一氧化碳还原铁矿的动力学研究

本文研究的任务是研究在动态条件下用一氧化碳还原氧化铁的动力学.进行试验的范围:温度900℃～1100℃,气体的流速是0.25,0.35,0.5和1公升/分.实验证明了在温度900℃～1100℃,气体流速0.25～1公升/分,矿石粒度0.5～4mm,还原反应进行在动力学区域之内。本文并且简短叙述实验数据的理论加工,分析的结果表明一氧化碳还原氧化铁的反应是一级反应,并且由此找到了反应速度常数与温度的关系:logK_1=(?)+1.987.在这一关系的基础上我们找到一氧化碳还原氧化铁的活化能,其数值是18.85千卡/克分子.     

白云鄂博矿气基还原试验研究

通过热重分析、XRD与SEM等试验手段,利用氢气和一氧化碳对白云鄂博矿在650~1 050℃温度范围内的气基还原过程进行了研究,并研究了还原温度和时间、气体流速对样品的金属化率和微观形貌的影响。结果表明,当还原温度为850℃、气体流速为200 m L/min时已经能保证较好的还原率。此条件下氢气还原20 min,金属化率可达到70%以上;一氧化碳还原40 min,金属化率可达到82%。     

H2还原铁矿石球团的动力学研究

通过热重分析实验、XRD和金相分析等实验手段,对铁矿石球团在600～1 000℃温度范围内的H2还原过程进行了探讨,并采用未反应核模型对铁矿石球团的H2还原动力学进行分析。结果表明:H2还原铁矿石球团的过程具有明显的阶段性特征,还原速率整体上随着温度的升高而增大,然而在700～900℃温度范围内出现了还原速率的迟滞现象。在本实验条件下,整个还原过程的速率由外扩散、内扩散和化学反应混合控制,反应的表观活化能为39.49 kJ/mol。     

微尺度氧化铁粉还原过程的动力学模拟

用热重分析法研究中低温条件下,氢气还原不同粒度氧化铁的过程,并提出了多颗粒反应料堆动力学模型,以模拟氧化铁微粉在中低温下的还原过程.该模型包括了化学反应动力学方程和颗粒间的气体扩散方程,采用全隐式有限差分方法对控制方程进行数值求解.通过计算得到不同粒度铁矿粉组成的反应料堆在不同温度下,还原率随时间的变化规律,并根据气体浓度在反应过程中的行为得知化学反应和气体扩散在反应速率控制过程中所起的作用.数值模拟数据与试验结果基本吻合.     

微纳米氧化铁粉低温还原动力学及机理的研究

研究了<1μm氧化铁粉在500℃、380℃、260℃、150℃温度下氢还原时,还原温度和氧化铁粉粒度对还原率、还原过程和还原产物相结构的影响.结果表明,500℃和380℃下还原速度较快,分别在15和23min后即能完成还原.在260℃和150℃下还原甚为缓慢;粉末粒度的细化在还原初期可明显提高还原速度,但随着还原反应的进行,在试验条件下粒度对反应的有利影响逐渐减缓;在温度<570℃的低温下氧化铁还原过程经由Fe2O3→Fe3O4→Fe两步进行,其整个反应速率受控于Fe3O4还原为Fe的反应过程,实验中并没有发现富氏体的存在.     

NiCrAIY涂层对Ni基高温合金K17抗氧化性能的影响

采用电弧离子镀技术在铸造Ni基高温合金K17上沉积NiCrAlY涂层,测定了K17合金和NiCrAlY涂层在900℃～1100℃的氧化动力学曲线.实验结果表明:K17合金和NiCrAlY涂层在不同温度静态空气中氧化动力学曲线基本符合抛物线规律.900℃和1000℃时,K17合金上沉积NiCrAlY涂层后,明显改善了合金的抗氧化性.1100℃时,涂层的保护作用不如900℃和1000℃.900℃氧化时,NiCrAlY涂层氧化膜由α-A12O3和Cr2O3组成;1000℃氧化时,氧化初期,NiO、Cr2O3和A12O3 3种氧化物同时生成.随着氧化的进行,不仅氧化膜增厚,而且发生较复杂的反应,氧化膜的相组成发生变化.随着氧化温度升高,涂层和基体之间元素扩散加剧,Ti从基体扩散到涂层表面形成氧化物是导致涂层抗氧化性降低的原因之一.氧化膜从涂层上剥落下来,也导致了涂层抗氧化能力降低.     

镁热还原法制取金属钛的实验研究

对镁热还原二氧化钛制备金属钛反应过程进行了热力学分析,在此基础上,探索了二氧化钛"真空镁热还原-酸浸除杂"制取钛粉的新工艺.结果表明:镁还原二氕化钛在热力学上是可行的,且反应为教热反应;镁的热还原在实验条件下是压力减小的气固反应:在环境压力为10Pa～30Pa、温度为900℃～1400℃的条件下,低温利于钛粉的生成;过程中氯化钙的添加对还原影响不明显;在反应温度为900℃,反应时间为4h的条件下可得科粉状金属钛.     

