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    不銹鋼粉塵含碳球團還原機理的探討

    2018-12-11   來源:   點擊數:10次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港媒體報道:從鉻的碳、氮化物析出的溫度以上冷卻時,冷卻速度對晶間腐蝕傾向的影響可以從中看出。表明,恒溫加熱的敏化區a如從溫度八快速冷卻不通過敏化區,即沒有被敏化(1');稍微慢的冷卻,因為通過敏化區,就有晶間腐蝕敏生碳、氮化物析出而引起固溶C和N量下降,并使得Cr有足夠長的時間擴散至晶界區,因而可以消除Cr的局部貧乏現象,所以沒有引起敏化感性-速度特別慢的冷卻因為在冷卻途中發yg在這種情況素體不銹鋼的TTS曲線的形狀實質上與奧氏體不銹鋼有類似之處,只是在冷卻途中容易被敏化。
      
      貧鉻理論還可以用來說明下述一些現象:間隙原子(C+N)含量的影響:高純的鐵素體不銹鋼中(C+N)含量很低,因而S較長,有可能通過固溶后快冷來避免晶間腐蝕。
      
      C與N的區別:晶界沉淀的碳化物及氮化物分別是CesC,和CeN,沉淀所引起的貧鉻,氮化物小于碳化物,故避免晶間腐蝕所容許的含氮量大于含碳量。
      
      Ti的作用:加入約8倍含碳量的Ti由于固定了C,可以抑制由于貧鉻所引起的晶間腐蝕。
      
      解釋晶間腐蝕現象的理論很多,較為廣泛被接受的理論是貧鉻學說。敏化處理時,C向晶粒間界的擴散較Cr決,因此在晶粒間界及其鄰近區域的Cr由于(CiFe)23C6在晶粒間界的沉淀而發生貧乏現象()。如Cr含量降低到鈍化所需的Cr量極限以下,由于構成大陰極一小陽極的微232鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼一樣,也可以發生晶間腐蝕,但其敏化處理及避免這種腐蝕的熱處理則恰好與奧氏體不銹鋼相反。鐵素體不銹鋼自925°C以上急速冷卻(如水淬)容易遭受晶間腐蝕;這種易受晶間腐蝕的狀態(敏化態)經過650815°C短時回火,便可消除或減少。鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕不僅在強腐蝕性介質中產生,而且在弱介質中,例如自來水中亦可出現。
      
      大量研究表明,應用貧鉻理論同樣可以滿意電池1加速了了沿晶篦界的腐蝕。醒丨meciC觸地解釋鐵素體不銹鋼的晶間現象。高鉻鐵素i.net體不銹鋼在900950°C以上加熱時,鋼中C、N固溶于鋼的基體中。由于鋼中Cr在鐵素體內的擴散速度約為奧氏體中的100倍,而C、N在鐵素體內不僅擴散速度快,而且溶解度也低。因而,高溫加熱后,在隨后的冷卻過程中,即使快冷,也常常難以防止高鉻的C、N化物沿晶界析出和貧鉻區的形成。而在650815°C內,鐵素體中的Cr仍有足夠的速度向晶界擴散并使貧鉻區程度降低和消失。因此,鐵素體不銹鋼在650815°C短時回火,可降低、消除鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕傾向。
      
      不銹鋼粉塵含有鉛、鋅和鉻等重金屬,被認為是一種有害廢物,規定不能直接填埋棄置。在煉鋼過程中回收處理它是一種較經濟的方法,這是一個回收自還原的過程。在此過程中將粉塵與碳粉混合成球加入煉鋼爐,使粉塵中的金屬元素以合金的形式回收于鋼液中。
      
      該工藝鉻的回收率不穩定,主要是對其還原機理和遷移過程不是很清楚。其中球團在渣鋼間存在的位置、加入時間和碳的配比、球團的熔化和還原速度、熔渣的性質等對回收影響很大。
      
