碳热预还原及二次氢还原试制超细铁粉研究北大核心

在钢带试验装置上开展了低温碳还原及氢二次还原试验试制超细金属铁粉。研究了3种不同成分的碳粉对金属铁粉产品质量的影响,结果表明低灰分、高固定碳含量碳粉符合纯金属铁粉制备的要求;添加少量催化剂,能够显著提高低温碳的还原效果,并能提高低温下的间接还原率。还原温度为850℃、加热时间为2 h、还原碳为原料中氧含量的80%,碳酸钾的加入量为0.5%~1.0%,可以得到全铁含量大于91.7%的铁粉,在此基础上750℃氢还原2 h,可以得到成分合格的超细金属铁粉,产品的D50为5~6μm,D90为10~12μm,松装密度为1.35 g/cm3。     

超纯铁精矿粉直接还原制备超细铁粉

将超纯铁精矿粉气流粉碎到微米级,用氢气直接还原制备超细铁粉,利用正交实验法研究还原温度、时间、氢气流量等工艺参数对还原率的影响。结果表明:对超纯铁精矿粉还原率的影响程度从大到小依次为温度、时间、氢气流量,综合考虑生产成本,确定最佳的还原工艺参数为温度780℃、时间60 min、氢气流量0.3 L/min。在此工艺条件下得到的超细铁粉,全铁含量为98.58%,氢损0.45%,酸不溶物含量为0.19%,其化学成分符合粉末冶金用铁粉标准,一次粒度小于5μm。     

低温还原制取超细铁粉的研究

探索了超细氧化铁粉低温还原制取超细铁粉的研究.采用高能球磨,制得不同粒度的超细氧化铁粉末,然后,分别在不同还原温度和还原时间下,进行氢气还原.对还原后的粉末进行氧含量的测定,并计算出氧化铁粉末的还原率,对还原铁粉进行粒度和粒度分布的分析,通过扫描电子显微镜,观察还原铁粉的形貌.找出超细氧化铁粉粒度、还原温度、还原时间等参数对氧化铁粉还原率、铁粉粒度、粒度分布和铁粉形貌等的影响.由于采用了高能球磨的方式破碎粉末,显著地增加了氧化铁粉末的比表面积、表面能及提高了粉末的活性.研究结果表明,较大地降低了还原温度,即使在280℃温度下,仍然可以被氢气还原.由于还原反应是在很低的温度下进行,粉末颗粒长大的动力被极大降低,所以能够制得超细铁粉.采用0.35μm氧化铁粉,在400℃的还原温度下,可以制取到粒度小于0.4 μm的超细铁粉,并且还原率接近100%.     

羰基铁粉的回转炉还原工艺研究

用羰基法生产的羰基铁粉中含有碳、氮、氧等少量杂质,分别以Fe3C、Fe4N和Fe3O4形式存在,需进一步纯化处理,以满足羰基铁粉特殊用途的要求。本文利用连续动态还原技术,采用回转炉进行试验,研究了不同条件下羰基铁粉的氢还原效果。结果表明:采用回转炉法还原羰基铁粉的最佳工艺条件为还原温度在340~400℃之间,还原时间5 h,还原压力2 kPa。所制得的羰基粉,碳、氮、氧等杂质元素含量明显降低,铁含量可达99.5%以上,具有很高的纯度。     

巴西铁矿粉流态化还原条件优化研究

采用加压可视流化床装置,对巴西铁矿粉流态化还原行为进行研究,发现适当地增加压力可以提高金属化率,添加碳粉可以改善流化状态。为进一步优化还原时间、还原压力、还原气体线速度、还原温度、碳粉含量和碳粉粒径等因素对巴西铁矿粉还原的影响,采用六因素三水平正交试验方法,对还原后巴西铁矿粉样品进行金属化率和粘结比检测,发现不同还原条件对巴西铁矿粉的影响规律。研究发现纯氢气流态化还原巴西铁矿粉的最佳条件为:还原温度为923～1 023 K,还原气体线速度0.6 m/s,还原时间30～50 min,还原压力0.25 MPa,碳粉质量分数2%～6%(占矿粉质量),碳粉粒径4～7μm。     

