微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳理論分析與試驗研究.pdf

1、近年來，由于鋼種的細化以及低碳合金結構鋼的迅猛發(fā)展，中低碳鉻鐵的用量在逐年增加。傳統(tǒng)的熱兌法、電硅熱法等雖可滿足大量生產(chǎn)中低、微碳鉻鐵，但均屬于液相脫碳工藝，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生5％～10％左右的含鉻廢渣，對生態(tài)環(huán)境造成持續(xù)的嚴重污染。目前廣泛應用的固相脫碳工藝是真空固相脫碳法，該法不添加熔劑，在較低的溫度下能獲得含碳量低的產(chǎn)品，且金屬鉻回收率高、耐火材料消耗少，但其工序環(huán)節(jié)多，脫碳周期相對較長。本論文以熱力學計算為基礎，選用工業(yè)碳酸鈣粉為

2、脫碳劑，采用微波加熱法進行高碳鉻鐵粉的固相脫碳，對高碳鉻鐵粉的金相結構、吸波性能以及脫碳物料的碳含量、金相結構、電磁性能、氧化程度等進行分析，并與馬弗爐加熱的脫碳情況進行了對比，試圖找出一種高碳鉻鐵固相脫碳的新工藝，具體研究結論如下:
　　(1)微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳理論研究。運用熱力學計算，得出用O2、CO2和H2O水蒸氣對鉻鐵碳化物進行氣-固相脫碳的熱力學條件;在微波的作用下，碳化物的晶格活化，改變了混合料的活化自由能，使

3、已處于化學平衡的反應活化，導致熱力學分析能自發(fā)進行的脫碳反應，在微波場中能在較低的溫度下自發(fā)進行。
　　(2)微波加熱高碳鉻鐵粉的機理分析。第一性原理計算得出，在o-Cr7C3中摻雜鐵原子時，其化學鍵發(fā)生了明顯的變化，使其介電性能發(fā)生變化，鐵摻雜在不同位置形成的鉻鐵碳化物的介電性能也不同，其中，摻雜在Cr3位置時的介電性能值高于其他位置;高碳鉻鐵冷卻過程中產(chǎn)生的熱缺陷、摻雜缺陷、碳化物晶體中存在的空位偶極子、微波低頻率下的界面極化

4、損耗等都是損耗微波的主要方式，而其磁矩主要來自于電子自旋的貢獻，抗磁性特征來源于鉻和碳。
　　(3)微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳試驗研究。研究了脫碳摩爾比、保溫時間、溫度等對脫碳的影響，其他條件不變時，脫碳摩爾比越大，保溫時間越長、溫度越高則脫碳效果也越好。脫碳摩爾比為1∶1.4，微波加熱溫度為1100℃，保溫脫碳60min，脫碳率達到79.04％，為試驗的最佳條件。
　　(4)微波加熱脫碳效果明顯優(yōu)于馬弗爐。脫碳效果的衡量要

5、綜合考慮脫碳率和氧化程度，微波和馬弗爐加熱至相同條件時，前者脫碳率高，物料氧化程度低，而后者脫碳率低，氧化嚴重，氧化物相中鉻的價態(tài)較高。馬弗爐加熱至1100℃時已出現(xiàn)CaCr2O7，脫碳保溫60min時，被氧化物料的粒徑最高達到36.2μm，由于該條件下物料發(fā)生過量氧化，致使脫碳意義不大，而微波加熱溫度為1200℃且脫碳保溫60min時，才出現(xiàn)高價的CaCr2O7，完全氧化的粒徑均在32.0μm以下。
　　(5)物料的顯微結構研究

6、。高碳鉻鐵的金相結構與其冷卻速率有關，冷卻速率快時，破壞了平衡結晶的條件，得到了非平衡態(tài)共晶相，同時高冷卻速率促進了高碳鉻鐵中片狀石墨的析出，這種形式的碳在微波加熱過程中很容易與CO2反應而去除;脫碳物料中的初晶相被離解的比例與溫度有關，溫度升高，離解比例增大;微波加熱溫度和脫碳保溫時間對電磁性能的影響，實際上歸因于脫碳物料的碳含量、碳空位和晶體結構的變化。
　　(6)微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳動力學研究。微波加熱高碳鉻鐵粉的脫碳