AlF3-(Li,Na)F-(Al2O3-Y2O3)熔盐体系物理化学性质研究

为进一步优化电解制备Al-Cu-Y合金的热、动力学条件,对AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系的密度、黏度及电导率变化规律进行研究。分别采用阿基米德法、连续变化电导池常数法和旋转法测定AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)熔盐体系在温度为900~1 000 ℃范围内,n((Li, Na)F): n(AlF₃)=2.5时的密度(ρ)、电导率(σ)、黏度(η)随温度和组分的变化规律,结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,AlF₃-(Li, Na)F-(Al₂O₃-Y₂O₃)体系中Al₂O₃和Y₂O₃的含量一定,密度-温度、黏度-温度和电导率-温度之间均呈线性关系。在温度为950 ℃条件下,熔盐体系的密度随Al₂O₃含量的增加而线性减小,随Y₂O₃含量的增加而线性增加; 电导率随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性减小; 体系的黏度则随Y₂O₃或Al₂O₃含量的增加而线性增加。      

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣对Al2O3的溶解

为了控制低碳铝镇静钢中Al₂O₃夹杂物,并提升渣系对Al₂O₃夹杂物吸附能力,采用FactSage 8.1模拟计算CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系的等黏度图和等ΔC/η(ΔC=C■-C■,η为渣的黏度)值线图。根据模拟计算图选取合适的五元精炼渣做Al₂O₃的吸附试验,试验研究了Al₂O₃在CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系中的溶解速率,讨论了Al₂O₃棒浸入深度、直径、转速、渣成分以及温度对Al₂O₃溶解速率的影响,求解了Al₂O₃在溶解过程中的活化能。最后,采用场发射扫描电子显微镜(Apreo S HiVa...     

熔盐电解制备Al-Cu-Y合金电解质 体系黏度的研究

采用旋转法测定了熔盐电解制备Al-Cu-Y合金的电解质体系Na₃AlF₆-AlF₃-LiF-MgF₂-Al₂O₃-CuO-Y₂O₃在温度900~1 000 ℃范围内的黏度,通过分析数据研究温度及Al₂O₃、Y₂O₃、CuO添加量对熔盐黏度的影响,确定了温度、熔盐组分和黏度之间的关系.结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,体系随温度升高,黏度减小;随Al₂O₃、Y₂O₃、CuO的含量增大,黏度增大;在900~1 000 ℃范围体系黏度（η）随温度（T）以及氧化物的含量W_Al2O3、W_Y2O3、W_CuO符合回归方程η=0.075-6.49×10-5T+3.7×10-4W_Al2O3+5.73×10-4W_Y2O3+6.78×10-4W_CuO.      

超音速等离子喷涂Al2O3与Al2O3-13%TiO2涂层热震性能

采用超音速等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备了FeAl/Al₂O₃、FeCrAl/Al₂O₃、FeAl/Al₂O₃-13%TiO₂、FeCrAl/Al₂O₃-13%TiO₂四种涂层,通过扫描电镜表征微观结构,图像分析技术测量孔隙率,多峰法计算α-Al₂O₃质量分数,并测试了涂层的抗热震性能和结合强度。结果表明：超音速等离子喷涂制备的Al₂O₃涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为40.3%～42.5%,涂层孔隙率约为3.47%～3.52%,制备的Al₂O₃-13%TiO₂涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为24.0%～29.7%,涂层孔隙率...     

电铝热法冶炼钒铁渣熔化性能

利用Fact Sage热力学软件Phase Diagram和Equilib模块分别计算了CaO含量对CaO-Al₂O₃-22% MgO-1% SiO₂-2% FeO系液相线的影响以及CaO、调渣剂CaF₂和B₂O₃单独或复合添加对Al₂O₃-MgO-25% CaO-1% SiO₂-2% FeO系1700℃液相量的影响.通过差热分析测定了现场实验炉渣的熔化开始温度和结束温度,验证了理论计算变化规律.结果发现:电铝热法生产FeV的炉渣中CaO质量分数应该控制在25%左右,此时熔化性能较好;调渣剂CaF₂的调渣效果好于B₂O₃,且Al₂O₃/MgO质量比较高时二者不能复合使用;考虑到工业应用效果和环境保护,CaF₂添加量应控制在2%~5%.      

