微波加熱配加碳酸鈣高碳錳鐵粉固相脫碳顯微結構研究.pdf

1、配加碳酸鈣高碳錳鐵粉在微波加熱場中進行固相脫碳可以實現(xiàn)高碳錳鐵的深度脫碳,其中殘留的純凈氧化鈣又可輔助脫碳錳鐵在冶煉過程中對鋼水進行脫硫脫磷。因此,對這種新型冶金物料進行物相組成和顯微結構研究在冶金理論和實際應用中具有重要意義和參考價值。
　　 本文通過碳含量分析、金相分析、電子探針顯微和成分分析、XRD物相分析等方法,并采用試驗對比的方法,系統(tǒng)研究了微波加熱和常規(guī)加熱配加碳酸鈣高碳錳鐵粉固相脫碳物料的物相組成和顯微結構,對物料

2、在微波加熱場和常規(guī)加熱場中的升溫特性、固相脫碳效果進行了對比分析,并探討了微波加熱場非熱效應對固相脫碳反應的作用和機理。主要研究結論如下:
　　 (1)高碳錳鐵合金的金相組織結構主要為鑲嵌結構、蠶食結構和包裹結構,物相組成主要為富碳碳化物相(Mn0.86Fe0.14)7C3,占47％左右;中間碳化物相(Mn0.80Fe0.20)5C2,占32%左右;富金屬碳化物相(Mn0.78Fe0.22)23C6,占21%左右。高碳錳鐵除了主

3、要的錳鐵復合碳化物外,還存在有Fe3C、Fe3Si、Fe0.4Mn3.6C、Mn15C4和游離石墨等物相。
　　 (2)配加碳酸鈣高碳錳鐵粉混合物料對微波具有良好的吸收性,根據(jù)物料脫碳摩爾配比(CO2碳酸鈣粉:C高碳錳鐵粉)的不同,微波加熱物料的比升溫速率為10℃/min·kg～50℃/min·kg;對于配比相同的物料,微波加熱的平均比升溫速率高于馬弗爐加熱的平均比升溫速率。提高脫碳溫度和增加脫碳時間有助于固相脫碳率的提高;在脫

4、碳溫度和脫碳時間相同的條件下,脫碳摩爾配比越高,脫碳物料的含碳量越低,脫碳效果越好。
　　 (3)在試驗條件(脫碳溫度為900℃、1000℃、1100℃、1200℃,保溫脫碳時間為60min)相同的情況下,微波加熱配加碳酸鈣高碳錳鐵粉的固相脫碳率分別為76.70%、82.90%、84.12%和85.78%,特別是在低溫段均遠高于馬弗爐加熱的固相脫碳率31.92%、57.19%、58.85%和88.05%。這種現(xiàn)象說明微波加熱場較

5、常規(guī)加熱場存在著一種脫碳的非熱效應,微波加熱非熱效應在較低的脫碳溫度下能明顯提高高碳錳鐵粉中碳的擴散能力,改善低溫固相脫碳反應的動力學條件;而常規(guī)加熱脫碳的反應動力學條件明顯受到溫度的控制,固相脫碳的溫度越高,高碳錳鐵粉的脫碳率才會越高。
　　 (4)微波加熱配加碳酸鈣高碳錳鐵粉可以實現(xiàn)高碳錳鐵的固相脫碳,脫碳物料的金相組織結構主要為球形層狀結構、球殼狀結構和實心球形結構。物相組成主要為金屬錳、金屬錳鐵相,占58%左右;富金屬碳

6、化物相,占19%左右;氧化鈣相,占23%左右,無有害雜質,可輔助脫碳錳鐵對鋼水進行脫硫和脫磷。在微波加熱固相脫碳條件下,微波加熱場能夠促進同種金屬的聚合,異種金屬的分離:在脫碳溫度900℃時,固相脫碳的綜合效果最好,脫碳錳鐵物料中金屬錳鐵的實際碳含量為1.54%,金屬錳鐵的氧化率低,且無錳酸鈣、硅酸鈣等物相的產生,金屬錳的揮發(fā)損失最低。
　　 (5)在常規(guī)加熱的脫碳物料中,金屬錳鐵相呈不規(guī)則蝴蝶狀結構和大小不一的實心球形結構,且

7、脫碳物料中只存在金屬錳鐵相,而沒有出現(xiàn)單一的金屬錳相和金屬鐵相。常規(guī)加熱場中沒有出現(xiàn)類似于微波加熱場所具有促進同種金屬聚合、異種金屬分離的現(xiàn)象。
　　 (6)在相同的脫碳溫度下,微波加熱脫碳物料的氧化程度明顯低于常規(guī)加熱脫碳物料的氧化程度,這表明在微波加熱場中,高碳錳鐵粉中碳的擴散速率大于氧化速率,故脫碳物料的氧化程度相對較低;而在常規(guī)加熱場中,高碳錳鐵粉中碳的擴散速率小于氧化速率,不僅物料的脫碳效果差,且脫碳物料的氧化程度相對