气体在线质谱分析技术研究典型冶金反应的动力学

发布时间：2022-02-21 18:37

　　冶金过程氧化还原反应动力学的研究是冶金物理化学研究的核心问题,为改进冶金工艺、提高生产效率及探索新的冶金流程提供理论依据。目前,常用的冶金过程反应动力学研究方法为热重法。为了丰富冶金反应动力学研究方法,实现动态化研究冶金反应过程,提出用气体在线质谱分析技术研究冶金反应动力学。气体在线质谱分析技术是通过在线监测反应过程中气体离子强度与时间关系,对反应进行定性、定量分析。反应气体为普通气体的气体在线质谱分析技术简称“气相质谱法”,反应气体为同位素气体的在线质谱分析技术并结合气体同位素交换技术的简称“同位素交换法”。CO2-CO与铁氧化物体系间的反应由于其在冶金反应过程的重要性,一直受到国内外冶金学者的关注,也获得了大量的数据,但是存在以下不足：第一,研究工作集中在CO2-CO与含铁氧化物熔渣、铁氧化物粉体的反应上,对于CO2-CO与固体铁氧化物（薄片）的研究较少；第二,研究的铁氧化物主要集中在浮氏体、四氧化三铁相区,对于氧化铁相区的研究较少；第三,为了获得准确的反应速率常数,基本采用碳同位素交换法,而用氧同位素交换法进行反应动力学的研究较少。为了C02资源回收利用,国内的冶金学者提出了用C... 

【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
    2.1 概述
        2.1.1 炼铁过程氧化还原反应
        2.1.2 炼钢过程氧化还原反应
    2.2 含CO_2气体冶金反应的研究现状
        2.2.1 CO_2-CO与固态铁氧化物的反应
        2.2.2 CO_2-CO与含铁氧化物熔渣体系的反应
        2.2.3 CO_2-O_2用于钢液脱碳的研究
    2.3 研究方法
        2.3.1 气体在线分析技术
        2.3.2 气相质谱法
        2.3.3 同位素交换法
        2.3.4 碳同位素交换法
        2.3.5 氧同位素交换法
    2.4 研究意义
    2.5 研究目的及内容
3 CO_2-CO与铁片氧化反应动力学
    3.1 前言
    3.2 实验
        3.2.1 实验过程
        3.2.2 实验点确定
    3.3 反应速率的计算
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 反应速率与气体组成及反应温度的关系
        3.4.2 动力学模型拟合
        3.4.3 反应速率常数的确定
        3.4.4 反应速率常数与反应气体组成和温度的关系
    3.5 本章小结
4 碳同位素交换法研究CO_2-CO与Fe_2O_3反应动力学
    4.1 前言
    4.2 实验
        4.2.1 实验过程
        4.2.2 实验条件的确定
        4.2.3 反应速率常数的计算
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 计算方法的修正
        4.3.2 真实界面化学反应速率常数的评估
        4.3.3 氧分压的影响
        4.3.4 反应机理
    4.4 本章小结
5 氧同位素交换法研究CO_2-CO与浮氏体的反应动力学
    5.1 前言
    5.2 实验
        5.2.1 实验过程
        5.2.2 实验条件的确定
    5.3 动力学参数的计算
        5.3.1 反应速率常数、传质系数的计算
        5.3.2 氧扩散系数的计算
    5.4 样品厚度的影响
    5.5 氧分压的影响
    5.6 反应温度的影响
    5.7 氧扩散反应机理
    5.8 本章小结
6 CO_2-O_2用于钢水脱碳
    6.1 前言
    6.2 实验
        6.2.1 实验方法
        6.2.2 实验准备
        6.2.3 实验过程
    6.3 CO_2-O_2脱碳的热力学可行性分析
        6.3.1 热力学理论分析
        6.3.2 富余热量的计算
    6.4 气相质谱法研究CO_2-O_2脱碳反应
        6.4.1 实验条件的确定
        6.4.2 CO_2-O_2脱碳反应的影响因素
        6.4.3 脱碳反应速率的计算
        6.4.4 CO_2利用率的计算
        6.4.5 CO_2-O_2脱碳工艺特点
    6.5 石英管抽样实验
    6.6 脱碳反应动力学模型
    6.7 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]气体同位素交换技术及其在冶金中的应用[J]. 严红燕,胡晓军,周国治.  材料导报. 2014(23)
[2]固体铁氧化物与CO2-CO气体间18O交换的质谱研究[J]. 严红燕,胡晓军,周国治.  质谱学报. 2015(01)
[3]Kinetic study on the reaction between CO2-CO and wustite using the isotope exchange method[J]. Teng Zhang,Xiao-jun Hu,Kuo-Chih Chou.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(02)
[4]A model for estimating the rate constant between CO2-CO gas and molten slag containing iron oxides using optical basicity[J]. Teng Zhang 1, 2) , Xiao-jun Hu 1, 2) , Qi-feng Shu 1, 2) , and Kuo-Chih Chou 1, 2) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(08)
[5]同位素交换技术研究CO2-CO和铁氧化物体系的反应及方法分析[J]. 张腾,胡晓军,侯新梅,周国治.  钢铁研究学报. 2012(07)
[6]CO2在炼钢工艺的应用及发展[J]. 朱荣,毕秀荣,吕明.  钢铁. 2012(03)
[7]国内复吹转炉底吹元件研究应用现状及展望[J]. 李东,胡加学.  中国冶金. 2012(02)
[8]二氧化碳在转炉炼钢中的应用研究[J]. 吕明,朱荣,毕秀荣,林腾昌.  北京科技大学学报. 2011(S1)
[9]国内复吹转炉底吹元件应用研究[J]. 李东,胡加学.  现代冶金. 2011(03)
[10]Recent status of fluidized bed technologies for producing iron input materials for steelmaking[J]. Johannes Leopold Schenk.  Particuology. 2011(01)



本文编号：3637833