CO2和H2O气氛下Fe-C合金薄带脱碳对比

 为了对CO₂和H₂O两种气氛的脱碳效果进行对比,将碳质量分数约为4.2%的Fe-C合金薄带分别在两种气氛中进行脱碳处理。通过热力学分析结合试验保证碳被脱除且铁不氧化的气氛条件分别为:Ar-CO-CO₂(气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,$P_{CO_2}$/(P_CO+$P_{CO_2}$)为0.26),Ar-H₂-H₂O(气体流量为500 mL/min,H₂体积分数为15%,水浴温度为313 K)。当脱碳温度为1 413 K时,Ar-H₂-H₂O气氛下,脱碳时间为50 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.6%,Ar-CO-CO₂气氛下,脱碳时间为70 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.92%。当脱碳时间相同时,Ar-H₂-H₂O的脱碳效果优于Ar-CO-CO₂的脱碳效果,由于随着脱碳反应的进行薄带表面与氧化气体反应达到平衡,Ar-H₂-H₂O反应平衡时薄带的碳活度要低于Ar-CO-CO₂气氛条件的碳活度,导致Ar-H₂-H₂O气氛条件下薄带的碳浓度梯度高于Ar-CO-CO₂气氛条件,进而导致Ar-H₂-H₂O气氛条件的扩散通量大,脱碳效果好。     

Ar-CO-CO2气氛下铁碳合金薄带气固反应脱碳动力学研究

近年来,一种固态炼钢的全新工艺受到了广泛关注,该工艺采用铁水直接固化再经氧化性气氛脱除固态金属中的碳,以达到炼钢的目的,可大幅缩短薄板钢带生产流程,降低钢中夹杂物.本工作以不同厚度铁碳合金薄带为研究对象,探讨不同温度下Ar-CO-CO2中气固脱碳动力学随高温气固反应脱碳的机理.研究结果表明:碳向反应界面的扩散是脱碳反应中的限制环节,脱碳温度的升高和脱碳时间的延长均有利于脱碳;在相同条件下,铁碳合金薄带厚度越薄,脱碳速率越快;2 mm厚的铁碳合金薄带的脱碳速率常数与脱碳温度的关系可近似表示为:k=-0.144+1.183×10-4 T;在CO-CO2气氛下,铁碳合金薄带脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应的表观活化能Ea=124.7 kJ/mol.     

H2/H2O气氛下Fe?C合金薄带气固脱碳反应动力学

为对H₂/H₂O气氛下Fe?C合金薄带的气固反应脱碳进行动力学研究,在保证快速脱碳而铁不氧化的前提下,利用可控气氛高温管式脱碳炉,研究了不同的脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对Fe?C合金薄带脱碳效果的影响。结果表明延长脱碳时间、提高脱碳温度、减少薄带厚度均可提高脱碳效果。当脱碳温度为1353 K,在脱碳过程中,薄带可以分成明显的3层,由表面到内部依次是完全脱碳层、部分脱碳层和未脱碳层。完全脱碳层的组织为铁素体,此部分碳含量最低;部分脱碳层由铁素体、渗碳体和少量石墨相组成,未脱碳层由珠光体和大量石墨相组成,此部分碳含量最高。脱碳层的厚度随着脱碳时间的延长而增加,脱碳层的厚度y与时间t平方根满足良好的线性关系,可用函数y =kt0.5描述,碳原子扩散所需扩散激活能为122.36 kJ?mol?1,脱碳反应为表观一级反应,表观活化能为153.79 kJ?mol?1。      

CO/CO2气氛下Fe-C合金气固反应脱碳

 为研究Ar-CO-CO₂气氛下Fe-C合金薄带的脱碳效果,通过热力学分析结合试验,确定脱碳气氛条件混合气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,PCO₂/(PCO+PCO₂)为0.26。以初始碳质量分数为4.2%左右的Fe-C合金薄带为研究对象,探索不同脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对脱碳效果的影响。研究结果表明,对厚度为2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度分别为1 293、1 353、1 413 K,脱碳60 min后,平均碳质量分数分别为2.748%、1.870%、1.134%。厚度分别为1、1.5、2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度为1 413 K,脱碳时间为60 min,对应的碳质量分数分别为0.32%、0.92%、1.05%。证明提高脱碳温度、延长脱碳时间、减少薄带厚度均有助于提高脱碳效果。