铝热还原制备高钛铁脱氧性能的研究

炉外铝热反应制备的高钛铁合金由于Al、O含量高,不能直接用于钢水精炼过程。本文研究了高铝高钛铁在钢液精炼过程中的热力学,以及高钛铁中铝和铁含量对钢液精炼过程的影响。结果表明：采用Ti和Al作为复合脱氧剂,在1873K当钢水中的aTi/aAl大于8时,脱氧产物为Ti2O3;但事实上,只有当液态钢中的aTi/aAl值高于10时,Ti2O3才会作为脱氧产物沉淀。采用高铝高钛铁作为脱氧剂,钢水中铝和钛的含量可以满足相关钢的成分要求。随着高钛铁含量的增加,精炼后的铸钢中夹杂物由硅酸盐转变为Ti-Al-Mn复合夹杂物;同时,在这些夹杂物周围形成径向针状铁素体,细化了钢的微观结构。实际系统中的aTi/aAl值为17.78（> 8）,与理论结果一致。当钢液中的氧含量高时,控制钢水中aTi/aAl的值是至关重要的。     

铝热法冶炼高钛铁合金的试验研究

针对以金红石为原料采用铝热法生产含钛65%～70%高钛铁的冶炼工艺进行了实验研究,实验结果表明,铝热法生产高钛铁在技术上是可行的,影响冶炼效果的主要因素包括:还原剂的合理配比、单位炉料发热量、造渣剂的种类和配比及保温效果.     

铝热法冶炼高钛铁合金的试验研究

针对以金红石为原料采用铝热法生产含钛65％-70％高钛铁的冶炼工艺进行了实验研究，实验结果表明，铝热法生产高钛铁在技术上是可行的，影响冶炼效果的主要因素包括：还原剂的合理配比、单位炉料发热量、造渣剂的种类和配比及保温效果。     

肯尼亚天然金红石矿沸腾氯化热力学和动力学

以焦炭作还原剂,利用天然金红石和氯气制备四氯化钛。在1173到1273 K的温度范围内,对肯尼亚天然金红石颗粒在间歇式流化床中的氯化反应热力学和动力学进行研究。体系的热力学分析显示：生成CO的反应在高温下占主导地位;若生成CO反应的比率η越大,且随着体系反应受温度的影响加剧,高温下反应的吉布斯自由能越负;同时,η增大,产物中TiCl4分压对反应的吉布斯自由能的影响趋于减小。应用气-固多相反应理论和流化床两相模型建立反应的数学模型,计算了气泡相和乳相中模型的各种参数,床层高度范围内氯气的平均浓度为0.3 mol/m^3。结果表明：天然金红石氯化反应主要在乳相中进行,反应速率主要由界面反应控制。     

铝热自蔓延法制备低氧高钛铁合金及表征

以金红石、钛精矿、Al为原料采用铝热自蔓延法制备出低氧高钛铁。研究相关反应体系的热力学及动力学问题,考察配料比、熔渣类型、发热剂等对铝热自蔓延过程的影响,采用XRD,SEM以及化学分析等技术对高钛铁合金进行表征。结果表明:反应体系的绝热温度大于1800K,反应能自我维持进行;Al还原TiO2反应的表观活化能为93.676kJ.mol-1,反应级数为0.01,Al还原TiO2和Fe2O3的表观活化能为300.740kJ.mol-1,反应级数为1.20;合金主要由TiFe2、TiFe以及Fe2TiO0.13等钛铁低氧固溶体相组成,夹杂相存在是导致合金中氧含量高及微观缺陷存在的直接原因;合金中钛、铝、铁、硅含量分别为:60.0%～62%、7.0%～11.0%、21.0%～25.0%以及3.0%左右;合金中的氧被有效去除,最低为1.85%。     