      中國鋼管信息港媒體報道:在球團的還原過程中是先還原后熔化,還是熔化后還原對探討鉻的還原回收率有重大意義。
      
      前期研究是在氧化期將球團加入,研究過程發現由于不是還原性氣氛,金屬的還原率較低,特別是鉻回收率較低;之后改在還原期加入,發現金屬的回收率明顯提高。但是仍然沒有研究清楚熔化與還原的問題,本工作就是從熔化與還原的速度入手,考察它們相對速率的大小,并進一步探討渣對熔化還原的影響。
      
      1.計算得出約有1/10球團體積在鋼液中,9/10在爐渣中。因此,還原或熔化后金屬的遷移行為主要在爐渣中發生,爐渣的性質對金屬氧化物顆粒的遷移起重大作用。2.2含碳球團的還原速率在實際應用中,含碳球團在高溫(t一般分為兩個過程,第一個過程是金屬顆粒直接與碳接觸的直接還原反應;第二過程是第一階段產生CO的氣化還原反應。還原過程的速率可以用反應中球團的失重速度來表示。為含碳粉塵的熱重(TGA)―差熱(DTA)分析,為不同直徑含碳球團的等溫還原速度。
      
      由可知,球團加熱時間為溫度與溫升速率之比。除去加熱開始階段水分的散失,主要還原反應造成的失重大概為13min;與中還原所需時間相比相差不大,而是在1500°C時的還原情況,其還原溫度比差熱分析時高許多,相應比熱重分析所用的時間短。
      
      球團的熔化速率在《1馳1.時ta用純粹球團在電爐中1加熱來考察它的熔化速率……
      
      500°C時粉塵球團的熔化速率很低。在前10min內幾乎沒有熔化,隨著加熱時間的加,熔化程度越來越高,熔化速率也在大。其原因可能是因為有熔體的存在,對粉塵的熔化有一定的促進作用。加熱80min時,球團約有50%熔化。可以看出球團的熔化速率是比較緩慢的。
      
      比較、3、4可知,純粹球團的還原速度大大高于熔化速度,因此球團在爐體內應該是先還原,后熔化。
      
      球團在渣中的還原與熔化速率上面分析的是純粹球團的熔化和還原反應的情況,但在實際中,熔渣對球團還原與熔化的影響不可忽略。因為渣與球團之間是傳導傳熱,球團受熱更快。渣因為表面張力作用,有很強的吸附作用,更容易滲入球團內部,使其熔化;渣中的氧化物可以很快地消耗掉球團中還原產生的CO,促進還原反應的發生。另一方面因為球團中有碳的存在,還原出的金屬或產生CO的揮發,促進了球團的粉化,使球團的熔化速度加快。渣中還有石灰石和硅石等助熔劑,也有利于含碳球團的熔化。總的來說,高溫熔渣的存在對于球團熔化和還原都有促進作用。但不會改變熔化和還原的速度次序。與熔融還原鉻鐵礦石不同,熔融還原鉻鐵礦石時鉻鐵礦石加入量較大,還原時間較長,此時鉻鐵礦會充分地熔化,與渣相中的碳發生還原反應。
      
      球團還原反應的速率與球團內顆粒的粒度有關,粒度越細,球團的還原速率越高。不銹鋼粉塵顆粒因為是冶煉過程中的揮發物形成的,因此其粒度非常小還原反應進行得更快。
      
      合理的加入時間我國目前不銹鋼精煉中應用的主要是AOD爐,AOD的還原過程中有3個階段:第1階段中1:2,第2階段中(Ar):中(2)=21,吹煉15min;第3階段添加合金及還原劑。球團的具體加入時間與配料和粉塵的性質有關。
      
      從上面的還原過程可以看出:含碳球團如果在還原過程的第一階段加入,此時2所占的比重較大,表現為氧化性氣氛,還原效果不明顯;還原第一階段結束,第二階段開始時加入,此時有15min的還原時間,球團可以充分還原,并完成遷移過程。還原中由于CO和還原出鉛、鋅、鎂等金屬從球團中釋放出來,又促進球團的分解、加速熔化,利于還原金屬的回收。
      