Sm3+/Ce3+共掺杂B2O3-Al2O3-SiO2玻璃的结构和激光吸收性能

在硼铝硅酸盐玻璃(43B₂O₃-25Al₂O₃-32SiO₂)中进行Sm³⁺/Ce³⁺共掺杂,采用固相熔融法制备(B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂)-20Sm₂O₃-x CeO₂(x为0～6%,摩尔分数)玻璃,借助X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见-近红外分光光度计等表征方法研究玻璃的结构和激光吸收性能。结果表明,所有样品均为玻璃状,Sm³⁺和Ce³⁺均匀分布。随CeO₂的摩尔分数从0增加到2%,玻璃中桥氧的摩尔分数从60.12%增加到63.82%,而当CeO₂的摩尔分数增加到6%时,桥氧的摩尔分数下降到59.41%。CeO₂摩尔分数为2%...     

熔盐电解法制备Y-Ni合金工艺研究

以Y₂O₃为原料、YF₃-LiF为熔盐,研究自耗阴极熔盐电解法制备Y-Ni合金,分析电解电压、电解电流对合金成分、电解温度、电解效率和金属收率的影响。在61.5%YF₃-38.5%LiF(原子分数)的熔盐体系下,电解电压、电解电流对电解温度影响显著,电解温度过高,稀土金属在熔体中溶解加快,稀土金属氧化、二次反应加剧,合金中钇成分含量、电解效率以及钇金属收率随着电解温度的增加逐渐降低,实验获得的最佳电解条件为：电解电压为7.2 V±0.2 V,电解电流为555 A±5 A,电解温度为1080℃±20℃。通过对Y-Ni合金的表征分析,制备的Y-Ni合金成分较为均匀,无明显偏析现象,合金中Y∶Ni=1∶1(质量比),主要由NiY相和Ni₂Y相组成,其中YNi相占比为42.11%,YNi₂相占比为57.89%。     

基于挥发影响的CaF2-Al2O3二元相图测定与解析

 为实现对CaF₂-Al₂O₃二元相图做出有效测定与评价,首先利用FactSage软件计算和熔点测试绘制了CaF₂-Al₂O₃二元相图,共晶点成分为10%Al₂O₃-90%CaF₂(质量分数),共晶温度为1 340 ℃。通过热重-差热试验发现,该二元体系升温过程存在明显失重和吸热,温度达到1 500 ℃时,90%CaF₂-10%Al₂O₃的试样失重率可达27%,失重主要是CaF₂挥发,并伴随明显吸热峰。基于失重及挥发反应,对熔点测定过程进行成分修正,得到新的CaF₂-Al₂O₃二元相图,共晶点成分为12%Al₂O₃-88%CaF₂(质量分数),共晶温度为1 340 ℃。最后,通过荧光分析对熔化后的渣样进行成分检测,结果与新的相图基本吻合。研究结果对含易挥发组元炉渣熔点测定及相图的绘制和解析具有参考价值。     

NaCl-CaCl2熔盐体系中电脱氧制备金属Fe的工艺研究

在NaCl-CaCl₂熔盐体系中采用FFC-剑桥工艺开展了Fe₂O₃电脱氧制备金属Fe的工艺研究。重点研究了烧结工艺和电解工艺等对熔盐中Fe₂O₃电脱氧过程的影响。采用SEM分析了烧结后Fe₂O₃的微观结构, 采用XRD分析了电解前后产物的物相组成, 得到了优化的电脱氧工艺条件为:槽电压为3.2 V, 电解时间为8 h, 烧结温度为800~900 ℃, 黏结剂用量为1.5%~2.5%和电解温度为680~722 ℃。同时, 在该熔盐体系中Fe₂O₃电脱氧机理为Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe。      