铝热还原制备高钛铁脱氧性能的研究（英文）

研究了钢液精炼过程中高铝高钛铁的热力学性能,并研究了高钛铁中铝含量和用量对钢液精炼过程的影响。结果表明:以Ti和Al为复合脱氧剂,当钢液中的a_(Ti)/a_(Al)在8以上时,1873 K处的脱氧产物为Ti_2O_3;而事实上,只有当钢液中的a_(Ti)/a_(Al)值在10以上时,Ti_2O_3才沉淀为脱氧产物。采用高铝含量高钛铁作为脱氧剂时,钢液中铝和钛的含量可满足相关钢的成分要求。随着高钛铁含量的增加,经精炼后的铸钢中的夹杂由硅酸盐转变为Ti-Al-Mn复合夹杂,同时在这些夹杂周围形成明显或部分的径向针状铁素体,细化了钢的显微组织。实际系统中的a_(Ti)/a_(Al)值为17.78(8),与理论结果一致。当钢液含氧量较高时,控制钢液中的a_(Ti)/a_(Al)值至关重要。     

热爆反应生成NiTi的热力学与动力学分析

对热爆合成NiTi反应标准吉布斯自由能(△G_T)进行计算,表明Ni_3Ti、NiTi_2和NiTi都有可能存在于反应过程中。采用差热分析(DTA)对反应体系进行了研究,用非等温热分析法求取Ni-Ti反应体系的动力学参数,建立其动力学方程。     

硫酸钠和碳酸钠对高铝铁矿钠化还原动力学规律的影响

采用纯物质试验、等温还原法和微观结构分析法研究硫酸钠和碳酸钠对高铝铁矿钠化还原动力学规律的影响。结果表明:铁-铝-硅氧化物体系添加钠盐还原焙烧时,铁氧化物的还原转变规律为Fe3+→Fe O→Fe,其中在还原初期30 min以内,添加硫酸钠时,铁氧化物的还原较添加碳酸钠的要快。硫酸钠和碳酸钠均能显著提高高铝铁矿的金属化率和还原度,加快还原反应速率,在还原初期30 min以内,不添加钠盐时还原反应速率常数为2.31,添加碳酸钠时升高到3.34,添加硫酸钠时达到3.92。高铝铁矿石还原初期(15 min以内),以硫酸钠为添加剂,球团内部金属铁晶粒明显,铁晶粒粒径范围为1~10μm;以碳酸钠为添加剂,球团内部金属铁晶粒几乎不可见,边缘可见铁晶粒与脉石成分连生。     

真空碳热还原制备Mg-Li合金热力学分析

提出了真空碳热还原制备Mg-Li合金的新思路,并对还原反应进行了热力学分析,研究了还原反应的反应式、吉布斯自由能及临界还原温度。结果表明:真空碳热还原制备Mg-Li合金具备热力学可行性,且其吉布斯自由能随真空度和反应温度的升高而降低;相同真空度下,该反应的临界反应温度低于真空碳热还原制备金属Mg、金属Li的临界温度,反应更容易进行;当真空度为10 Pa,Li_2O的相对比例为0.1时,真空碳热还原制备Mg-Li合金的临界反应温度为1345 K;在常规皮江法(真空硅热还原法)制镁的反应条件下,不论反应物料中Mg O、Li_2O相对比例为多少,真空碳热还原制备Mg-Li合金均具有热力学可行性。     

真空-还原精炼法制备低氧高钛铁合金

针对铝热还原法制备的高钛铁中O含量高、夹杂多等缺点,提出了以铝热法高钛铁为原料进行真空还原精炼制备低O高钛铁的新思路。研究了精炼温度、精炼渣等因素对精炼效果的影响,采用XRD、SEM及化学元素分析等手段对高钛铁合金进行了研究。结果表明,合适的精炼渣和较高的精炼温度对保证精炼效果十分重要;还原精炼后合金的微观结构均匀致密,夹杂物得到有效去除,O含量显著降低;2000℃时以CaO-Al2O3为精炼渣制备的高钛铁合金中钛含量为69.80%,铁含量为22.55%,铝含量为2.58%,硅含量为2.02%,O含量为2.60%,符合优质高钛铁合金的技术要求。     

Sulfur distribution in preparation of high titanium ferroalloy by thermite method with different CaO additions