利用冶金含铁粉尘制备超细铁粉的试验

针对冶金含铁粉尘杂质含量较高、原始颗粒细小容易污染环境等问题，采取除杂提纯分离- 还原两步法制备超细铁粉。通过湿法反应、磁选、浮选等除杂提纯工序，含铁粉尘中SiO2质量分数降低到0.12%，CaO、MgO质量分数同时得到不同程度的下降。分离杂质后的含铁粉尘还原试验结果表明，在H2气氛、还原温度为750 ℃、保温1 h的条件下，得到的超细铁粉TFe质量分数达到99.27%，微观形貌观测颗粒平均粒径约为1 μm，比表面积为2.495 m2/g。经过压制成型及烧结试验，表明得到的超细铁粉易于压制成型，颗粒烧结反应活性好，压制的成型坯体烧结温度为850～900 ℃，明显优于常规还原铁粉。     

超细氧化铁低温还原工艺研究

研究了超细氧化铁低温氢气还原制取超细铁粉的工艺。用高能球磨获得的不同粒度的氧化铁粉末在氢气气氛下进行低温还原,利用氮氧分析仪测定氧含量,计算氧化铁粉末的还原率,分析各因素对还原率的影响,并进行比较分析,得出最佳的还原工艺参数为:还原温度为700℃,还原时间为60 min,氧化铁粉末平均粒度为0.8μm,氢气流量为1.0 L/min。     

料层厚度对粉末冶金用铁粉氢还原的影响

为了研究海绵铁粉料层厚度对钢带炉氢还原铁粉的影响,采用FeO还原及还原气体氧化相耦合的动力学,建立氢还原铁粉扩散还原动力学模型,用于计算带式还原炉内不同区域的铁粉还原分数分布。以实际生产数据为例,平均粒度为0.2 mm的海绵铁粉,残余氧含量0.74%,铺料厚度30 mm,加热时间1 h,温度850~900℃,氢气流量30 Nm~3/(t·h),实际产品残余氧含量为0.25%,计算得到的产品残余氧含量为0.27%,二者相吻合。铁粉中残氧很容易被氢还原,氢还原炉内的氢气向铁粉层内部渗透,铁粉向下逐层被还原。铺粉厚度为30 mm时,氢气穿透物料深度约为25 mm,靠近底部的5 mm几乎没有被还原。随铺料厚度加大,产品残氧升高、氢气利用率和产量都降低。将料层厚度从3 cm降低到2 cm,还原时间可缩短50%,产量提高33%,氢气用量降低50%。     

碳热还原渗氮法制备钒氮合金的试验

在100 k W中频感应炉利用工业V_2O_5粉、石墨电极粉和黏结剂制备了钒氮合金。根据加热制度将试验分为4个阶段,即1 150~1 250℃、1 280~1 300℃、1 400℃、1 450℃。考察了温度、配碳比、原料粒度及添加氧化铁对终点成分的影响。结果表明,高温有利于V_2O_5的还原,温度越高,终点成分达到目标成分所需的时间就越短。当温度达到1 400℃,原料粒度小于150μm(100目),配比为V_2O_5占69.69%,碳粉占6.97%,黏结剂占6.97%,氧化铁粉占1.39%时,终点钒质量分数平均为77.47%。终点氮质量分数与初始配碳量有关,当温度达到1 400℃,V_2O_5的还原比较充分时,终点碳和氮质量分数之和波动为20%~21%,即终点碳质量分数越大,终点氮质量分数越低。原料粒度为150μm(100目)时,V_2O_5的还原效果越好。试验过程中加入Fe2O3可提高产品的密度,有利于提高终点钒和氮的质量分数。     

还原碳化法制备超细碳化铬粉末

以纳米Cr_2O_3和乙炔黑为原料,经高温还原碳化制备超细Cr_3C_2粉末,研究反应温度、反应时间以及配碳量对Cr_3C_2粉末的粒度与游离碳含量的影响。通过热力学计算,只有当温度高于1 350 K时还原碳化反应才有可能进行,采用纳米Cr_2O_3可显著降低反应温度,在1 573 K下焙烧6 h碳化率即达到98.20%;Cr_3C_2粉末的游离碳含量随配碳量增加而显著提高,配碳量(质量分数)为理论配碳量的1.05倍时制得游离碳含量为0.23%、氧含量为0.91%(均为质量分数)、平均粒度为1μm的Cr_3C_2粉末,该粉末达到硬质合金及热喷涂应用的要求。     

