微波加热喷动流化床气-固相脱碳高碳铬铁粉显微结构研究

摘要

在不锈钢和铬系合金钢的制造中需要掺入大量中低碳铬铁，传统的液相生产工艺排出的冶金铬渣是一种有害的固体废弃物，使得高碳铬铁液相脱碳工艺受到环境保护的限制。因此，亟待寻求一种高效环保的高碳铬铁脱碳方法。
　　固相脱碳具有脱碳能耗低、反应温度相对较低等优点，但是这种工艺过程会受到颗粒粒度、质量、气流等动力学因素的影响，导致固相脱碳动力学条件相对较差，脱碳时间较长;微波具有反应选择性好、加热速度快、加热效率高等优点。本文通过对微波喷动流化床加热高碳铬铁粉气固相脱碳的显微结构研究，对不同试验条件下固相脱碳的效果、显微结构的差异性进行了对比分析，对物料的粘结失流情况以及脱碳物料氧化程度进行了一定研究。主要结论如下:
　　1.高碳铬铁金相显微组织以呈六方状或长柱状亮白色粗大的晶体(Cr, Fe)7C3为基体相，占总物相面积的80％以上，同时还存在少量灰色不规则形状的(Cr, Fe)23C6与铬铁素体(CrFe)的混晶相填充在基体中间。
　　2.微波喷动流化床加热高碳铬铁粉在800℃、900℃、1000℃分别保温1h、2h、3h的条件下，随着加热温度和保温时间的延长物料脱碳效果越明显，800℃保温1h的脱碳物料脱碳率最低(9.73％)，1000℃保温3h的脱碳物料脱碳效果最好，其脱碳率为49.64％。
　　3.在微波场不同的加热条件下，富金属碳化物(Cr, Fe)23C6-CrFe相由星点状逐步扩展形核为交织的密集网状，富碳碳化物(Cr, Fe)7C3由粗大块状被富金属相逐渐蚕食为蜂窝状，在1000℃保温3h的条件下，(Cr, Fe)23C6-CrFe和(Cr, Fe)7C3的物相面积各占总物相面积约50％。
　　4.通过XRD物相分析可得:800℃不同保温时间的条件下，脱碳物料中各物相晶型基本一致，各物相的峰的宽化程度略有差别，900℃和1000℃的条件下，各物相的峰的宽化程度相对于其他组别对应的物相均有明显的差别，除物料在800℃保温1h、2h，其他试验条件下的脱碳物料中均检测到有氧化相Cr2O3生成。
　　5.随着加热温度的升高和保温时间的延长，粒径为0.15mm以下的脱碳物料氧化程度逐渐加深，1000℃保温3h的物料氧化物粒径最高达到32.0um，氧化层厚度集中在4.0um～27.0um。
　　6.粒径小于0.15mm的脱碳物料，被氧化的Cr的质量分数最小为13.4％，最大为21.2％，未被氧化的Cr含量高于生产所需的最低标准。粒径大于0.15mm的物料并未出现氧化相，符合工业生产标准。
　　7.整个试验过程物料未发生失流现象，但是有部分物料发生粘结团聚，随着脱碳温度的升高和保温时间的延长，铬铁粉由亮白色逐渐变为黑色，粒径大于0.270mm和0.180～0.270mm内的脱碳物料较反应前的质量明显增大，粒径为0.075～0.045mm和小于0.045mm的脱碳物料的质量较反应前明显减小，粒径为0.150～0.106mm的脱碳物料质量虽有所增加，但变化不明显。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 铬铁合金的性质和用途

1．2．1 铬的基本性质

1．2．2 铬铁合金的分类及应用

1．2．3 中低碳铬铁的生产概况

1．2．4 高碳铬铁生产中主要碳化物的形成过程

1．2．5 固相脱碳研究现状

1．3 微波加热原理及其特点

1．3．1 微波加热技术简介

1．3．2 微波加热原理

1．3．3 微波加热的特点

1．3．4 微波加热技术在冶金行业的应用

1．4 流态化技术及其应用

1．4．1 流态化技术的分类

1．4．2 流化床的特点

1．4．3 微波喷动流化床

1．4．4 流化床的应用

第二章 试验与分析方法

2．1 试验原料

2．2 试验设备

2．2．1 微波喷动流化床

2．2．2 碳硫联测分析仪

2．2．3 金相显微镜

2．2．4 其它仪器设备和试剂

2．3 试验内容与步骤

2．3．1 高碳铬铁冷态流化试验

2．3．2 高碳铬铁微波喷动流化床热态试验

2．3．3 脱碳物料碳含量的测定

2．3．4 高碳铬铁粉金相制备与分析

第三章 高碳铬铁粉显微结构研究

3．1 引言

3．2 相图分析与差热分析

3．2．1 相图分析

3．2．2 差热分析

3．3 金相结构分析与电子探针分析

3．3．1 高碳铬铁粉金相结构分析

3．3．2 高碳铬铁粉电子探针分析

3．3．3 高碳铬铁粉XRD分析

3．4 本章小结

第四章 高碳铬铁脱碳物料的显微结构研究

4．1 引言

4．2 升温曲线和物料的脱碳效果

4．2．1 高碳铬铁粉的升温曲线

4．2．2 脱碳物料的脱碳效果

4．3 脱碳物料的金相组织分析

4．3．1 800℃脱碳物料的金相组织分析

4．3．2 900℃脱碳物料的金相组织分析

4．3．2 1000℃脱碳物料的金相组织分析

4．4 脱碳物料的XRD物相分析

4．5 本章小结

第五章 脱碳物料氧化情况和粘结失流程度的分析

5．1 引言

5．2 脱碳物料的氧化情况

5．2．1 脱碳物料氧化原因分析

5．2．2 脱碳物料的氧化程度分析

5．2．3 脱碳物料品质分析

5．3 粘结失流的分析

5．3．1 脱碳物料粒度分析

5．3．2 脱碳物料SEM-EDS联测分析

5．4 本章小结

第六章 全文结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文