微波場中高碳鉻鐵粉固相脫碳機理及關鍵技術研究

《微波場中高碳鉻鐵粉固相脫碳機理及關鍵技術研究》是依託太原理工大學，由陳津擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：微波場中高碳鉻鐵粉固相脫碳機理及關鍵技術研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：陳津
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

中低碳鉻鐵是生產不鏽鋼和鉻系合金鋼不可缺少的原料，由於製備過程中產生的冶金鉻渣是一種嚴重污染環境的固體廢棄物，使得高碳鉻鐵液相脫碳工藝受到環保的限制，而無渣法製備中低碳鉻鐵的理論和技術日益受到重視。微波加熱場具有加熱冶金粉狀物料和增強固相反應離子擴散的作用，從而提高粉料固相反應的速率。高碳鉻鐵易於加工制粉，且具有較好微波加熱特性。採用微波加熱固相無渣脫碳方法，既可獲得中低碳鉻鐵，又可避免有毒鉻渣的排放，解決脫碳工藝的環境污染問題。本工作重點是研究微波加熱場中高碳鉻鐵粉固相脫碳機理及關鍵技術，包括高碳鉻鐵粉製備特性、微波加熱特性、脫碳溫度和時間、脫碳劑的選擇以及脫碳鉻鐵的氧化條件。微波可在封閉體系中快速加熱高碳鉻鐵粉，對物料無外來污染，加之固體脫碳劑產生的脫碳氣體在微波加熱場中極易極化和吸附，可大幅度提高固相脫碳反應速率，實現在較短的時間內達到物料的深度脫碳。

結題摘要

微波加熱場具有加熱冶金粉狀物料和增強固相反應離子擴散的作用，從而可提高粉料的固相反應速率。採用碳酸鈣粉進行高碳鉻鐵粉的固相脫碳，具有脫碳速度快、效率高、工藝簡捷、氧化程度低、微波加熱能耗低等優點。以碳酸鈣粉為固體脫碳劑，脫碳摩爾比（nC:nCO2）為1:1和1:1.4，在微波場中分別對內配碳酸鈣高碳鉻鐵粉加熱到900℃、1000℃、1100℃、1200℃並保溫脫碳一定時間。實驗結果表明：(1)提高脫碳摩爾比，混合物料的脫碳率會相應提高，但微波加熱的升溫速率會變小，故合理配加碳酸鈣粉是微波加熱固相脫碳的重要動力學因素；(2)對於脫碳摩爾比為1:1和1:1.4的兩種混合物料，微波加熱1200℃並分別保溫60min，脫碳率分別為65.56%和82.96%，脫碳後物料中鉻鐵粉的含碳量由8.16%分別為可降到2.81%和1.39%。對於相同脫碳摩爾比的混合物料，隨著脫碳溫度升高、保溫時間延長，脫碳物料的脫碳率越高，但同時也會伴隨脫碳物料的氧化程度加大，因此需要選擇合適的脫碳溫度與保溫時間。綜合考慮，1100℃為微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳的最佳溫度；（3）微波場能有效促進高碳鉻鐵粉中碳的活化擴散，使碳固相擴散不再是速控環節，而CO2內擴散成為反應的速控環節。因此，在保證高碳鉻鐵粉不氧化的前提下儘量使用細物料。由於微波加熱和常規加熱的機理不同，在一定程度上影響著化學反應的動力學條件和活化能。實驗結果表明，微波加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳反應為一級反應，其表觀活化能68.43 kJ·mol-1；而常規加熱場中固相脫碳反應的表觀活化能為169.65 kJ·mol-1。微波加熱場固相脫碳反應的表觀活化能比常規加熱場低，說明微波加熱場能改善固相脫碳的動力學條件，提高內配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳反應速率，促進碳的固相擴散，降低脫碳反應的化學位能。隨著脫碳溫度的升高和脫碳保溫時間的延長，微波加熱場和常規加熱場中的脫碳物料的脫碳率均隨之提高，且在相同的脫碳溫度和脫碳保溫時間下，微波加熱場中脫碳物料的脫碳率遠高於常規加熱場。微波加熱的最高脫碳率為82.97%，而馬弗爐加熱的最高脫碳率為79.78%，微波加熱能促進內配碳酸鈣高碳鉻鐵粉在溫度相對較低的情況下發生反應，且微波加熱可以提高固相脫碳的脫碳率。