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    不锈钢粉尘含碳球团还原机理的探讨

    2018-12-11   来源:   点击数:10次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港媒体报道:从铬的碳、氮化物析出的温度以上冷却时,冷却速度对晶间腐蚀倾向的影响可以从中看出。表明,恒温加热的敏化区a如从温度八快速冷却不通过敏化区,即没有被敏化(1');稍微慢的冷却,因为通过敏化区,就有晶间腐蚀敏生碳、氮化物析出而引起固溶C和N量下降,并使得Cr有足够长的时间扩散至晶界区,因而可以消除Cr的局部贫乏现象,所以没有引起敏化感性-速度特别慢的冷却因为在冷却途中发yg在这种情况素体不锈钢的TTS曲线的形状实质上与奥氏体不锈钢有类似之处,只是在冷却途中容易被敏化。
      
      贫铬理论还可以用来说明下述一些现象:间隙原子(C+N)含量的影响:高纯的铁素体不锈钢中(C+N)含量很低,因而S较长,有可能通过固溶后快冷来避免晶间腐蚀。
      
      C与N的区别:晶界沉淀的碳化物及氮化物分别是CesC,和CeN,沉淀所引起的贫铬,氮化物小于碳化物,故避免晶间腐蚀所容许的含氮量大于含碳量。
      
      Ti的作用:加入约8倍含碳量的Ti由于固定了C,可以抑制由于贫铬所引起的晶间腐蚀。
      
      解释晶间腐蚀现象的理论很多,较为广泛被接受的理论是贫铬学说。敏化处理时,C向晶粒间界的扩散较Cr决,因此在晶粒间界及其邻近区域的Cr由于(CiFe)23C6在晶粒间界的沉淀而发生贫乏现象()。如Cr含量降低到钝化所需的Cr量极限以下,由于构成大阴极一小阳极的微232铁素体不锈钢铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢一样,也可以发生晶间腐蚀,但其敏化处理及避免这种腐蚀的热处理则恰好与奥氏体不锈钢相反。铁素体不锈钢自925°C以上急速冷却(如水淬)容易遭受晶间腐蚀;这种易受晶间腐蚀的状态(敏化态)经过650815°C短时回火,便可消除或减少。铁素体不锈钢的晶间腐蚀不仅在强腐蚀性介质中产生,而且在弱介质中,例如自来水中亦可出现。
      
      大量研究表明,应用贫铬理论同样可以满意电池1加速了了沿晶篦界的腐蚀。醒丨meciC触地解释铁素体不锈钢的晶间现象。高铬铁素i.net体不锈钢在900950°C以上加热时,钢中C、N固溶于钢的基体中。由于钢中Cr在铁素体内的扩散速度约为奥氏体中的100倍,而C、N在铁素体内不仅扩散速度快,而且溶解度也低。因而,高温加热后,在随后的冷却过程中,即使快冷,也常常难以防止高铬的C、N化物沿晶界析出和贫铬区的形成。而在650815°C内,铁素体中的Cr仍有足够的速度向晶界扩散并使贫铬区程度降低和消失。因此,铁素体不锈钢在650815°C短时回火,可降低、消除铁素体不锈钢的晶间腐蚀倾向。
      
      不锈钢粉尘含有铅、锌和铬等重金属,被认为是一种有害废物,规定不能直接填埋弃置。在炼钢过程中回收处理它是一种较经济的方法,这是一个回收自还原的过程。在此过程中将粉尘与碳粉混合成球加入炼钢炉,使粉尘中的金属元素以合金的形式回收于钢液中。
      
      该工艺铬的回收率不稳定,主要是对其还原机理和迁移过程不是很清楚。其中球团在渣钢间存在的位置、加入时间和碳的配比、球团的熔化和还原速度、熔渣的性质等对回收影响很大。
      
