富稀土高炉渣含铝压块在纯铁中直接合金化行为研究
发布时间：2021-08-14 08:47
研究了富稀土元素高炉渣含铝压块中稀土直接合金化行为。在氩气保护的高温管式炉中将含铝高炉渣压块在1550℃保温1 h,采用X射线衍射仪和场发射电子显微镜中的能谱扫描及电子背散射衍射（EBSD）技术分析铝热还原的微观过程。利用30 kg级中频感应炉冶炼10 kg纯铁,待铁水熔化后加入100 g高炉渣和40 g铝粉压成的自还原块进行稀土元素直接合金化,分别在不同时间取样,利用电感耦合等离子体质谱仪检测铁水样中的镧和铈的含量。结果表明,铝热还原富稀土高炉渣中稀土元素的微观过程有三个阶段:首先是铝热还原硅元素的过程,SiO2→Al9Si→Si;然后是硅热还原钙元素的过程,CaO→CaSi2;最后是CaSi2还原稀土元素的过程,CaSi2→(Ca0.8RE0.2)Si2。铁水中镧和铈的含量随时间变化都是先增加,后略有下降并趋于平缓,最终冷却至室温的铁块中镧和铈的含量为1.5×10-6和2.78×10
【文章来源】：稀土. 2020,41(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
富稀土高炉渣含铝压块
图2为自还原块经过铝热还原后的X射线粉末衍射图谱,可以看出,经过还原反应后,还原产物主要为Si和Al9Si,其余的衍射峰为其它仍然以氧化物形式存在的物质,在这里不予具体分析。由于高炉渣中稀土元素含量较低,在X射线上不能反应出其还原产物,因此,利用了场发射扫描电镜进行了微观分析,在背散射电子下,原子序数高的区域在视场下较亮[15],从而可以较为方便地找到稀土元素存在的位置。由面扫描的结果可知,在图中最亮的区域有镧和铈元素富集,在这些富集区域周围是一片低氧区域,说明在这个区域内发生了脱氧还原反应。而在这个低氧区内主要分为4个区域:区域1为铝元素和硅元素富集区;区域2为硅元素富集区而且硅元素的含量最高;区域3为硅钙富集区,其中的硅含量较区域2有所降低;区域4为硅、钙和稀土镧及铈元素的富集区,如图3所示。结合X射线的分析结果可知,区域1内主要为Al9Si,根据氧化物的Ellingham图可知[16],这是由于加热时,还原剂铝优先和高炉渣中的SiO2发生反应,生成Si,而Al9Si作为铝热还原SiO2的一种中间产物也存在于自还原块中。而硅含量最高的区域2则正是铝热还原SiO2的最终产物Si,即SiO2→Al9Si→Si,其菊池花样如图4a所示。区域3中主要含有硅和钙元素,结合图4b EBSD菊池衍射花样标定结果可知,该区域的物相结构为CaSi2,这与X射线衍射结果相同,从而可以得到,被Al还原出来的Si可以作为还原剂继续进行脱氧还原反应,得到CaSi2。区域4中镧和铈较周围区域含量较高,通过菊池衍射花样标定可以得到该区域的晶体结构为(Ca0.8RE0.2)Si2,即CaSi2继续发生脱氧反应,还原了高炉渣中的稀土氧化物,CaSi2晶格中的部分钙原子与稀土原子发生了置换,从而形成(Ca0.8RE0.2)Si2。
由面扫描的结果可知,在图中最亮的区域有镧和铈元素富集,在这些富集区域周围是一片低氧区域,说明在这个区域内发生了脱氧还原反应。而在这个低氧区内主要分为4个区域:区域1为铝元素和硅元素富集区;区域2为硅元素富集区而且硅元素的含量最高;区域3为硅钙富集区,其中的硅含量较区域2有所降低;区域4为硅、钙和稀土镧及铈元素的富集区,如图3所示。结合X射线的分析结果可知,区域1内主要为Al9Si,根据氧化物的Ellingham图可知[16],这是由于加热时,还原剂铝优先和高炉渣中的SiO2发生反应,生成Si,而Al9Si作为铝热还原SiO2的一种中间产物也存在于自还原块中。而硅含量最高的区域2则正是铝热还原SiO2的最终产物Si,即SiO2→Al9Si→Si,其菊池花样如图4a所示。