微波加熱與常規(guī)加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳顯微結構對比研究.pdf

1、中低碳鉻鐵廣泛應用在不銹鋼和鉻系合金鋼的制造，由于生產(chǎn)過程中排出的冶金鉻渣是一種有害的固體廢棄物，使得高碳鉻鐵液相脫碳受到環(huán)境的限制。因此，高碳鉻鐵固相脫碳技術日益受到人們的關注。
　　探究不同加熱場對物料的顯微結構產(chǎn)生的影響，為微波加熱場的特殊效應提供佐證。本文以內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉為研究對象，采用微波加熱法和常規(guī)加熱法進行固相脫碳對比試驗，通過含碳量對比分析、金相組織對比分析、電子探針顯微對比分析及XRD物相對比分析等研究方法

2、，比較了兩種加熱方式下高碳鉻鐵粉脫碳后的物相組成與顯微結構，分析了微波加熱場與常規(guī)加熱場高碳鉻鐵粉固相脫碳的差異性，探究了微波加熱高碳鉻鐵粉的機理及其優(yōu)越性，并證明了微波場對高碳鉻鐵粉中碳的擴散能力具有明顯的增強作用，能夠大大改善固相脫碳反應的熱力學及動力學條件。研究的主要結論如下:
　　(1)高碳鉻鐵粉的金相組織結構主要以粗大的白色塊狀物相(Cr, Fe)7C3為基體相，占據(jù)了總物相的80％以上，同時還有少量灰色不規(guī)則形狀的物相

3、(Cr, Fe)23C6填充在(Cr, Fe)7C3基體相中間。由于(Cr, Fe)7C3晶粒較大，含碳較多，碳固相遷移需要更大的能量。
　　(2) Cr7C3晶格常數(shù):a=0.452nm，b=0.695，c=1.212，晶胞體積為0.3807nm3。在Cr7C3晶體中，碳原子的位置在鉻原子組成的三棱柱中，Cr7C3鍵強度及密度都較高，屬于熱力學穩(wěn)定結構，同時具有很高的硬度。Cr23C6晶格常數(shù):a=1.058nm，晶胞體積為0.

4、2935nm3。在Cr23C6晶體中，碳原子的位置在鉻原子組成的四方反棱柱中，Cr-C鍵強度明顯小于Cr7C3，相對密度同樣小于Cr7C3，理論硬度也小于Cr7C3，熱力學穩(wěn)定性自然低于Cr7C3。
　　(3)微波加熱內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉在900℃、1000℃、1100℃、1200℃時并保溫脫碳60min的條件下，其脫碳率都遠高于馬弗爐加熱下的脫碳率?？梢?，微波加熱下，不需要很高的溫度及很長的保溫時間就能達到很好的脫碳效果。

5、>　　(4)在常規(guī)加熱下，脫碳反應要求的溫度高，高碳鉻鐵粉中的(Cr, Fe)23C6-CrFe生成量少，長大速度慢且偏析嚴重，分布極不均勻;而在微波場作用下，(Cr, Fe)23C6-CrFe生成溫度低，反應速度快，分布較均勻，體現(xiàn)出了微波加熱的優(yōu)越性。
　　(5)通過計算可知:Cr7C3的化學鍵為共價鍵、離子鍵和金屬鍵組成的混合鍵，而Cr7C3整體呈現(xiàn)金屬性，且電子的極化馳豫是Cr7C3損耗電磁波的主要原因。同時分析得到碳原子

6、的活性及其擴散的難易程度是影響固相脫碳速率的關鍵因素，而微波加熱下碳原子的擴散能力得到顯著提高，大大改善了固相脫碳反應的熱力學及動力學條件。
　　(6)脫碳物料隨脫碳溫度的提高，其氧化程度隨之增加，高碳鉻鐵粉顆粒越細小，氧化程度越高，但物料在微波加熱場中氧化物相的尺寸更小，氧化速度也明顯低于常規(guī)加熱方式，從而說明微波加熱場中高碳鉻鐵中碳的擴散速度比氧化速度要快，具有良好的脫碳抗氧化作用。
　　(7)微波加熱到900℃后CaC

7、O3幾乎完全分解，而常規(guī)加熱到此溫度時，還有大量CaCO3殘留，直到1000℃后才完全分解;常規(guī)加熱到900℃時氧化物不但有CF2O3，同時還存在少量CaCr2O4;而微波加熱到1000℃時，才出現(xiàn)此類氧化物。常規(guī)加熱到1100℃時，出現(xiàn)了較多的氧化物相:CaCr2O7及Ca(CrO2)2;微波加熱到此溫度時沒有出現(xiàn)新的氧化物，而是在1200℃時才出現(xiàn)CaCr2O7。進一步證明了微波加熱下高碳鉻鐵粉中碳的擴散速度確實遠高于常規(guī)加熱，大大