      中国钢管信息港媒体报道:在球团的还原过程中是先还原后熔化,还是熔化后还原对探讨铬的还原回收率有重大意义。
      
      前期研究是在氧化期将球团加入,研究过程发现由于不是还原性气氛,金属的还原率较低,特别是铬回收率较低;之后改在还原期加入,发现金属的回收率明显提高。但是仍然没有研究清楚熔化与还原的问题,本工作就是从熔化与还原的速度入手,考察它们相对速率的大小,并进一步探讨渣对熔化还原的影响。
      
      1.计算得出约有1/10球团体积在钢液中,9/10在炉渣中。因此,还原或熔化后金属的迁移行为主要在炉渣中发生,炉渣的性质对金属氧化物颗粒的迁移起重大作用。2.2含碳球团的还原速率在实际应用中,含碳球团在高温(t一般分为两个过程,第一个过程是金属颗粒直接与碳接触的直接还原反应;第二过程是第一阶段产生CO的气化还原反应。还原过程的速率可以用反应中球团的失重速度来表示。为含碳粉尘的热重(TGA)―差热(DTA)分析,为不同直径含碳球团的等温还原速度。
      
      由可知,球团加热时间为温度与温升速率之比。除去加热开始阶段水分的散失,主要还原反应造成的失重大概为13min;与中还原所需时间相比相差不大,而是在1500°C时的还原情况,其还原温度比差热分析时高许多,相应比热重分析所用的时间短。
      
      球团的熔化速率在《1驰1.时ta用纯粹球团在电炉中1加热来考察它的熔化速率……
      
      500°C时粉尘球团的熔化速率很低。在前10min内几乎没有熔化,随着加热时间的加,熔化程度越来越高,熔化速率也在大。其原因可能是因为有熔体的存在,对粉尘的熔化有一定的促进作用。加热80min时,球团约有50%熔化。可以看出球团的熔化速率是比较缓慢的。
      
      比较、3、4可知,纯粹球团的还原速度大大高于熔化速度,因此球团在炉体内应该是先还原,后熔化。
      
      球团在渣中的还原与熔化速率上面分析的是纯粹球团的熔化和还原反应的情况,但在实际中,熔渣对球团还原与熔化的影响不可忽略。因为渣与球团之间是传导传热,球团受热更快。渣因为表面张力作用,有很强的吸附作用,更容易渗入球团内部,使其熔化;渣中的氧化物可以很快地消耗掉球团中还原产生的CO,促进还原反应的发生。另一方面因为球团中有碳的存在,还原出的金属或产生CO的挥发,促进了球团的粉化,使球团的熔化速度加快。渣中还有石灰石和硅石等助熔剂,也有利于含碳球团的熔化。总的来说,高温熔渣的存在对于球团熔化和还原都有促进作用。但不会改变熔化和还原的速度次序。与熔融还原铬铁矿石不同,熔融还原铬铁矿石时铬铁矿石加入量较大,还原时间较长,此时铬铁矿会充分地熔化,与渣相中的碳发生还原反应。
      
      球团还原反应的速率与球团内颗粒的粒度有关,粒度越细,球团的还原速率越高。不锈钢粉尘颗粒因为是冶炼过程中的挥发物形成的,因此其粒度非常小还原反应进行得更快。
      
      合理的加入时间我国目前不锈钢精炼中应用的主要是AOD炉,AOD的还原过程中有3个阶段:第1阶段中1:2,第2阶段中(Ar):中(2)=21,吹炼15min;第3阶段添加合金及还原剂。球团的具体加入时间与配料和粉尘的性质有关。
      
      从上面的还原过程可以看出:含碳球团如果在还原过程的第一阶段加入,此时2所占的比重较大,表现为氧化性气氛,还原效果不明显;还原第一阶段结束,第二阶段开始时加入,此时有15min的还原时间,球团可以充分还原,并完成迁移过程。还原中由于CO和还原出铅、锌、镁等金属从球团中释放出来,又促进球团的分解、加速熔化,利于还原金属的回收。
      
