磁场作用下含铬熔渣体系析晶行为的研究

发布时间：2017-10-26 10:02

  本文关键词：磁场作用下含铬熔渣体系析晶行为的研究

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【摘要】：磁场作为一种特殊能量的物理场,能够影响熔体的流动、传质等过程,从而达到控制材料的凝固组织和晶体取向的目的。但多数研究集中于导电性相对较好的金属熔体和半导体熔体,涉及氧化物熔渣及其凝固行为的研究甚少,已有研究表明磁场作用效果取决于熔体的导电性能。本文选择由多种氧化物组成的含铬不锈钢渣体系作为研究对象,采用交流四探针法测量了不同碱度、不同Cr_2O_3含量和FeO含量下的熔渣电导率,熔渣从不同温度下淬火研究熔渣冷却析晶对熔渣电导率影响的内在机理;运用振动样品磁强计(VSM)对凝渣样品进行磁学性能测试;采取化学滴定分析手段检测凝渣中Fe~(2+)的浓度。在上述研究的基础上,进一步研究外加磁场作用下熔渣凝固及其析晶行为,通过X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对凝固后的渣样进行分析和表征,探究磁场对熔渣析出矿物相的种类、成分及微观形貌的影响。论文主要内容和结果归纳如下:(1)采用交流4探针法研究了不同碱度CaO/SiO_2(1.0、1.25、1.5)和不同Cr_2O_3百分含量(4%、7%、10%)下CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3(CSMAF)熔渣的电导率随温度变化规律。实验结果表明:所有熔渣电导率均随温度下降而减小,变化规律符合Arrhenius公式;对9组渣样进行高温淬火(水淬),对淬火样品通过XRD分析发现:在1460℃淬冷渣样中析出了尖晶石相与钙镁硅石相,表明随温度下降,液态熔渣中晶相的析出是使其电导率产生下降的主要原因之一。在碱度不变条件下,熔渣电导率随着Cr_2O_3含量的增大而减小;当Cr_2O_3含量保持不变时,熔渣电导率和活化能均随着碱度的增大而上升,电导率下降速度随温度下降却愈快。(2)研究了FeO引入对含Cr_2O_3的CSMAF熔渣电导率的影响;FeO分别以FeC_2O_4·2H_2O和2FeO·SiO_2两种方式引入。其中,2FeO·SiO_2采用铁粉、SiO_2和Fe_2O_3为原料在1230℃固相反应进行合成制取。结果发现:FeO引入能提高熔渣电导率;相比较之下,以2FeO·SiO_2方式引入FeO,熔渣电导率整体高于以FeC_2O_4·2H_2O方式引入;经过重铬酸钾滴定分析凝渣样品中Fe~(2+)含量发现:以2FeO·SiO_2方式引入FeO的凝渣中Fe~(2+)含量更接近于原始含量,表明FeO在熔渣中稳定性较高;而以FeC_2O_4·2H_2O方式引入FeO的凝渣中Fe~(2+)含量较低,说明FeC_2O_4·2H_2O在高温时分解生成的FeO有部分发生了氧化,导致FeO在熔渣中稳定性较差。(3)采用振动样品磁强计(VSM)对含Cr_2O_3的CSMAF凝渣及含Cr_2O_3和FeO的凝渣样品进行磁学性能测试,结果表明:CSMAF凝渣的磁滞回线呈现亚铁磁性特征;凝渣剩余磁化强度和磁滞损耗随Cr_2O_3含量增加而降低;对于含Cr_2O_3和FeO的CSMAF凝渣,以FeC_2O_4·2H_2O方式引入FeO的凝渣仍呈现亚铁磁性特征,且外加磁场为2T时,仍未达到饱和,但是磁滞损耗和剩余磁化强度略为提高;而以2FeO·SiO_2方式引入FeO的凝渣,呈现了亚铁磁性特征,当引入FeO的量增加到9%时,外加磁场为2T时,接近饱和,且饱和磁化强度较大。(4)研究了外加强磁场(B=8T)作用下含Cr_2O_3熔渣的析晶行为。研究发现:熔渣中磁场的介入并没有改变熔渣析出的物相组成;同时发现磁场对较高Cr_2O_3含量(7%、10%)的CSMAF熔渣析出的晶相形貌、尺寸与排列的影响不明显;对含有Cr_2O_3和FeO的CSMAF渣系,磁场的引入改变了凝固组织的微观形貌,对镁铬铁铝尖晶石相[(Mg,Fe)(Al,Fe,Cr)_2O_4]的生长和排列有较为明显的作用,使尖晶石晶粒沿磁场方向呈链条状排列趋势,而无磁场作用下,尖晶石晶体一般以较大尺寸的板状或粒状聚合体随机分布。结合上述熔渣导电性和磁性的研究结果,初步认为:FeO的引入,提高了熔渣电导率和凝渣的磁化强度,使得外加磁场的作用效果较为明显。综上所述,我们从实验上探索并发现了磁场可以改变熔渣的析晶行为。基于这一发现,可以利用磁场来调控熔渣的析晶与生长过程,为后续进一步研究磁场与氧化物熔渣凝固析晶的相互作用机理奠定了基础。