低温还原钛铁矿生产高钛渣的新工艺

开发出一种低温快速还原钛铁矿生产高钛渣的新工艺，该工艺将钛铁矿和碳质还原剂(如煤粉)粉体的粒度磨细到10μm左右时，可在600℃左右实现快速还原反应将铁还原出来，冷却后通过磁选分离方式得到高钛渣和铁粉。该工艺具有冶炼温度低、能耗小、污染少等特点。同时研究开发出一种高效球磨机，可将钛铁矿粉体的平均粒度磨细到2-10μm，能耗低于100kWh/t，产量有望达到5-10t/h。     

铁精矿还原铁粉的质量稳定性

根据铁精矿还原铁粉主要质量指标的统计数据,分析了铁粉质量稳定性,其酸不溶物(AIC)含量≤0.22%,氢损(HL)为～0.1%,碳含量<0.02%。文中讨论了铁精矿粉两个阶段的还原过程,第一阶段用隧道窑还原成海绵铁,此阶段宜于过还原终点,精矿粉应被充分还原,略有渗碳,降低海绵铁的氢损值十分重要,其值应～0.8%,甚至更低,碳含量可控制于～0.3%,甚至更高。第二阶段用带式炉进行精还原,即所谓"二次还原",经破碎和合批得到合格的铁粉,该阶段的实质是脱碳还原。水是良好的脱碳剂,高温区通入少量水,形成水蒸气,是一个有效的脱碳方法。在冷却段通入干氢,控制气氛露点,将铁粉表面氧化膜还原,可以得到低碳和低氢损的还原铁粉。     

铁精矿粉粒度对精控还原工艺的影响

本文以河北承德地区的铁精矿粉为原料,选用模拟隧道窑还原工艺制备海绵铁粉,研究了铁精矿粉粒度对精控还原工艺的影响。结果表明:铁精矿粉粒度对其还原工艺影响很大,并直接影响海绵铁粉的产品性能。在既定试验条件下,随着铁精矿粉粒度的增大,其精控还原所需最优还原温度随着增加,最佳配碳量先减少后增大,而最佳还原时间随粒度的增大呈现出先增大后减小的变化趋势。究其原因为粒度过小导致的粉体烧结和粒度过大导致的粉体芯部不易还原均会阻碍还原过程的进行。45~75μm粒度区间铁精矿粉最适合作为制备优质海绵铁粉原料,其在配碳量0.8、还原温度1150℃、还原时间4.5 h的精控还原工艺下可制得的海绵铁粉的铁含量高达97.88%。     

高炉喷吹煤气后固体炉料的还原与变化

模拟高炉喷吹含氢煤气条件下炉料的变化过程,结果表明,炉料的低温还原粉化率随氢含量增加而增加.随着温度的升高炉料的低温还原粉化率降低.氢含量升高有利于铁氧化物的还原、CO的析碳,温度为900 ℃时氢对还原矿的碳含量无影响.氢含量升高,焦炭的反应后强度大幅度降低.     

氢还原体系控制水压的物相平衡计算

利用HSC Chemistry软件平台对不同温度成分下的铁氧化物还原体系进行模拟物料平衡计算,比较不同温度下氢还原、乙醇辅助氢还原、碳辅助氢还原铁氧化物的还原效果。通过计算多个体系的物料平衡,评估各阶段发生的反应,对还原温度的影响进行说明。结果表明,在各个体系中,随着氢分压增加,可以降低完全反应所需的温度,低温下还原反应效率都比较低,主要原因是低温抑制了化学反应的进行;使用乙醇辅助氢还原时,其裂解产物可以降低氧化皮完全反应的温度,但温度在350℃以上时,存在析碳现象,会影响后续热镀锌环节,需要避免;使用碳辅助氢还原时,碳在高温时可以降低体系水分压,并产生新的氢气,通过实验验证了碳辅助氢还原的可行性。     

不锈钢粉尘中低温预还原的实验研究

中位粒径1.78μm的不锈钢粉尘的成分为(%):41.0Fe、3.3Ni、24.8O、2.6Cr、4.1Ca、3.6Zn,其主要相组成为Fe₃O₄、FeO·Cr₂O₃、CrO。研究了气固比(1.6～4.0 L/g) 、还原时间(50～300 s) 、H₂-CO混合气体中CO的含量(20%～60%)和温度(500～700℃)对不锈钢粉尘还原的影响。正交试验结果表明,四个因素中气固比影响最为显著,其余依次为还原混合气体成分、还原时间和反应温度。气固比4.0 L/g,600～700℃, CO含量15%～25%,5 min内不锈钢粉尘的还原率可达50%。     

