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.     

微波-氢气协同还原钒钛磁铁矿精矿的冶金效果

为实现钒钛磁铁矿资源的高效合理利用，采用微波-氢气协同还原钒钛磁铁矿精矿粉/造块以及生物质复合造块，并对其还原的冶金效果进行解析。研究结果表明，还原产物具有较高的金属化率，平均达94%以上；精矿粉/造块的还原产物金属铁均呈多孔海绵状结构，未彻底被还原的钛铁共生矿中钛、铁氧化物交错分布且也伴有孔洞，但造块后还原生成的金属铁气孔结构更为发达、致密；生物质复合造块的还原产物内部存在发达的裂纹，金属铁呈大直径颗粒状，部分难还原氧化物被金属铁包裹。生物质的添加起到还原作用并产生可供气体扩散的孔隙。据此提出了“精矿球团/生物质复合球团-微波氢气还原-球磨磁选-尾矿高温还原”的“两步法”钛铁分离工艺策略，目前该策略虽然仍是一个笼统的概念，但微波-氢气协同还原方式既保证了产物较高的金属化率，又促进了产物形成孔洞和裂纹，这为钛铁分离提供了有利的矿物学条件。     

Fe-C-Si合金固态脱碳过程氧化层演变规律

结合钢铁行业综合低碳减排研究现状，提出了电炉+固态脱碳制备硅钢的工艺构想。由于在固态脱碳过程中钢表面会形成氧化层，试验以1 mm Fe-Si-C(Si 1.5%～3.5%;C 0.18%～0.48%(质量分数))合金为研究对象，在H₂O-H₂气氛下开展固态脱碳研究，以此来揭示脱碳过程中表面氧化的规律。利用FactSage热力学软件绘制H₂O-H₂气氛下Fe-C-Si氧化热力学平衡相图，明确了各温度、气氛条件下Fe、Si选择性氧化的热力学规律。在1 423 K温度下开展固态脱碳试验，结果表明，脱碳效果良好，脱碳后碳质量分数可达到0.02%以下；气氛p_H2O/p_H2小于0.31时(p_H2O、p_H2分别为水蒸气和氢气的分压),固态脱碳后Fe-C-Si合金表面氧化物主要为SiO₂,气氛p_H2<...     

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。     

固态脱碳法制备高强塑性成分梯度中锰钢

如何打破金属材料强度与塑性的权衡关系一直是材料科学中长期存在的难题。大自然中许多生物体内部都形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构，这使它们更加的坚韧。据此提出了一种利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略，为了证实这一工艺构想的可行性，以厚度为1 mm、成分为2.7%C-12%Mn-Fe(质量分数)合金为研究对象开展固态脱碳研究，试验所制备成分梯度中锰钢获得了良好的强度和延展性。试验结果表明，在H₂O-H₂气氛下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.23%;利用辉光放电光谱仪和光学显微镜检测，脱碳和热轧后的中锰钢板在厚度方向上均形成了明显的成分梯度，并在中锰钢板截面上获得了一种整体性的梯度结构；利用维氏显微硬度仪检测得到中锰钢板厚度方向上呈现了硬度的梯度分布，在固态脱碳作用下中锰钢表面和中心形成了成分和组织的过渡层，使表面到中心硬度由668HV逐渐过渡至747HV,这种中心与表面的硬度梯度也为产生连续的应变硬化奠定了基础；均质钢提高强度而进行变形时，其延展性通常会急剧下降，制备的成分梯度中锰钢板抗拉强度分别达到了1 513.5 ...