微波加热高碳铬铁粉喷动流化气-固相脱碳的动力学研究
中低碳铬铁作为生产不锈钢、工具钢、低碳合金钢等特殊钢的重要原料，需求量在逐年增长。采用气-固相脱碳法生产中低碳铬铁，不仅能够避免液相脱碳产生有毒铬渣的缺点，更能够充分发挥气-固相反应气固接触与传热传质效果好的优点，提高粉状物料的反应能力，强化气-固相脱碳反应，改善反应的动力学条件，实现高碳铬铁粉的低温脱碳。因此，高碳铬铁粉气-固相脱碳法制备中低碳铬铁的技术日益受到人们的关注。 本文首先探究了高碳铬铁粉的冷态喷动流化特性，然后采用微波加热喷动流化床对高碳铬铁粉进行气-固相脱碳实验，实验中，将高碳铬铁粉分别加热到700℃、800℃、900℃、1000℃，并分别保温脱碳0 min、60 min、120min和180min，在加热过程中，记录下每分钟物料温度的变化情况，以掌握其在微波加热喷动流化床中的升温特性。加热结束后，待物料自然冷却到室温后，取出物料，观察其粘接失流情况，并对其进行了粒度分析及碳含量测定，实验所得的主要结论如下: (1)在同样条件下，高碳铬铁粉在喷动流化床中的起始静床层高度大于最大喷动床床层高度时，物料才具有典型的喷动流化特征; (2)物料密度、物料粒径是影响物料喷动流化形态的主要因素。最大床层压降随物料质量、物料密度的增加而增大，随物料直径的增加趋于增大;最小喷动流化速度均随物料质量、物料直径的增加而增大。床层空隙率随喷动流化气体气流量的增加而增大，物料质量对粗颗粒物料的床层空隙率影响较大，对细颗粒物料的床层空隙率影响较小; (3)在微波加热喷动流化床内，高碳铬铁粉的升温特性较好，温度呈现两段式增长，第一阶段平均升温速率为36℃·min-，第二阶段升温速率较第一阶段有所下降，为7℃·min-1; (4)微波加热喷动流化床能够实现高碳铬铁粉的有效脱碳，将高碳铬铁粉分别加热到700℃、800℃、900℃、1000℃，并分别保温脱碳0 min、60 min、120 min、180 min后，高碳铬铁粉中的碳含量明显降低，并且随着脱碳温度的升高及保温时间的延长，高碳铬铁粉的脱碳率显著升高。其中，当脱碳温度升高到1000℃，保温脱碳时间延长至180 min时，高碳铬铁粉的碳含量降低到4.109％，脱碳率达到49.64％; (5)高碳铬铁粉在微波加热喷动流化床内脱碳的过程中，没有发生粘接失流情况，实验后，脱碳物料的粒度组成较反应前发生了明显的变化。主要表现为小颗粒物料在混合物料中所占的比例减少，而大颗粒物料所占的比例增加; (6)经热力学计算及动力学分析表明，微波加热喷动流化床能够实现高碳铬铁的低温脱碳;采用未反应核模型计算得到脱碳反应的表观活化能为88.47 kJ·mol-1，其中，气体的内扩散成为该脱碳反应的限制性环节; (7)微波加热能够影响化学反应发生的路径，改善气-固相脱碳反应的动力学条件，提高气-固相脱碳反应的反应速率，促进碳在高碳铬铁粉中的扩散，降低脱碳反应的活化能。
微波加热;高碳铬铁粉;喷动流化床;气-固相脱碳;低碳铬铁
太原理工大学
硕士
冶金工程
陈津
2015
中文
TF702.4
75
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）