微波加熱與常規(guī)加熱高碳鉻鐵粉固相脫碳顯微結(jié)構(gòu)對(duì)比研究.pdf

1、中低碳鉻鐵廣泛應(yīng)用在不銹鋼和鉻系合金鋼的制造，由于生產(chǎn)過(guò)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(shù)日益受到人們的關(guān)注。
　　探究不同加熱場(chǎng)對(duì)物料的顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，為微波加熱場(chǎng)的特殊效應(yīng)提供佐證。本文以內(nèi)配碳酸鈣高碳鉻鐵粉為研究對(duì)象，采用微波加熱法和常規(guī)加熱法進(jìn)行固相脫碳對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)含碳量對(duì)比分析、金相組織對(duì)比分析、電子探針顯微對(duì)比分析及XRD物相對(duì)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(jié)構(gòu)，分析了微波加熱場(chǎng)與常規(guī)加熱場(chǎng)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(jī)理及其優(yōu)越性，并證明了微波場(chǎng)對(duì)高碳鉻鐵粉中碳的擴(kuò)散能力具有明顯的增強(qiáng)作用，能夠大大改善固相脫碳反應(yīng)的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件。研究的主要結(jié)論如下:
　　(1)高碳鉻鐵粉的金相組織結(jié)構(gòu)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(shí)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(qiáng)度及密度都較高，屬于熱力學(xué)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(qiáng)度明顯小于Cr7C3，相對(duì)密度同樣小于Cr7C3，理論硬度也小于Cr7C3，熱力學(xué)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(shí)并保溫脫碳60min的條件下，其脫碳率都遠(yuǎn)高于馬弗爐加熱下的脫碳率?？梢?jiàn)，微波加熱下，不需要很高的溫度及很長(zhǎng)的保溫時(shí)間就能達(dá)到很好的脫碳效果。

5、>　　(4)在常規(guī)加熱下，脫碳反應(yīng)要求的溫度高，高碳鉻鐵粉中的(Cr, Fe)23C6-CrFe生成量少，長(zhǎng)大速度慢且偏析嚴(yán)重，分布極不均勻;而在微波場(chǎng)作用下，(Cr, Fe)23C6-CrFe生成溫度低，反應(yīng)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(guò)計(jì)算可知:Cr7C3的化學(xué)鍵為共價(jià)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(shí)分析得到碳原子

6、的活性及其擴(kuò)散的難易程度是影響固相脫碳速率的關(guān)鍵因素，而微波加熱下碳原子的擴(kuò)散能力得到顯著提高，大大改善了固相脫碳反應(yīng)的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)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(xì)小，氧化程度越高，但物料在微波加熱場(chǎng)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(shuō)明微波加熱場(chǎng)中高碳鉻鐵中碳的擴(kuò)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(shí)，還有大量CaCO3殘留，直到1000℃后才完全分解;常規(guī)加熱到900℃時(shí)氧化物不但有CF2O3，同時(shí)還存在少量CaCr2O4;而微波加熱到1000℃時(shí)，才出現(xiàn)此類氧化物。常規(guī)加熱到1100℃時(shí)，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(shí)沒(méi)有出現(xiàn)新的氧化物，而是在1200℃時(shí)才出現(xiàn)CaCr2O7。進(jìn)一步證明了微波加熱下高碳鉻鐵粉中碳的擴(kuò)散速度確實(shí)遠(yuǎn)高于常規(guī)加熱，大大