鐵液催化氧化鋁碳熱還原反應(yīng)機(jī)理的研究.pdf

1、Al2O3-C耐火材料由于其具有較高的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性及耐磨性被廣泛用作連鑄系統(tǒng)和鋼流控制系統(tǒng)耐火材料。隨著潔凈鋼冶煉技術(shù)的發(fā)展，Al2O3-C耐火材料和鋼液之間的相互作用以及其對(duì)鋼質(zhì)量的影響日益引起人們的重視，比如，鋼中的增碳主要來自于耐火材料中的石墨向鋼中的溶解。近年來有文獻(xiàn)報(bào)道了在煉鋼溫度下Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中氧化鋁與碳之間的碳熱還原反應(yīng)是可以發(fā)生的。因此，研究Al2O3-C耐火材料的主要成分氧化鋁和碳在煉鋼條件下的

2、碳熱還原反應(yīng)對(duì)于減少耐火材料的損毀和提高鋼水的質(zhì)量具有重要意義。
　　論文主要由三個(gè)部分組成。首先借助熱力學(xué)軟件計(jì)算了CO氣體和CO2氣體分壓、鐵中初始Al和C含量對(duì)Al2O3-C/Fe系統(tǒng)反應(yīng)的影響。然后，借助熱分析實(shí)驗(yàn)和高溫?zé)嶂貭t實(shí)驗(yàn)研究了在氬氣氣氛下Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應(yīng)及其對(duì)鐵液組成的影響。最后，研究了埋炭條件下，Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應(yīng)及其對(duì)鐵液組成的影響。研究得到如下結(jié)論:
　　(1)熱力學(xué)計(jì)算

3、表明，Al2O3和C之間的固相反應(yīng)受CO分壓和溫度影響很大。當(dāng)CO分壓為0.1Pa時(shí)，Al2O3與C在1171℃就能發(fā)生反應(yīng)并生成液態(tài)鋁，在1135℃時(shí)就有Al氣體生成，在1147℃時(shí)就有Al2O氣體生成。在相同的溫度及CO分壓下，Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應(yīng)比Al2O3-C系統(tǒng)中的反應(yīng)更易發(fā)生。當(dāng)CO分壓較低時(shí)，隨著鐵中初始Al含量和C含量的增加，鐵液中的[Al]含量和[C]含量均逐漸增加;當(dāng)CO分壓較高時(shí)，隨著鐵中初始Al含量和

4、C含量的增加，鐵液中的[Al]含量和[C]含量不發(fā)生變化。
　　(2)在流動(dòng)的氬氣氣氛實(shí)驗(yàn)條件下，由于反應(yīng)生成的CO氣體隨著氬氣被帶出系統(tǒng)，使得系統(tǒng)中CO氣體分壓很低，高溫下Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中有鋁生成。Al2O3-C耐火材料和鐵液的接觸狀態(tài)對(duì)Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生影響。Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中各組分為粉末互混時(shí)，反應(yīng)劇烈，實(shí)驗(yàn)后金屬試樣中鋁含量較高，生成鐵鋁合金。將純鐵粉放置在Al2O3-C耐火坩堝中實(shí)驗(yàn)

5、時(shí)，實(shí)驗(yàn)后的金屬試樣中鋁含量較低。
　　(3)在埋炭實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)在空氣中進(jìn)行，有充足的氧氣與焦炭反應(yīng)生成CO氣體，系統(tǒng)CO氣體分壓較高，抑制了氧化鋁碳熱還原反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)后金屬試樣中鋁含量極低，約為0.02％。
　　(4)鐵液催化氧化鋁碳熱還原反應(yīng)的機(jī)理。在高溫氬氣氣氛下，Al2O3會(huì)溶于鐵液中形成[Al]和[O]，鐵液中的[C]會(huì)和[O]反應(yīng)生成CO，反應(yīng)生成的CO被流動(dòng)的氬氣帶出Al2O3-C/Fe系統(tǒng)外使系統(tǒng)的C