真空下碳热还原氧化铝的热力学

对真空条件下碳热还原氧化铝进行热力学研究.结果表明:在1 643～1 843 K的温度范围内,真空碳热还原氧化铝生成气体产物,该气体在温度降低时发生二次反应形成冷凝物,反应过程中体系压力保持在5～150 Pa.热力学分析表明:当体系压力为1～100 Pa时,在1 200～1 900 K的温度范围内,碳热还原氧化铝生成Al2O、Al和CO;生成Al2O的初始反应温度低于生成Al的初始反应温度,但反应温度高于一定值时,更易生成Al气体,该温度取决于体系的压力;当CO的分压分别为1、10和100 Pa时,Al2O稳定存在的温度分别高于1 462、1 560和1 674K,Al气体稳定存在的温度分别高于1 514、1635和1 777K.     

甲烷气体还原锰矿和水热沉淀法制备纳米MnO2

采用甲烷气体还原锰矿、溶解和水热沉淀方法制备MnO2纳米棒.甲烷气体还原反应在850、875、900、925和950℃下进行120 min,生成a-MnO2纳米棒的沉淀反应在25～90℃下进行90 min.采用SEM和X射线衍射对制备的产物形貌和颗粒尺寸进行表征.采用比表面分析仪测定产物的BET和BJH值.结果表明,在反应温度950℃下,MnO相大量生成,而MnO2相消失.所制备的α-MnO2纳米棒的平均直径约为50 mm,其BET比表面积为174 m2/g.     

氟磷灰石还原的影响因素和等温动力学

为深入了解高磷铁矿煤基还原过程中氟磷灰石还原行为的影响因素和等温动力学参数,试验采用纯矿物配比的方式研究了二氧化硅含量、氧化铁含量、碳用量、还原时间和还原温度对磷灰石还原度的影响,并在此基础上,探明Ca10(PO4)6F2-SiO2-Fe2O3-C体系下氟磷灰石还原的等温动力学机理函数和动力学方程。结果表明:在一定的条件下,增加二氧化硅、氧化铁、碳用量、还原时间或还原温度均能够促进氟磷灰石的还原反应。在Ca10(PO4)6F2-SiO2-Fe2O3-C体系中,二氧化硅和氧化铁与氟磷灰石的最佳含量比分别为1.8和2.2,最佳C/O摩尔比为2.0。在最佳反应物用量条件下,氟磷灰石深度还原的最佳动力学机理函数为A1/3:1/3(1?α)[?ln(1?α)]?2;最佳动力学方程为:k(T)=3.89033×10^7exp(?282.748×10^3/RT),其中,指前因子为3.89033×10^7 min^?1,活化能为282.748 kJ/mol。还原反应的限制环节为固态扩散。     

等离子还原与熔炼

1.等离子还原等离子还原是铁矿石直接还原的方法之一。在传统的气体直接还原过程中,燃料燃烧所产生的热量是通过热交换系统传给反应区的。由于热交换器件的抗热性能的限制,温度一般不能超过1000～1100℃,而且需加入催化剂,才能加速反应的进行。如果在反应过程中产生了硫,就会立即破坏所使用的催化剂。因此催化剂只能和不含硫的燃料一起使用。这样,就只能使用天然煤气了。在等离子还原过程中,热能通过等离子发     

TiC颗粒增强钛基复合材料的热变形行为研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行热压缩试验,研究了变形温度为900～1150 ℃,应变速率为0.001～10 s-1的TiC颗粒增强钛基复合材料的热变形行为.根据所得应力应变曲线分析了该合金的热变形特征,计算了α+β区域的平均变形激活能为799 kJ/mol,β区域平均变形激活能为105 kJ/mol.并根据动力学模型建立了加工图,分析了加工图中的高功率耗散区和流变失稳区,确定了不同区域的变形机制.观察了变形后的显微组织.结果表明:在温度范围为900～980 ℃,应变速率范围为0.001～0.1 s-1的低应变速率区域发生了超塑性和动态再结晶;在温度范围为1000～1100 ℃,应变速率范围为0.1～10 s-1的高应变速率区域变形机制主要是由亚晶界迁移扩散控制的动态再结晶.两个流变失稳区分别发生在温度为900～950℃,应变速率为0.1～10 s-1的区域和温度为1080～1130 ℃,应变速率为0.001～0.01 s-1区域.     

CO还原固态铁氧化物的动力学研究

研究了在1618K的温度下，用CO或CO与Ar的混合气体还原熔点附近浮士体的反应动力学。实验表明表观还原速度正比于气体中的CO分压，并与气体流量的0．79次方有关。     

固溶处理对Fe-25Mn-1Al-0.2C钢组织性能的影响

设计了一种低层错能TWIP(Twinning Induced Plasticity)Fe-25Mn-1Al-0.2C钢,对该钢分别在900、1000和1100℃进行了固溶处理实验,研究了实验钢的微观组织和力学性能。结果表明:实验钢晶粒尺寸随着固溶温度的升高和时间的延长而增大。在1100℃时,退火孪晶贯穿整个晶粒。实验钢的抗拉强度随着固溶温度的升高而降低。当固溶温度为900℃时,随着真应变的增加,应变硬化率缓慢地降低。当固溶温度为1100℃时,均匀塑性变形分为三个阶段,并且观察到孪晶交割。     