高品质含钛焊丝钢生产过程中夹杂物的行为演变

采用扫描电镜观察了含钛焊丝钢中夹杂物的形貌与组成,重点分析了冶炼过程中夹杂物的形成和演变规律。结果表明,LF进站前的夹杂物主要类型为球形的SiO₂-Al₂O₃复合夹杂物,其尺寸在6 μm左右;在LF精炼中,SiO₂-Al₂O₃型夹杂物转变为不规则椭球形SiO₂-Al₂O₃-CaO型夹杂物,其尺寸为5～10 μm。且随着精炼的进行,夹杂物的数量密度由LF进站前的131.81变成最终出站时的42.84个/mm2。在钢水精炼期间,夹杂物成分由最初的w(Al₂O₃)＜20%的区域向CaO含量升高的区域移动,Al₂O₃的质量分数为20%～35%;LF精炼结束后的夹杂物类型除了SiO₂-Al₂O₃-CaO外,还存在较多的近球形SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO与形状不规则的SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO-TiO_x系夹杂物。另外,在铸坯中的复合氧化夹杂物的外层还发现有TiN夹杂物析出。夹杂物成分最终在铸坯中停留在w(Al₂O₃)＜25%的区域,数量密度降低到27个/mm2左右。     

CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对ZrO2/Al2O3复相陶瓷性能的影响

以Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO)₂·4H₂O、C₈H₂₀O₄Si为原料, 采用高分子网络法制备出成分均匀、粒度分布为3~7μm、高活性的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂; 将质量分数为3%、5%、7%、9%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂添加到Al₂O₃和ZrO₂原料粉体中, 经干压成型, 在1450℃烧结温度、保温4h的工艺条件下进行常压烧结制备得到ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷试样, 研究烧结助剂添加量对复相陶瓷力学性能和显微组织结构的影响。结果表明:当添加质量分数为5%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂时, ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的综合性能最达到佳, 相对密度为94%, 显微维氏硬度为1204 MPa, 抗弯强度为321 MPa, 断裂韧性为4.52 MPa·m1/2。     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

6061Al/Al2O3金属基复合材料组织和性能

以6061Al作为基质材料,利用液体冶金的搅拌铸造技术及挤压法制备Al₂O₃颗粒增强的金属基复合材料,选取6061Al添加3种质量分数为5%、10%和15%的Al₂O₃为研究对象,以改善6061Al/Al₂O₃复合材料的力学性能。通过SEM分析表明,Al₂O₃颗粒在6061Al金属基体中的分布相当均匀;由X射线衍射试验结果显示,复合材料中只有6061Al和Al₂O₃,且不会影响结晶性及6061Al的组织结构型态。试验结果表明,随着Al₂O₃添加量增加至15%,6061Al/Al₂O₃复合材料的硬度和抗拉强度均有较大提高,但伸长率略有下降,由于材料孔隙率的提升,致密度下降,从而引起材料的硬度略微下降;分析磨损量与Al₂O₃添加量及磨损率与滑动距离的关系,结果显示商用6061Al的磨损率最大,而6061Al/Al₂O₃(15%)复合材料的磨损量最小,并且磨损率最低,这是由于在6061Al中加入Al₂O₃颗粒,Al₂O₃颗粒的存在可以减少磨粒对基体的犁削作用,有效提高基体的耐磨性。深入探讨Al₂O₃颗粒增强的金属基复合材料,发现颗粒增强体以很细的粉末(一般在20 μm以下)加入到金属基中起到提高硬度、强度和耐磨性的作用;然而,Al₂O₃添加量越来越大时,其对6061Al系列材料的硬度、强度和耐磨耗性等性能将起到负面作用。     

