高碳猛铁预氧化—真空脱碳制备低碳锰铁的实验研究

发布时间：2020-10-10 02:05

　　低碳锰铁是不锈钢、高锰耐热钢、合金钢、结构钢、工具钢和电焊条的重要原料之一,它既可以作为合金元素的添加剂,又可作为脱氧脱硫剂,广泛用于低碳含锰特殊钢种和军工用钢生产。硅热法和吹氧法是目前生产低碳锰铁的主要方法,但是硅热法存在热能利用差、锰回收率低、生产成本高等缺点,吹氧法则存在锰氧化严重、锰硅合金消耗大等问题。针对液相法的种种不足,固相法制备低碳锰铁成为新的研究方向。本文对低碳锰铁的研究现状进行了详细的阐述,在前人研究基础上提出预氧化-真空脱碳工艺来制备低碳锰铁,在热力学计算的基础上通过实验分别对氧化焙烧及真空脱碳过程进行了研究,借助热重分析仪,研究了高碳锰铁氧化过程的动力学,借助分析化学、扫描电子显微技术等手段考察了温度、时间等参数对焙烧及真空脱碳效果的影响。热力学计算的结果表明：0-1500℃范围内空气中焙烧时,锰及铁焙烧时会氧化,改变温度和氧分压理论上可对氧化产物进行控制,同时,锰铁中的碳化锰能够与氧气反应、脱碳；低于大气压的条件下碳化锰能与氧化锰发生固相间的脱碳反应,且体系压强明显影响该反应过的热力学平衡温度,体系压力越小,反应平衡温度越低,当残压为2Pa时,相比于常压下可降低约500℃。实验研究表明,焙烧过程存在部分氧化脱碳,当200-325目物料在600℃加热3h时物料氧化增重达到10.15%,增氧率为7.27%,物料中13.17%碳被脱除,随后焙烧3h的高碳锰铁在1100℃脱碳脱碳4h时制备出含碳0.47%的低碳锰铁。SEM-EDS表明焙烧后碳化锰与氧化锰共存于锰铁颗粒中,其中氧化锰存在于颗粒表面,碳化锰在锰铁颗粒中均匀分布,真空脱碳时,反应将从颗粒表面开始,逐渐向颗粒内部扩散。焙烧过程温度、料层F/M(堆积料层与空气直接接触的外表面积与其质量比)等因素对预氧化增重率的影响研究显示,在700℃焙烧更容易对物料氧化增重进行控制,为提高焙烧效率并使氧化均匀,对100-200目物料氧化时其料层F/M不宜超过29.71mm2/g,200-325目物料料层F/M不宜超过59.42mm2/g。对氧化过程动力学研究结果表明,10-60min内氧化过程受化学反应控制,反应的表观活化能为45.45kJ/mol。对真空脱碳过程温度、保温时间、物料增重等因素的研究结果表明,通过升高温度、延长保温时间、提高焙烧增重率有利于真空脱碳,但也会导致锰损失增加、残氧高等问题。综合考虑,实验规模高于700g条件下的优化参数为：物料预氧化增重率8%,脱碳温度1100℃,保温时间小于4h。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF642
【部分图文】：

铁相,猛矿,铁状态

Ｗ用碳还原猛矿石时，得到的是高碳}杼皇莭瑁住ｅ义希ǎ常﹠栌胩籕与铁在液态或固态均可完全互溶，图１．１为}杼刺义希郏罚荨Ｓ纱送伎汕锌闯觯篞铁烙点为１０２０－１３５（ＴＣ，在同样含碳量情况下，逡逑着Q含量增加，烙点逐渐下降。逡逑

照片,面扫描,照片,高碳

这是最根本的条件。逡逑２．３．１高碳Q铁与氧间的相互作用热力学分析逡逑由图２．邋２中的元素分布特征分析可知，猛、铁、碳的赋存特性基本一致，逡逑说明碳巧猛、铁主要Ｗ碳化物的形式结合，参考相关文献，高碳猛铁中Q逡逑的碳化物主要存在形式依次为Ｍ１１７Ｃ３、ＭｎｓＣ２、ＭＩ１２３Ｃ６，ＭｍＣ３是最主要猛逡逑的碳化物，在离碳猛铁中所占的比例最大。因此，当高碳Q铁被预氧化培逡逑２２逡逑

平衡线,氧分压,稳定性,热力学分析

第二章高碳Q铁的分析表征及热力学分析逡逑（１０）逦３／２Ｆｅ＋0２＝ｌ／２Ｆｅ３0４逦－５６３３２０＋１６９．２４Ｔ邋－２９４２１／Ｔ＋８．８５逡逑用表２．１中数据绘出Ｍｎ－０系及Ｆｅ－０系的热力学平衡图，如图２．４所示。逡逑从图２．４－ａ中可看出随着温度升高，平衡氧分压升高，氧化Q的稳定性降低，逡逑分解可能性增加。在２００－２０００Ｋ时，ＭｎＯ稳定性最高，Ｍｒｉ２化稳定性最差。逡逑图中Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ分别为Ｍｎ，ＭｎＯ，Ｍｎ］0４，Ｍｍ0３稳定区，在流动空逡逑气中加热时，可认为氧分压为２．１ｋＰａ，当温度控制在６００°Ｃ时，ＩｇＰ0２／ｐａ邋＝逡逑－０．６９，对应的点落在ＩＶ区中，即该条件下Ｍ化化稳定存在。对图２．４－ｂ，逡逑ＦｅＯ－Ｆｅ的平衡线与Ｆｅ３0４－ＦｅＯ平衡线在６００‘Ｃ相交，说明低于６００°Ｃ反应逡逑的平衡氧分皮将超过反应（８），ＦｅＯ比Ｆｅ３0４更易分解，低于６００’Ｃ时，不再逡逑存在ＦｅＯ与Ｆｅ的平衡

【参考文献】