Mn、Si合金化和退火温度对Fe-Cr-Mo减振合金性能的影响

采用弯曲共振法测量合金的减振性能,研究了添加0. 3%Mn、0. 5%Si元素及不同的退火温度对Fe-Cr-Mo减振合金性能的影响。结果表明,Fe-Cr-Mo合金在900～1100℃退火温度范围内,随着退火温度的升高,阻尼和强度先增大后减小,均在1000℃存在峰值,而冲击吸收能量逐渐减小。同时,0. 3%Mn、0. 5%Si合金元素的添加对Fe-Cr-Mo合金减振性能和力学性能有较大影响。900℃和1000℃退火时,合金阻尼值分别降低10. 6%和16. 8%,1100℃退火时,阻尼值提高8. 1%。900～1100℃退火时,添加0. 3%Mn和0. 5%Si元素使抗拉强度提高;冲击吸收能量在900℃提高9. 1%,在1000℃和1100℃分别降低90. 8%和75. 4%。     

机械与热综合活化法制备超细WC-Co粉末

研究了WO3、Co3O4和石墨混合粉末经高能球磨活化后再分步进行还原和碳化反应制备超细WC-Co粉末的过程.结果表明:球磨30 h后,粉末粒径达到70～100 nm.450～700℃温度范围内球磨粉在流动H2和Ar混合气体中经2 h还原时,随着还原温度的升高,WO3还原反应顺序为WO3→WO2.9→WO2.72→WO2→W,700℃时可实现完全还原;Co3O4在450℃完全还原为Co,随着温度的进一步升高和时间的延长,Co与W反应转变为Co3W;最终还原产物由W、Co、Co3W和石墨组成;在700～1 000℃温度范围内还原粉在流动Ar中碳化时,随着碳化温度的升高,碳化反应按W(Co3W)→Co6W6C→Co3W3C→W2C→WC的顺序进行,在900℃下还原粉在2 h内可完全碳化,得到WC颗粒尺寸约为200～300 nm的WC-Co复合粉末.     

AerMet100超高强度钢热变形行为

在热模拟机上对AerMet100超高强度钢进行了恒温和恒应变速率的热压缩实验,温度范围是900℃～1100℃,应变速率范围是0.01s-1～10s-1。实测了高温下应力-应变关系曲线,观察了变形后的显微组织,计算了材料的激活能,并建立了峰值应力与变形温度和应变速率的关系。结果表明,材料的流动应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;材料在不同变形条件下其软化机制分别受动态回复和动态再结晶控制;在实验条件范围内,AerMet100超高强度钢的再结晶温度在1000℃～1050℃之间,材料的热变形激活能为261.2kJ/mol。     

退火温度对Fe-Cr-Mo合金减振性能及力学性能的影响

采用弯曲共振法测量Fe-Cr-Mo合金的减振性能,通过光学显微镜和扫描电镜对合金组织进行观察,研究了退火温度（900～1100℃）对Fe-Cr-Mo合金减振性能和力学性能的影响。结果表明,Fe-Cr-Mo合金在900～1100℃退火温度范围内,随着退火温度的升高,合金的内耗先升高后降低,在1000℃达到峰值4. 7×10^-3。同时,退火温度对合金的力学性能有明显的影响。900℃退火后,合金的抗拉强度和塑韧性最好,抗拉强度为513 MPa,伸长率为37. 25%,断面收缩率为83%,冲击吸收能量为414 J。1100℃退火后,规定塑性延伸强度最大,为395. 5 MPa。      

石灰存在条件下铁闪锌矿的碳热还原动力学（英文）

采用热重法研究石灰存在条件下铁闪锌矿的直接碳热还原,以确定生产Zn(g)而没有SO2(g)污染的技术可行性。部分反应的样品X射线衍射分析表明,还原反应是通过形成ZnCaOS和Ca₂Fe₂O₅中间产物进行的,最终产物为Zn(g)、固体Fe和CaS。温度对还原速率存在重要影响。在1100℃下,对于300 mg (Zn,Fe)S:CaO:C比为1:1:1的样品,10 min左右可实现铁闪锌矿的完全转化。用ln(1-X)=-kt模型分析总还原反应的动力学,发现在1000～1150℃、转化率不超过0.95时,该模型很好地描述试验数据,在此温度范围内确定的活化能为257 k J/mol。研究结果证实该方法生产Zn(g)而不产生有害的SO₂(g)排放的技术可行性。     

NiAl-28Cr-6Mo共晶合金的高温氧化行为

本文采用恒温氧化实验方法,在900～1150℃下测试了NiAl-28Cr-6Mo共晶合金的氧化性能,分析了合金的氧化动力学,SEM观测了合金表面以及横截面的形貌.研究表明,NiAl-28Cr-6Mo共晶合金在900～1100℃下合金表面生成了连续的Al2O3氧化膜,具有较好的抗氧化性能;900～1000℃氧化膜主要由θ...