K2O和Na2O对高Al2O3炉渣组元活度和MgO含量的影响

 随着高品位铁矿石消耗的加快,资源逐渐趋于贫化,钢铁企业可利用的铁矿石原料逐渐向中低品位原料转变,尤其是高铝铁矿,这类原料的使用无疑会增加高炉渣中Al₂O₃质量分数,影响高炉现有的操作制度。Al₂O₃质量分数为15%～17%的高炉渣,由于Al₂O₃含量高而使高炉渣的冶金性能变差,为了保证高炉渣的冶金性能,必须在其中添加8%左右的MgO。然而,Al₂O₃含量相似的浦项钢铁的高炉渣,其MgO质量分数仅为4%左右,高炉实现了高效、稳定、顺行。因此,从高炉CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO四元渣系的物理化学机理出发,研究了K₂O、Na₂O对高炉渣四元渣系CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO中各组元活度的影响;研究了“渣-气”平衡条件下渣中碱金属氧化物和气体中碱金属的关系;计算了K₂O、Na₂O和MgO对黏度的影响。结果显示,在考虑高炉渣CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO中各组元活度、碱金属在渣-气间的分布和炉渣黏度的情况下,当碱金属氧化物K₂O和Na₂O存在时,可以适当减小MgO含量,并可以保证高炉渣各组元活度及炉渣黏度基本不变。这不仅有助于减少高炉原料中添加含镁熔剂、提高原料品位、高效排碱、降低碱危害、减少碳排放、延长高炉寿命及降低成本,还能促进钢铁企业实现节能减排的目标。     

NaCl-CaCl2-CaWO4熔盐体系电导率的研究

电导率作为一个重要的物理化学参数,对熔盐电解选择最佳电解质及电解温度等具有重要指导意义,通过对熔盐电导率的研究,可以间接地了解熔盐体系的离子结构.因此,关于NaCl-CaCl₂-CaWO₄ 熔盐体系导电性质的研究,对深入研究其电解机理则凸显重要,实验采用 CVCC 法测定 NaCl-CaCl₂- CaWO₄ 熔盐体系的电导率,并通过正交试验分析,研究该体系电导率与温度和熔盐组成摩尔比的关系.结果表明:升高温度或是增大 NaCl 对 CaCl₂ 的摩尔比,均能提高体系电导率,而组分摩尔比是影响体系电导率的主要因素,当 n（NaCl）∶n（CaCl₂）为 1∶1 时,即体系最低共熔点附近出现了电导率的最低值,并随着 NaCl 或 CaCl₂ 的增加,电导率也增加.      

GCr15轴承钢LF含BaO精炼渣系脱硫研究

通过Mo丝高温电阻炉采用正交实验法研究了LF精炼渣系（/%:28.75～58.05CaO、12.50～32.43Al₂O₃、0～15BaO、8～20SiO₂、6MgO、10CaF₂）的成分对高碳铬轴承钢GCr15（/%:0.99C、1.45Cr、0.034S）脱硫的影响。结果表明,当（CaO）/（Al₂O₃）=2.5,（SiO₂）=14%,（BaO）由0增至8%时,精炼渣对钢液的脱硫率增加,（BaO）由8%增至15%时脱硫率降低;当（BaO）=7.5%,（SiO₂）=14%时,随（CaO）/（Al₂O₃）增加,精炼渣的脱硫率增加;当（BaO）=7.5%,（CaO）/（Al₂O₃）=2.5时,随（SiO₂）增加,精炼渣的脱硫率降低。钢液最佳脱硫效果的LF精炼渣组成为:6%～10%（BaO）,3.5～4.0（CaO）/（Al₂O₃）,8%～12%SiO₂。     