区域3中主要含有硅和钙元素,结合图4b EBSD菊池衍射花样标定结果可知,该区域的物相结构为CaSi2,这与X射线衍射结果相同,从而可以得到,被Al还原出来的Si可以作为还原剂继续进行脱氧还原反应,得到CaSi2。区域4中镧和铈较周围区域含量较高,通过菊池衍射花样标定可以得到该区域的晶体结构为(Ca0.8RE0.2)Si2,即CaSi2继续发生脱氧反应,还原了高炉渣中的稀土氧化物,CaSi2晶格中的部分钙原子与稀土原子发生了置换,从而形成(Ca0.8RE0.2)Si2。图4 热还原反应后自还原块中各区域的菊池衍射花样
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of rare earth addition on microstructure and corrosion behavior of plasma nitrocarburized M50NiL steel[J]. 王兴安,闫牧夫,刘瑞良,张雁祥. Journal of Rare Earths. 2016(11)
[2]Self-reduction Mechanism of Coal Composite Stainless Steel Dust Hot Briquette[J]. Sok-chol RI,Man-sheng CHU,Shuang-yin CHEN,Zheng-gen LIU,Hun HONG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(04)
[3]稀土元素对低硫氧合金结构钢冲击韧性的影响机制[J]. 郭锋,林勤. 中国稀土学报. 2008(01)
[4]稀土对重轨钢冲击韧度的影响作用机制[J]. 刘承军,姜茂发,李春龙,王云盛,陈建军. 过程工程学报. 2006(01)
[5]钢中稀土微合金化作用与应用前景[J]. 林勤,宋波,郭兴敏,张梅. 稀土. 2001(04)
[6]低温还原法制取铝稀土合金[J]. 鲁化一,李平,赵连山,唐定骧,沈青囊. 稀有金属. 1987(03)
[7]冰晶石熔体中铝热还原制备La—Al合金[J]. 赵敏寿,张黎明,马忠诚,唐定骧. 稀土. 1985(02)
博士论文
[1]锰矿自还原压块转炉直接合金化基础研究[D]. 张波.武汉科技大学 2014
本文编号：3342157
【文章来源】：稀土. 2020,41(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
富稀土高炉渣含铝压块
图2为自还原块经过铝热还原后的X射线粉末衍射图谱,可以看出,经过还原反应后,还原产物主要为Si和Al9Si,其余的衍射峰为其它仍然以氧化物形式存在的物质,在这里不予具体分析。由于高炉渣中稀土元素含量较低,在X射线上不能反应出其还原产物,因此,利用了场发射扫描电镜进行了微观分析,在背散射电子下,原子序数高的区域在视场下较亮[15],从而可以较为方便地找到稀土元素存在的位置。由面扫描的结果可知,在图中最亮的区域有镧和铈元素富集,在这些富集区域周围是一片低氧区域,说明在这个区域内发生了脱氧还原反应。而在这个低氧区内主要分为4个区域:区域1为铝元素和硅元素富集区;区域2为硅元素富集区而且硅元素的含量最高;区域3为硅钙富集区,其中的硅含量较区域2有所降低;区域4为硅、钙和稀土镧及铈元素的富集区,如图3所示。结合X射线的分析结果可知,区域1内主要为Al9Si,根据氧化物的Ellingham图可知[16],这是由于加热时,还原剂铝优先和高炉渣中的SiO2发生反应,生成Si,而Al9Si作为铝热还原SiO2的一种中间产物也存在于自还原块中。而硅含量最高的区域2则正是铝热还原SiO2的最终产物Si,即SiO2→Al9Si→Si,其菊池花样如图4a所示。区域3中主要含有硅和钙元素,结合图4b EBSD菊池衍射花样标定结果可知,该区域的物相结构为CaSi2,这与X射线衍射结果相同,从而可以得到,被Al还原出来的Si可以作为还原剂继续进行脱氧还原反应,得到CaSi2。区域4中镧和铈较周围区域含量较高,通过菊池衍射花样标定可以得到该区域的晶体结构为(Ca0.8RE0.2)Si2,即CaSi2继续发生脱氧反应,还原了高炉渣中的稀土氧化物,CaSi2晶格中的部分钙原子与稀土原子发生了置换,从而形成(Ca0.8RE0.2)Si2。
