鐵液催化氧化鋁碳熱還原反應機理的研究.pdf

1、Al2O3-C耐火材料由于其具有較高的熱導率、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的發(fā)展，Al2O3-C耐火材料和鋼液之間的相互作用以及其對鋼質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。近年來有文獻報道了在煉鋼溫度下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、碳熱還原反應對于減少耐火材料的損毀和提高鋼水的質量具有重要意義。
　　論文主要由三個部分組成。首先借助熱力學軟件計算了CO氣體和CO2氣體分壓、鐵中初始Al和C含量對Al2O3-C/Fe系統(tǒng)反應的影響。然后，借助熱分析實驗和高溫熱重爐實驗研究了在氬氣氣氛下Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應及其對鐵液組成的影響。最后，研究了埋炭條件下，Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應及其對鐵液組成的影響。研究得到如下結論:
　　(1)熱力學計算

3、表明，Al2O3和C之間的固相反應受CO分壓和溫度影響很大。當CO分壓為0.1Pa時，Al2O3與C在1171℃就能發(fā)生反應并生成液態(tài)鋁，在1135℃時就有Al氣體生成，在1147℃時就有Al2O氣體生成。在相同的溫度及CO分壓下，Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應比Al2O3-C系統(tǒng)中的反應更易發(fā)生。當CO分壓較低時，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CO分壓較高時，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)在流動的氬氣氣氛實驗條件下，由于反應生成的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Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中的反應會產(chǎn)生影響。Al2O3-C/Fe系統(tǒng)中各組分為粉末互混時，反應劇烈，實驗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耐火坩堝中實驗

5、時，實驗后的金屬試樣中鋁含量較低。
　　(3)在埋炭實驗中，由于實驗在空氣中進行，有充足的氧氣與焦炭反應生成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的發(fā)生，實驗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的機理。在高溫氬氣氣氛下，Al2O3會溶于鐵液中形成[Al]和[O]，鐵液中的[C]會和[O]反應生成CO，反應生成的CO被流動的氬氣帶出Al2O3-C/Fe系統(tǒng)外使系統(tǒng)的C