组分和粒度对高碱度精炼渣半球熔点和熔化速率的影响

使用CQKJ-Ⅲ矿渣熔化温度测定仪和MTLQ-RD-1300半球熔点熔速综合测定系统,通过正交实验研究碱度、BaO(6%~14%)、CaF₂(0~10%)和Al₂O₃(18%~28%)对基础精炼渣系CaO-SiO₂-Al₂O₃一MgO-CaF₂半球熔点(熔化温度)和熔化速率的影响。结果表明,对高碱度精炼渣熔点的影响因素为CaF₂、BaO、Al₂O₃、碱度(R)依次减弱;对熔速的影响因素为碱度(R)、Al₂O₃、CaF₂、BaO依次减弱,提高精炼渣碱度同时添加适量的Al₂O₃可以降低精炼渣的熔点和提高熔速,BaO、CaF₂的加入也能不同程度的降低精炼渣的熔点,提高精炼渣的熔速;当碱度为4~5,BaO 10%~14%,Al₂O₃ 23%~28%,CaF₂ 5%~10%时,精炼渣的熔点比较低(约1340℃),熔速比较大(熔化时间＜50 s);减小高碱度精炼渣的粒度可以降低熔渣的熔点和提高熔化速率。     

82B硬线钢精炼渣和夹杂物研究

从Al₂O₃活度和夹杂物成分两方面来研究精炼渣对夹杂物的影响.采用Factsage软件对CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO(8%)-CaF₂(8%)炉渣中Al₂O₃活度进行了计算,并研究了碱度和(MgO)含量对Al₂O₃活度的影响.当炉渣碱度从1.0增加到2.0时,炉渣中Al₂O₃活度随着炉渣碱度的增加而降低;当炉渣碱度从2.0增加到3.8时,Al₂O₃活度变化幅度很小;(MgO)质量分数分别为5%和8%的渣,Al₂O₃活度差距较小;在碱度高的炉渣中[Al]_s容易被从炉渣还原到钢水中.在使用高碱度精炼渣的盘条中发现许多含有MgO的硬性夹杂物,并对此进行了分析,最后得出最适宜的炉渣碱度为2.5~3.0.      

Al2 O3和二元碱度对炼钢炉渣中磷酸盐富集机理的综合影响

以六元CaO-SiO₂-FeO-P₂O₅-Fe₂O₃-Al₂O₃炼钢渣系为研究对象,结合热力学计算和实验检测,分析(Al₂O₃)和二元碱度B综合变化对该六元渣系中磷酸盐富集行为的影响.结果表明:炼钢炉渣中生成游离C₂S含量对磷酸盐富集相nC₂SC₃P内的(P₂O₅)至关重要.该渣系中增加SiO₂会降低总的C₂S生成量,增加Al₂O₃可促进钙铝黄长石C₂AS相生成,降低游离C₂S (f-C₂S)的量,进而影响磷酸盐的富集.六元CaO-SiO₂-FeO-P₂O₅-Fe₂O₃-Al₂O₃炼钢炉渣获得较好磷酸盐富集程度,渣中二元碱度B和Al₂O₃含量需满足的耦合关系为:(%Al₂O₃)=-27.70+21.62B,(Al₂O₃)<20.0%,B>1.3.      

Al2O3 -SiO2 -CaO精炼渣系对55SiCrA弹簧钢夹杂物形态控制的影响

在实验室采用Al₂O₃坩埚硅钼管式炉研究了(/%)38.5～45.8CaO-38.2～42.0SiO₂-8～15Al₂O₃-8MgO精炼渣系的成分和碱度(1.0～1.2)对55SiCrA弹簧钢(/%:0.53C、1.50Si、0.70Mn、0.69Cr、0.008P、0.003S、0.005Als)中夹杂物形态的影响,并用Factsage热力学软件对夹杂物成分进行热力学计算和分析在三元相图中的分布。结果表明,夹杂物中Al₂O₃含量随精炼渣中Al₂O₃含量的增加而增加,当渣碱度为1.2,Al₂O₃为8%时钢中夹杂物分布在Al₂O₃-SiO₂-MnO相图低熔点区域,夹杂物中Al₂O₃含量为30%～40%。热力学计算表明,渣碱度1.0～1.2时,对应的钢中Als为0.008%与试验结果吻合。因此用1.0～1.2低碱度和≤8%Al₂O₃精炼渣可控制弹簧钢中的夹杂物形态。