      因为含碳球团的加入量有限,因此对渣成分影响不大。而要还原Cr23时需要加入硅铝的量与加入球团之前相当。球团加入时机和金属回金属的回收率都较高。
      
      球团加入时间与金属回收率之间的关系金属回收率/%刀口人时间氧化期3反应产物迁移3.1碳的迁移问题碳的迁移问题和球团的加入时间有关。如果碳粉没有参与到球团中金属的还原反应,则有可能经过钢渣界面间的金属双膜迁移到钢液中。此时因为钢液中几乎没有金属氧化物存在,其中的碳就不会被氧化而造成钢液中碳含量的上升。如果碳与铬或铁生成CrxCy、FexCy进入钢液中,在冷却结晶后会形成晶间腐蚀,严重影响不锈钢的质量。如果碳迁移到渣中则不但不会影响钢的质量,还会对渣中金属的还原起作用。采用配碳量略微不足或改变加入时间这两种方法,可以防止碳迁移到钢液中。
      
      碳与金属及金属氧化物反应主要有上面式反应。
      
      550°C球团中的碳主要和金属氧化物反应,而部分未参加还原反应的碳可通过上面式(18)、(19)、(20)的反应生成碳化物,生成的碳化物再通过式(21)、(22)的反应还原成金属。因为球团中含有大量的铅锌氧化物在还原成金属后容易挥发,因此球团中的碳可能来不及完全反应就进入熔体中。又因为球团主要位于渣中,因此进入熔体中的碳主要还原渣中的金属氧化物。不锈钢粉尘的产生量是装入量的1%2%,为了减少装炉操作的次数又不显着影响钢液的质量,一般粉尘球团的加入量为A0D炉中钢液重量的5%左右。而碳在渣中的扩散速度远大于在钢液中的扩散速度,因此球团中碳的加入不会加钢液中碳的含量。不同配碳量球团还原后钢液中碳的含量如表3所示。
      
      不同配碳量球团与钢液中碳含量之间的关系钢液w由表3可知,在每次加入相同质量球团的情况下,当球团中碳不超过35%时,还原后钢液中的含碳量几乎不变。为了提高球团中金属的回收率和减少还原后期硅铝的加入量,可适当提高碳的加入量。
      
      渣钢界面张力和粘度的影响(%1-之中的奇数式虏加上下列钢遵中碳的Pub本1可能改变渣的性质。渣钢间界面张力随渣i.netbookmark3渣钢界面张力影响含碳球团的熔化和还原后金属颗粒的迁移。渣钢界面张力大,有利于还原后金属颗粒的迁移,使金属颗粒容易进入钢液中,提高粉尘中金属的回收率。如果还原后的金属进入渣中,则会形成复杂化合物,加回收成中CaO和AI2O3的加而加,随Si2、MnO和FeO的加而降低,随温度升高而降低。
      
      中国钢管信息港媒体报道:渣钢界面张力的计算到目前为止都是一些经验数值和直接测定的结果。该渣钢界面张力的估计了中表3- 28与试验渣成分相近的一些数据,得出渣钢界面张力约为490mN/m.炉渣粘度的计算:衡量约为3%,并且随着温度的升高,渣中CnO3的含量是降低的。正因为如此,球团中未被还原的CO3只会进入渣相,补充由于还原而使渣中损失的CnO3.不同物质,主要是铬和碳化铬,在钢液和炉渣中的迁移趋势不一样。这种不同可以通过检测钢液和炉渣中成分的变化来确定,但很难准确检测。
      
      结论含碳球团存在于渣钢界面之间,约有1/ 10的体积浸没在钢液中,9/10的体积浸没在熔渣中,还原产物主要是在炉渣中迁移;含碳球团的还原速率大于熔化速率,渣相对球团的还原和熔化都有促进作用;金属的还原率最高,其中铬的还原率接近98%;碳有向渣中迁移的趋势,并估算了渣的粘度约为0.254Pa s,渣钢间界面张力约为490 M!。北京:冶金工业出版社,1980. M|.北京:冶金工业出版工艺研究!
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