Ferrotitanium is used as a deoxidizer and alloying agent during steelmaking process,which has a high demand for sulfur control.Sulfur was introduced from raw materials in the process of producing ferrotitanium by thermite method,where CaO was used as fluxing agent.At the same time,CaO has a great desulfurization capability.Effects of CaO addition on the distribution of sulfur in high titanium ferroalloy prepared by thermite method were studied in this work.The equilibrium diagram of Ti-AlFe-S system was calculated by FactSage 6.4 software package with FactPS and FTmisc database.The alloy and slag samples were characterized by X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM),inductively coupled plasma atomic emission spectrometer(ICP-AES),X-ray fluorescence(XRF)and high-frequency infrared ray carbon sulfur analyzer.The result indicates that the sulfur in the alloy firstly exists in the form of liquid FeS,thereafter TiS(s)and eventually Ti_2 S(s)during cooling.The sulfur is mainly distributed in the alloy,and only a small amount of sulfur remains in the slag.Moreover,it is noted that the sulfur in the alloy does not distribute homogeneously,and it exists in the form of solid solution phase,(Ti,Al,Fe)S.S content in the slag,the sulfur capacity of the slag and the sulfur distribution ratio(L_S)all increase with the increment of CaO addition,while S content in alloys decreases.     

自蔓延还原合成BN反应机理

结合差热分析,通过研究Ｂ２Ｏ３和Ａｌ在不同温度下的反应以及在不同氮气压力中的自蔓延实验,搪塞了Ｂ２Ｏ３－Ａｌ－Ｎ２体系自蔓延还原合成ＢＮ的反应机理。结果表明：铝热还原Ｂ２Ｏ３的反应是一个分步过程,低于８２０℃时,Ｂ２Ｏ３与Ａｌ２缓慢反应生成Ａｌ４Ｂ２Ｏ３;高于８２０℃时,Ｂ２Ｏ３与Ａｌ剧烈反应生成Ａｌ４Ｂ２Ｏ９;高于１０５０℃时,Ａｌ与在低温生成的Ａｌ４Ｂ２Ｏ９反应生成Ａｌ１８Ｂ４Ｏ３３;在更高的     

铝热反应法制备Mo增强铜基纳米复合材料的组织与性能

采用铝热反应-自蔓延烧结法制备了钼质量分数分别为5%、10%、20%的Mo增强铜基复合材料。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了复合材料的物相及微观组织形貌,并研究了钼添加量对复合材料力学性能、导电性能、热膨胀系数的影响。结果表明:该工艺制得的复合材料基体晶粒尺寸均达到纳米级,致密度均达到90%以上,硬度较纯铜提高40%以上,导电性能良好(72%IACS以上)。随着钼质量分数的增加,复合材料的硬度增加,致密度、电导率及热膨胀系数下降。当钼质量分数为20%时,复合材料的致密度为91.88%,电导率为72%IACS,硬度是纯铜的2倍,热膨胀系数较纯铜降低了13%,综合性能最佳。复合材料硬化的主要机理为强化相钼和铜基体弹性模量差别引起的模量硬化。     

双束熔体原位复合法制备Cu-TiB2合金的热力学与动力学

介绍双束熔体原位复合法制备Cu—TiB2弥散强化铜合金的原理，并对其反应热力学和动力学进行研究。计算结果表明：Cu—B和Cu—Ti合金熔体碰撞时最容易形成TiB2相；TiB粒子的形核数量随反应扩散深度的降低和母合金溶质元素浓度的增加而增加；形核数量的增加有利于获得纳米级的TiB2粒子，但增加母合金溶质元素浓度容易出现粒子团聚长大现象。据此分析了如何设计反应器形状以及反应条件的选择。     

低温镁热还原TiO2制备金属钛粉的热力学研究

本文针对TiO₂镁热还原产品氧含量高的问题进行了热力学研究,计算了反应体系的吉布斯自由能和绝热温度,绘制了反应优势区图,结果表明当反应温度高于1681 K时TiO无法被镁还原。针对这一问题,提出添加稀释剂的思路以实现对还原过程温度的抑制,计算了不同NaCl、MgCl₂添加量和初始温度对反应绝热温度的影响,指出了钛氧化物充分还原的热力学条件。最后分别以NaCl和NaCl-MgCl₂共熔盐作为稀释剂进行了实验研究,实现了钛氧化物的充分还原。     

Thermodynamics and kinetics of dissolutive wetting of Si by liquid Cu

Wetting of Si single crystals by pure copper has been studied using the dispensed drop technique under high vacuum at 1100 °C. At this temperature copper dissolved large quantities of Si during spreading. CuSi droplets presaturated in silicon were also used to obtain non-reactive spreading. From the results obtained the different contributions to “dissolutive wetting” were determined. Moreover, a simple analytical model was formulated for analysing the influence on wetting of the interfacial atomic processes and of Si transport in the liquid. It is seen that, under our experimental conditions, solute transport by Marangoni convection controls the spreading kinetics.     

