微波加熱與常規(guī)加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉固相脫碳動力學(xué)對比研究.pdf

1、中低碳鉻鐵主要用于生產(chǎn)中低碳結(jié)構(gòu)鋼、鉻鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼。近年來，隨著鋼鐵產(chǎn)品在種類上的細(xì)化，對中低碳鉻鐵的需求也越來越大。采用固相反應(yīng)使高碳鉻鐵脫碳，反應(yīng)的溫度要求相對較低，工藝流程簡便，鉻的回收率高，對環(huán)境污染小，因此高碳鉻鐵粉的固相脫碳日益受到關(guān)注。
　　微波加熱和常規(guī)加熱的加熱機(jī)理不同，在一定程度上影響著化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)條件和活化能。本文以內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉為研究對象，對不同加熱方式下固相脫碳的動力學(xué)行為和活化能進(jìn)行了對比研

2、究。內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉用微波加熱爐和馬弗爐分別加熱到900℃、1000℃、1100℃、1200℃并分別保溫脫碳0min、20min、40min和60min，在加熱過程中，記錄下每分鐘物料溫度的變化，以掌握其升溫特性。加熱結(jié)束后，待物料自然冷卻到室溫，取出物料，觀察其外觀，并取一小部分物料進(jìn)行碳含量的測定，對加熱過程中物料發(fā)生的變化及其脫碳情況進(jìn)行分析。試驗(yàn)所得的主要結(jié)論如下:
　　(1)微波加熱下內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉在被加熱到1

3、200℃的過程中升溫分為三個階段:從室溫加熱到880℃，升溫速率沒有太大的變動，溫度基本呈直線上升;從880℃加熱到950℃，由于碳酸鈣粉在較短的時間內(nèi)大量分解，吸收熱量，使物料的升溫速率逐漸減小，隨著碳酸鈣粉分解趨于完全，吸熱減少，升溫速率又逐漸增大，從950℃加熱到1200℃，碳酸鈣分解后生成的氧化鈣對微波的吸收性要比碳酸鈣粉好，所以物料的升溫速率相對于第一階段有小幅增加。常規(guī)加熱下內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉的升溫過程分為兩個階段:從室溫

4、到1000℃左右，物料的升溫速率保持恒定不變，溫度呈直線上升，當(dāng)溫度超過1000℃以后，混合物料升溫速率逐漸下降。在功率相同的條件下，微波加熱的升溫速率要明顯快于常規(guī)加熱的升溫速率。
　　(2)內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉在脫碳摩爾比相同且加熱溫度和保溫時間相同的條件下，微波加熱場中高碳鉻鐵粉的脫碳率明顯要高于常規(guī)加熱場，加熱方式相同的條件下，脫碳摩爾比為1∶1.4的混合物料高碳鉻鐵粉的脫碳率要高于脫碳摩爾比為1∶1的混合物料。微波加熱場

5、的反應(yīng)速率要快于常規(guī)加熱場，隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長，微波加熱場和常規(guī)加熱場的脫碳率都隨之提高。加熱到1200℃保溫脫碳60min，微波加熱脫碳摩爾比為1∶1的高碳鉻鐵粉脫碳率為65.56％，脫碳摩爾比為1∶1.4的高碳鉻鐵粉的脫碳率為82.97％;常規(guī)加熱脫碳摩爾比為1∶1的高碳鉻鐵粉脫碳率為58.21％，脫碳摩爾比為1∶1.4的高碳鉻鐵粉的脫碳率為71.32％。
　　(3)在微波加熱場中不同脫碳摩爾比的固相脫碳反應(yīng)的

6、控速環(huán)節(jié)是CO2氣體內(nèi)擴(kuò)散，脫碳摩爾比1∶1的反應(yīng)的表觀活化能為106.31 kJ·mol-1，脫碳摩爾比1∶1.4的反應(yīng)的表觀活化能為109.76 kJ·mol-1。常規(guī)加熱場中不同脫碳摩爾比的固相脫碳反應(yīng)控速環(huán)節(jié)為界面化學(xué)反應(yīng)，脫碳摩爾比1∶1的反應(yīng)的表觀活化能為159.06 kJ·mol-1，脫碳摩爾比為1∶1.4的反應(yīng)的表觀活化能為169.65 kJ·mol-1。
　　(4)微波加熱場能改善固相脫碳的動力學(xué)條件，提高內(nèi)配碳