      因為含碳球團的加入量有限,因此對渣成分影響不大。而要還原Cr23時需要加入硅鋁的量與加入球團之前相當。球團加入時機和金屬回金屬的回收率都較高。
      
      球團加入時間與金屬回收率之間的關系金屬回收率/%刀口人時間氧化期3反應產物遷移3.1碳的遷移問題碳的遷移問題和球團的加入時間有關。如果碳粉沒有參與到球團中金屬的還原反應,則有可能經過鋼渣界面間的金屬雙膜遷移到鋼液中。此時因為鋼液中幾乎沒有金屬氧化物存在,其中的碳就不會被氧化而造成鋼液中碳含量的上升。如果碳與鉻或鐵生成CrxCy、FexCy進入鋼液中,在冷卻結晶后會形成晶間腐蝕,嚴重影響不銹鋼的質量。如果碳遷移到渣中則不但不會影響鋼的質量,還會對渣中金屬的還原起作用。采用配碳量略微不足或改變加入時間這兩種方法,可以防止碳遷移到鋼液中。
      
      碳與金屬及金屬氧化物反應主要有上面式反應。
      
      550°C球團中的碳主要和金屬氧化物反應,而部分未參加還原反應的碳可通過上面式(18)、(19)、(20)的反應生成碳化物,生成的碳化物再通過式(21)、(22)的反應還原成金屬。因為球團中含有大量的鉛鋅氧化物在還原成金屬后容易揮發,因此球團中的碳可能來不及完全反應就進入熔體中。又因為球團主要位于渣中,因此進入熔體中的碳主要還原渣中的金屬氧化物。不銹鋼粉塵的產生量是裝入量的1%2%,為了減少裝爐操作的次數又不顯著影響鋼液的質量,一般粉塵球團的加入量為A0D爐中鋼液重量的5%左右。而碳在渣中的擴散速度遠大于在鋼液中的擴散速度,因此球團中碳的加入不會加鋼液中碳的含量。不同配碳量球團還原后鋼液中碳的含量如表3所示。
      
      不同配碳量球團與鋼液中碳含量之間的關系鋼液w由表3可知,在每次加入相同質量球團的情況下,當球團中碳不超過35%時,還原后鋼液中的含碳量幾乎不變。為了提高球團中金屬的回收率和減少還原后期硅鋁的加入量,可適當提高碳的加入量。
      
      渣鋼界面張力和粘度的影響(%1-之中的奇數式虜加上下列鋼遵中碳的Pub本1可能改變渣的性質。渣鋼間界面張力隨渣i.netbookmark3渣鋼界面張力影響含碳球團的熔化和還原后金屬顆粒的遷移。渣鋼界面張力大,有利于還原后金屬顆粒的遷移,使金屬顆粒容易進入鋼液中,提高粉塵中金屬的回收率。如果還原后的金屬進入渣中,則會形成復雜化合物,加回收成中CaO和AI2O3的加而加,隨Si2、MnO和FeO的加而降低,隨溫度升高而降低。
      
      中國鋼管信息港媒體報道:渣鋼界面張力的計算到目前為止都是一些經驗數值和直接測定的結果。該渣鋼界面張力的估計了中表3- 28與試驗渣成分相近的一些數據,得出渣鋼界面張力約為490mN/m.爐渣粘度的計算:衡量約為3%,并且隨著溫度的升高,渣中CnO3的含量是降低的。正因為如此,球團中未被還原的CO3只會進入渣相,補充由于還原而使渣中損失的CnO3.不同物質,主要是鉻和碳化鉻,在鋼液和爐渣中的遷移趨勢不一樣。這種不同可以通過檢測鋼液和爐渣中成分的變化來確定,但很難準確檢測。
      
      結論含碳球團存在于渣鋼界面之間,約有1/ 10的體積浸沒在鋼液中,9/10的體積浸沒在熔渣中,還原產物主要是在爐渣中遷移;含碳球團的還原速率大于熔化速率,渣相對球團的還原和熔化都有促進作用;金屬的還原率最高,其中鉻的還原率接近98%;碳有向渣中遷移的趨勢,并估算了渣的粘度約為0.254Pa s,渣鋼間界面張力約為490 M!。北京:冶金工業出版社,1980. M|.北京:冶金工業出版工藝研究!
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