表明:当Al粉加入量超过1%(w)时,热处理后试样产生较多裂纹,导致试样强度急剧降低。在加热过程中,Al与气氛中的O_2、CO和N_2反应生成Al_2O_3和Al N,生成的Al_2O_3再与试样中的稳定剂Mg O发生反应生成Mg Al_2O_4导致Zr O_2失稳,而Zr O_2失稳导致的体积效应以及生成Mg Al_2O_4和Al N产生的膨胀导致试样产生裂纹。因此,在锆碳和铝锆碳材料中添加金属Al时,其加入量不宜太多,以不超过1%(w)为宜。     

高温氮气气氛对Al–Al_2O_3耐火材料性能的影响

以热固型酚醛树脂为结合剂,制备金属铝质量分数为9%的Al–Al_2O_3复合耐火材料。样品在200℃干燥24 h后,在氮气气氛下分别经1 300、1 500、1 600、1 700和1 800℃保温8 h氮化烧成。结果表明:氮化烧成后,样品中来自酚醛树脂的残碳存在于增强相Al4O4C或Al_2OC中,游离碳含量极低。在1 300℃氮化烧成后,样品中物相为刚玉和Al4O4C;在1 500、1 600和1 700℃氮化烧成后,样品中物相为刚玉、Al_4O_4C和Al_2OC;在1 800℃氮化烧成后,样品中物相为刚玉和Al_2OC。所有温度段均未出现Al4C3。经1 300、1 500和1 600℃氮化烧成后,样品显气孔率在6.0%与8.0%之间,1 600℃氮化烧成样品常温耐压强度达535 MPa,Al_4O_4C及Al_2OC有明显增强作用。     

埋炭条件下Si-MgO体系的高温相组成

为了探究Si-Mg O体系在埋炭热处理过程中的反应及高温相组成,通过热力学计算对Si-Mg O系材料的高温凝聚相组成进行了预测,表明在1 550℃埋炭热处理条件下,Si-Mg O体系中的凝聚相应为Mg_2Si O4和Si_2N_2O。实际试验表明,将粒度均0.074 mm的电熔镁砂粉与硅粉按7 3的质量比混合后制备的Si-Mg O系材料,在1 550℃保温2 h埋炭热处理后,由于体系中反应没有进行完全,还存在少量Si_3N_4。同时,原料中的杂质Ca O和Al_2O_3也参与反应,生成了固溶少量铝的透辉石相。其在高温时虽然能够形成液相而促进烧结,但是不利于材料的高温强度。因此,在实际生产中应控制原料中Ca O和Al_2O_3的含量,以达到最佳的使用效果。     

Pt-Fe催化剂次表层Fe结构表面的CO氧化反应性能

利用紫外光电子能谱等表面科学方法,研究了Pt-Fe模型催化剂的次表层Fe结构[即Pt/Fe/Pt(111)结构]在不同条件下CO的吸附及其氧化反应。结果表明,Pt/Fe/Pt(111)结构在H_2气氛或者超高真空中是种稳定结构,最外层的原子与Pt(111)相同,是密排的铂原子面;但次表层的原子中有约0.5单层的铁原子,使费米边附近(0~2.0)e V的电子态密度明显低于Pt(111)表面,从而改变表面的CO和O_2吸附以及反应性能。程序升温的紫外光电子能谱结果显示,Pt/Fe/Pt(111)表面在(100~300)K,CO的吸附受温度的影响不明显,且O_2能够吸附、活化并使共吸附的CO发生氧化反应;当温度为300 K时,O_2无法在Pt/Fe/Pt(111)表面吸附、活化,所以CO氧化反应无法进行。Pt/Fe/Pt(111)结构虽然能有效地减弱CO的吸附从而避免CO毒化的问题,但O_2的吸附和活化也受到显著抑制并影响到一定条件下CO的氧化反应。