由面扫描的结果可知,在图中最亮的区域有镧和铈元素富集,在这些富集区域周围是一片低氧区域,说明在这个区域内发生了脱氧还原反应。而在这个低氧区内主要分为4个区域:区域1为铝元素和硅元素富集区;区域2为硅元素富集区而且硅元素的含量最高;区域3为硅钙富集区,其中的硅含量较区域2有所降低;区域4为硅、钙和稀土镧及铈元素的富集区,如图3所示。结合X射线的分析结果可知,区域1内主要为Al9Si,根据氧化物的Ellingham图可知[16],这是由于加热时,还原剂铝优先和高炉渣中的SiO2发生反应,生成Si,而Al9Si作为铝热还原SiO2的一种中间产物也存在于自还原块中。而硅含量最高的区域2则正是铝热还原SiO2的最终产物Si,即SiO2→Al9Si→Si,其菊池花样如图4a所示。区域3中主要含有硅和钙元素,结合图4b EBSD菊池衍射花样标定结果可知,该区域的物相结构为CaSi2,这与X射线衍射结果相同,从而可以得到,被Al还原出来的Si可以作为还原剂继续进行脱氧还原反应,得到CaSi2。区域4中镧和铈较周围区域含量较高,通过菊池衍射花样标定可以得到该区域的晶体结构为(Ca0.8RE0.2)Si2,即CaSi2继续发生脱氧反应,还原了高炉渣中的稀土氧化物,CaSi2晶格中的部分钙原子与稀土原子发生了置换,从而形成(Ca0.8RE0.2)Si2。图4 热还原反应后自还原块中各区域的菊池衍射花样
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of rare earth addition on microstructure and corrosion behavior of plasma nitrocarburized M50NiL steel[J]. 王兴安,闫牧夫,刘瑞良,张雁祥. Journal of Rare Earths. 2016(11)
[2]Self-reduction Mechanism of Coal Composite Stainless Steel Dust Hot Briquette[J]. Sok-chol RI,Man-sheng CHU,Shuang-yin CHEN,Zheng-gen LIU,Hun HONG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(04)
[3]稀土元素对低硫氧合金结构钢冲击韧性的影响机制[J]. 郭锋,林勤. 中国稀土学报. 2008(01)
[4]稀土对重轨钢冲击韧度的影响作用机制[J]. 刘承军,姜茂发,李春龙,王云盛,陈建军. 过程工程学报. 2006(01)
[5]钢中稀土微合金化作用与应用前景[J]. 林勤,宋波,郭兴敏,张梅. 稀土. 2001(04)
[6]低温还原法制取铝稀土合金[J]. 鲁化一,李平,赵连山,唐定骧,沈青囊. 稀有金属. 1987(03)
[7]冰晶石熔体中铝热还原制备La—Al合金[J]. 赵敏寿,张黎明,马忠诚,唐定骧. 稀土. 1985(02)
博士论文
[1]锰矿自还原压块转炉直接合金化基础研究[D]. 张波.武汉科技大学 2014
本文编号：3342157
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3342157.html