氢还原重量法测定铼酸铵制备铼粉产品中铼

通过先测定铼粉产品中杂质元素总含量,再用差减法计算铼含量的方法较为繁琐。根据低温氢还原时,除了铼氧化物Re_2O_7、ReO_2,共存金属杂质元素和他们的氧化物均被还原为金属单质而不挥发外,其余非金属元素和他们的氧化物,以及水分、铵盐均会被挥发除去这一基本原理,实验提出了采用低温氢还原样品,以氢还原前后样品质量之比计算铼的含量,最终实现了氢还原重量法测定铼酸铵制备铼粉中铼的方法。确定的实验条件如下:样品量约1.0g;采用分段升温方式进行氢还原,其程序为先室温升温至200℃,恒温30min后升温至400℃,接着恒温30min后升温至600℃,最后再恒温30min;将盛有氢还原后铼粉的石英舟置于干燥器中冷却30min,恒重1次。实验方法适用于铼粉中不挥发杂质元素总质量分数不大于0.010%时铼的测定。将实验方法用于3个铼粉管理样品、4个铼粉实际样品中99.824%~99.995%铼的测定,测定值与参考值基本一致,相对标准偏差(n=9~22)为0.001 2%~0.003 3%,加标回收率99.99%~100.01%。     

超细氧化铁粉低温还原热力学研究

研究低温还原超细氧化铁粉的还原热力学。用高能球磨法获得的超细氧化铁粉,在280-400℃的温度范围内用氢气还原。对还原后的粉末进行氧含量测定并计算氧化铁粉末的还原率,研究氧化铁粉粒度、还原温度和还原时间等参数对还原率的影响。从热力学的角度,计算不同温度下的反应自由能,分析和求证400℃以下低温氢气还原氧化铁的可行性。研究结果表明Fe2O3向Fe3O4还原反应的自由能在标准状态下为负值,因此还原反应有很大的自发驱动力,反应很容易进行;而Fe3O4向Fe的还原反应的自由能为正值,说明在标准状态下不能进行,要通过调节还原气体的分压比才能使还原反应进行,因此Fe3O4向Fe的还原反应是制约氧化铁粉还原的主要环节,它与非平衡状态下的温度、气体压力和反应物的状态存在紧密的联系。超细氧化铁粉处于非常高的能量状态,可以促使Fe3O4向Fe的还原反应在400℃以下的低还原温度下得以进行。     

缺碳预还原MoO3+氢气深脱氧工艺制备超细钼粉

以炭黑为还原剂还原MoO₃制备存在少量MoO₂的预还原Mo粉,然后对预还原Mo粉进行氢气深还原,成功制备出平均粒径为99～190 nm的超细钼粉,研究了碳热还原温度对Mo粉平均粒度和残碳量的影响。结果表明,在同一还原温度下,当C/MoO₃摩尔比从2.0增加到2.1时,产物的粒径变化很小。碳热还原温度对产物粒径和纯度有显著影响。当C/MoO₃摩尔比为2.1时,还原温度从950 ℃增加到1150 ℃,氢还原后钼粉的平均粒径从100 nm增加到190 nm,且残碳量（质量分数）由0.030%降低到0.009%。     

碳含量及烧结温度对MIM 4340合金钢组织及力学性能的影响

采用注射成形工艺制备4340低合金钢,研究碳含量与烧结温度及热处理工艺对合金钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:通过添加德国巴斯夫还原型羰基铁粉(CN)及改进型羰基铁粉(OM)的方式,分别配制不同碳含量的混合粉末,并经1 280～1 320℃保温2 h烧结后,质量分数为0.50%碳含量的样品最接近标准碳含量。烧结密度随碳含量的升高先减小后增大,随烧结温度升高而增大。烧结态显微组织由铁素体(α-Fe)、珠光体(铁素体+渗碳体Fe_3C)和贝氏体组成,抗拉强度和伸长率为762.16～1 032.03 MPa和5.25%～8.62%。0.50%碳含量、1 300℃烧结态4340合金钢样品经850℃保温0.5 h油冷及400℃保温2 h回火热处理后得到最佳力学性能,抗拉强度和伸长率达到1 510.24 MPa和4.30%,硬度为40.0 HRC。