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铁基粉末冶金生产与碳气化反应

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铁基粉末冶金生产与碳气化反应

发布日期:2017-09-22 作者:枣庄鲁州粉末冶金制品 点击:

铁基粉末冶金制品生产过程与碳气化反应密切相关,本文研究了该反应在铁粉过程中和铁-石墨压坯烧结过程中的作用。

碳气化反应(C+CO2+2CO)又称布德瓦反应(Boudauard),是一个非常重要的工业反应,它涉及能源生产、冶金、原子能、宇航等科技领域及人类的日常生活,本文报导了该反应与铁基粉末冶金生产过程有关的研究结果。

 铁粉末生产
    在长约40m隧道窑内海绵铁生产过程中碳还原氧化铁过程气相成分变化和原气体释放速度的测定结果,通过多次测定,曲线的形状走向基本相同,与实验室测定结果吻合,图中可得出如下结论:
    CO2/CO+CO2比例变化曲线并参考实验室结果,可以看出氧化铁的还原分阶段逐级完成,即Fe203+Fe3O4-FeO-Fe3O4,与众多学者的观点一致,虽然在图1中Fe3O4-Fe3O4阶段不明显,但浮氏体的脱氧过程及FeO-Fe二个阶段极为明显,尤其是FeO-Fe阶段延续时间很长,对于长120m料层更厚的隧道窑生产,估计其延续时间会更长。 (1) FeO+CO=Fe+CO2 (2) C+CO2=2CO
    将多次测定的气相中CO2%与反应式(1)(2)平衡测定时气相中的CO2%相比较,发现测得的CO2%接近反应(1)平衡时的成分,而远离反应(2)平衡时的成分,由此得出整个还原过程的速度受制于反应(2)。况且本研究所用的还原剂是木炭,如用反应性较差的焦炭或煤,反应(2)的速度则更慢,由此研究如何反应(2)的速度,提高气相中CO浓度和提高还原速度就成为重要的研究课题。
    经历了长时间的还原过程结束后,转入海绵铁渗碳阶段,即 CO=CO2+C (3)3C+R-Fe=Fe3C (4) 此过程犹如钢件表面固体渗碳,CO产生的速度又成为过程控制环节。因反应系统的自由度由1转变为2,气相成分又出现散乱。在还原过程和渗碳过程之间出现了一个转折点,我们将它称为还原终点。虽然由于温差的存在,各反应罐到达还原终点的时间不一样,但这一转折点始终存在。经过转折点后气相中CO%迅速提高,海绵铁开始渗碳。

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    长期的生产实践证实,还原过程中与渗碳过程截然分开。海绵铁中即使有微量可见的黑色氧化铁存在,其碳的含量始终<0.03%,微量的氧化铁存在,气相成分不可能转变为渗碳气氛。我们认为,“还原终点”这一概念对于生产和科研都是有用的。
   人们所熟知的Fe-C-O平衡图由图2可知,当温度低于710℃左右,碳即失去还原能力,低于此温度,还原后得到铁被氧化成FeO或Fe3O4 (650℃以下),银白色的海棉铁变为黑色甚至蓝色的海绵铁。据此,窑的冷却方可避免严重氧化现象的出现,当然,应考虑反应耐火罐的使用寿命,在下降低反映应耐火罐的使用寿命前提下,应尽可能加快冷却速度,减少氧化,在保护气氛中冷却则更好。
    合金钢粉末,尤其是有易氧化合金元素的合金钢粉末,在真空脱氧或烧结时都存在碳还原氧化物反应,表1给出了OOCr13氮气雾化粉末在真空炉内烧结时真空度和钨粉,对脱氧速度影响的实验结果,表2刚为加入K2CO3催化剂对脱氧速度的研究结果。

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