Oxygen content of high ferrotitanium prepared by thermite method with different melt separation temperatures

High ferrotitanium prepared directly by the thermite method has a disadvantageously high O content(≥10 wt%)because of the short slag-metal separation time.In this study,CaO and CaF_2 are added to the melt to improve the basicity of the slag and melt separation under heat preservation is performed to strengthen slag-metal separation.The thermodynamics of the step-by-step reduction process of TiO_2 in the Ti-Al-Fe-Si-O system whose composition is close to the alloy after melt separation were calculated.Samples of alloys and slags before and after melt separation were systematically analyzed.The result indicates that the reaction that TiO is reduced by Al to Ti is the limited step in the reduction process of TiO_2.The O content of the alloys slightly decreases with temperature from 1873 to 2023 K,which agrees with the changes in the law of deoxidation limit.It is mainly attributed to the movement of chemical reactions in the alloy melt at different temperatures and slag-metal interfacial reaction.The addition of Al_2 O_3-CaO-CaF_2 slag and high temperature promote the removal of Al_2 O_3 and titanium suboxides.The minimum contents of O and Al in the alloy reach 1.84 wt% and 3.26 wt%,respectively.     

微波加热碳热还原铁酸锌的动力学及热力学

研究550-950°C下微波加热配碳还原焙烧分解铁酸锌生成ZnO和Fe3O4/FeO的工艺及机理。利用HSC热力学软件对铁酸锌分解的热力学温度进行计算,并利用碳气化控制、化学控制及扩散控制模型研究样品中铁酸锌分解的动力学行为。分析微波功率、反应温度、配碳比和时间对铁酸锌分解率的影响。结果表明：在微波加热温度750°C,C/ZnFe2O4质量比为1：3,粒径74~89μm,微波功率1.2 kW的条件下,被还原的铁酸锌样品经过浸出后,Zn的回收率可以高达97.93%。通过采用不同的动力学模型对分解动力学进行测试。结果表明：碳气化控制机制是良好的机制。碳气化反应的活化能为38.21 kJ/mol。     

镁热还原自蔓延高温合成硼化钛微粉的动力学

应用DTA技术分别测定了Mg与TiO2,Mg与B2O3及Mg与TiO2和B2O3之间的多相反应,分析了Mg,TiO2和B2O3三相可能存在的反应机制,应用Freeman-Carroll法和Kissinger法计算了反应的活化能和反应级数。结果表明Mg-B2O3-TiO2之间的反应为复杂的固-液-液反应,TiO2与Mg之间的固-液反应放出的强大热量诱发了B2O3和Mg之间的液-液反应,而Ti与B间的反应放出的热量反过来又促进前两者的反应。表观活化能在温度段760～858℃为E1=297kJ·mol-1,相应的反应级数分别为n1=0.8。采用Kissinger法计算的反应级数为0.9,与Freeman-Carroll法所得的n1=0.8基本一致。     

Thermodynamics,mechanisms and kinetics of metal dusting

A survey is given on recent research on “metal dusting” i.e. a catastrophic carburization or rather graphitization of metals and alloys occuring in carbonaceous atmospheres at carbon activities a_C>1. The thermodynamics are explained, the mechanisms for iron, low and high alloy steels, nickel and Ni-base alloys are described and the kinetics derived for iron and low alloy steels. Protection against metal dusting is possible by the presence of sulfur in the atmosphere, since adsorbed sulfur retards carbon transfer and hems graphite nucleation. Also dense oxide layers are protective, the preconditions for the formation of Cr-rich protectivee layers on steels and Ni-base alloys are shortly presenteed.