【关键词】：熔渣 电导率 交流四探针法 析晶 磁场
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X757
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 文献综述12-19
• 1.1.1 含铬不锈钢渣的基本性质12-14
• 1.1.2 熔渣的导电性14-16
• 1.1.3 磁场作用于熔体的研究16-19
• 1.2 研究的目的及意义19-20
• 1.3 课题研究内容、方案及技术路线20-23
• 1.3.1 研究内容20-21
• 1.3.2 实验方案21
• 1.3.3 技术路线21-23
• 第二章 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3-Cr_2O_3渣系导电性研究23-34
• 引言23
• 2.1 实验方案23-26
• 2.1.1 实验原料23
• 2.1.2 实验设备23-25
• 2.1.3 实验过程25-26
• 2.2 实验结果与分析26-31
• 2.2.1 实验结果26-28
• 2.2.2 结果分析与讨论28-31
• 2.3 晶体析出对电导率影响31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3-Cr_2O_3-FeO渣系导电性研究34-50
• 引言34
• 3.1 FeO以FeC_2O_4·2H_2O引入34-40
• 3.1.1 实验方案34-36
• 3.1.1.1 实验原料34-35
• 3.1.1.2 实验设备35
• 3.1.1.3 实验过程35-36
• 3.1.2 实验结果与分析36-40
• 3.1.2.1 实验结果36
• 3.1.2.2 结果分析与讨论36-38
• 3.1.2.3 熔渣中Fe~(2+)浓度滴定38-40
• 3.2 FeO以 2FeO·SiO_2引入40-48
• 3.2.1 实验方案40-43
• 3.2.1.1 实验原料40
• 3.2.1.2 实验设备40-41
• 3.2.1.3 2FeO·SiO_2的合成41-42
• 3.2.1.4 实验过程42-43
• 3.2.2 实验结果与分析43-48
• 3.2.2.1 实验结果43-44
• 3.2.2.2 结果分析与讨论44
• 3.2.2.3 熔渣中Fe~(2+)浓度滴定44-45
• 3.2.2.4 晶体对电导率影响45-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Cr_2O_3-Fe_xO凝渣磁性研究50-56
• 引言50
• 4.1 凝渣样品的磁学性能50-53
• 4.1.1 CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Fe_2O_3（CSMAF）系凝渣的磁性能50-51
• 4.1.2 不锈钢渣系中引入FeO凝渣的磁性能51-53
• 4.1.2.1 以FeC_2O_4·2H_2O形式引入FeO51-52
• 4.1.2.2 以 2FeO·SiO_2形式引入FeO52-53
• 4.2 凝渣磁性的讨论与分析53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 强磁场作用下含Cr_2O_3熔渣凝固析晶行为研究56-66
• 引言56
• 5.1 实验方案56-59
• 5.1.1 实验原料56-57
• 5.1.2 实验设备57-59
• 5.1.3 实验过程59
• 5.2 实验结果59-65
• 5.2.1 实验结果与分析59-65
• 5.2.1.1 磁场对含Cr_2O_3不锈钢渣渣系析晶行为的影响59-62
• 5.2.1.2 磁场对含FeO不锈钢渣渣系析晶行为的影响62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 在校研究成果73-74
• 致谢74

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本文编号：1098150