冷等離子體強化合金熔體精煉的基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著低溫等離子體化學(xué)的發(fā)展，等離子體精煉方面的研究正越來越引起人們的重視。本文研究了冷等離子體強化金屬熔體精煉的效果和機理，從熱力學(xué)上比較了各種活性粒子參與化學(xué)反應(yīng)的能力，并分析了冷等離子體精煉動力學(xué)，為將來的應(yīng)用提供了理論和實踐指導(dǎo)依據(jù)。 本文在綜述了國內(nèi)外在等離子體精煉方面的研究進展情況和分析了直流輝光放電各種特性的基礎(chǔ)上，采用低熔點的Sn-S合金作為研究對象，利用直流脈沖電場激發(fā)石英玻璃管中的反應(yīng)氣體(H2或Ar)輝光放電

2、產(chǎn)生冷等離子體對合金熔體進行脫硫，通常是將置于坩鍋中的熔體作為陰極，不銹鋼平板作為陽極。輝光等離子體對Sn-S合金熔體精煉脫硫的實驗研究發(fā)現(xiàn)，Ar等離子體在錫液中初始硫含量較高時顯示出一定的脫硫效果，在60min內(nèi)脫除率為19.8％([S]初始=439ppm)。H2等離子體可以使錫液中的硫降至1ppm以下，表現(xiàn)出了優(yōu)異的精煉效應(yīng)。混合氣體Ar-H2(10％)等離子體脫硫效果介于兩種純氣體等離子體之間，經(jīng)過90min的處理，硫含量可以從原

3、始的610ppm降至135ppm。改變等離子體脫硫時的氣體壓力、脈沖占空比、熔體溫度、熔體極性等實驗參數(shù)，發(fā)現(xiàn)脫硫效果受到影響，這可以用體系中活性氫粒子和高能Ar+的濃度以及熔體中硫原子擴散速度的改變來解釋。在錫液不同深度取樣發(fā)現(xiàn)了硫濃度梯度的存在，這主要是由硫原子從錫液內(nèi)部向表面的濃度擴散和溫度差引起的硫原子對流擴散所引起的。在分析實驗結(jié)果和現(xiàn)象以及利用質(zhì)譜儀對反應(yīng)后氣體進行成分分析的基礎(chǔ)上，探討了Ar等離子體和H2等離子體各自的脫硫

4、機理。Ar等離子體是依靠高能量的Ar+碰撞把能量傳遞給熔體中硫原子使之蒸發(fā)來實現(xiàn)脫硫效果的，是一種物理過程。H2等離子體則是通過其中大量的活性氫粒子(H和H+)和熔體中的硫原子發(fā)應(yīng)生成揮發(fā)性氣體而使之脫除，是一種化學(xué)過程。 本文從熱力學(xué)角度分析了各種氫粒子(H、H+和H2)和硫發(fā)應(yīng)生成H2S的能力，按大小順序依次為：H+＞H＞H2。在實驗研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合等離子體化學(xué)的知識，對H2等離子體強化金屬熔體脫硫過程的組成步驟和限制性環(huán)