提锌窑渣制备铁基金属陶瓷动力学过程及性能研究

批准号:
51804126
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
严红燕
依托单位:
学科分类:
E0415.资源循环利用
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵英娜、王博、王乐、郑天鑫、王斌、贾雷
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中文摘要
随着我国冶锌有色工业及钢铁生产工业发展,产生大量的提锌窑渣。目前提锌窑渣用作水泥、混凝土基材料及回收有价元素的处理存在流程长、二次渣量堆放及高附加值小等问题。铁基金属陶瓷具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高热稳定性,其优良性能促使其成为大宗利用产品,且产品的高附加值高。然而,由于受原料成本等问题导致铁基金属陶瓷制备和生产成本高,导致其大范围推广受到限制。将提锌窑渣用作用制备金属陶瓷的原料,不仅解决金属陶瓷的原料成本问题,而且实现冶金固废高附加值资源利用。.本项目将采用粉末冶金法用提锌窑渣制备铁基金属陶瓷。通过热力学分析进行合理设计配料,考察不同工艺条件对金属陶瓷性能和组织结构的影响,优化制备工艺,改善金属相/陶瓷相润湿性,结合烧结反应动力分析,揭示烧结反应机理,为提锌窑渣制备铁基金属陶瓷的应用提供理论基础。
英文摘要
With the development of smelting and zinc non-ferrous industry and steel production industry, a large amount of zinc kiln slag is produced. At present, the treatment of zinc kiln slag as cement and concrete-based materials and the recovery of valuable elements have problems such as long process flow, accumulation of secondary slag, and low additional value. Iron-based cermet has high hardness, high wear resistance, high corrosion resistance, and high thermal stability, and their excellent properties have led them to become large-scale use products with high added value. However, due to the cost of raw materials and other issues caused by the high cost of preparation and production of iron-based cermet, leading to its widespread promotion is limited. The use of zinc kiln slag to prepare cermet raw materials not only solves the raw material cost problem of cermet, but also enables the use of high value-added resources for metallurgical solid waste..In this project, iron-based cermet will be prepared by extracting zinc kiln slag using powder metallurgy. The thermodynamic analysis was used to rationally design the ingredients, investigate the influence of different process conditions on the properties and microstructure of the cermet, optimize the preparation process, improve the wettability of the metal phase/ceramic phase, and combine with the sintering reaction dynamic analysis to reveal the sintering reaction mechanism and provide the zinc extraction mechanism. The kiln dregs provide a theoretical basis for the preparation of iron-based cermet.
随着我国冶锌有色工业及钢铁生产工业发展,产生大量的提锌窑渣。目前提锌窑渣的处理存在流程长、二次渣量堆放及高附加值小等问题。铁基金属陶瓷具有高硬度、高耐腐蚀性、高热稳定性,其优良性能促使其成为大宗利用产品,且产品的高附加值高。由于原料成本高导致其大范围推广受到限制。将提锌窑渣用作用制备金属陶瓷的原料,不仅解决金属陶瓷的原料成本问题,而且实现冶金固废高附加值资源利用。.本项目将采用真空热压烧结原位合成Fe-FeAl2O4金属陶瓷,为提锌窑渣制备铁基金属陶瓷的应用提供理论基础。通过Fe、Fe2O3、Al2O3及含有CaO、MgO、SiO2原料体系真空热压烧结下原位合成制备Fe-FeAl2O4金属陶瓷,结合相图、热重分析合理配料设计,考察了制备过程中原料配比、粒度、烧结压力、保温时间及烧结温度对Fe-FeAl2O4金属陶瓷组织结构和力学性能的影响,明晰了原位合成反应机理及烧结机理,并最终优化了制备工艺参数。结果表明,理论分析设计的配料方案下,随着Fe含量、粒度、烧结压力、保温时间及烧结温度的增大,Fe-FeAl2O4金属陶瓷组织结构和力学性能呈现先变好后变差的变化规律,得到最佳的工艺参数为原料Fe:Fe2O3:Al2O3质量比为6:1:2、对应粒度为1µm-500nm-1µm、烧结压力30MPa、保温时间120min、烧结温度1400℃,该优化工艺条件下制备的Fe-FeAl2O4金属陶瓷相对密度、维氏硬度、弯曲强度分别达96.7%、191.4HV5、280.0MPa。烧结过程分为固相烧结、固液烧结及液相烧结阶段。固液烧结阶段伴随着Fe、Fe2O3与Al2O3原位合成FeAl2O4的反应,降低了金属Fe与FeAl2O4相界面反应自由能,改善了Fe与FeAl2O4的表面润湿性,促进了Fe与FeAl2O4间的物质传递,这是制备优良Fe-FeAl2O4金属陶瓷力学性能的关键所在。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2019
期刊:特种铸造及有色合金
影响因子:--
作者:王宁;严红燕;李慧;梁精龙
通讯作者:梁精龙
DOI:--
发表时间:2020
期刊:热加工工艺
影响因子:--
作者:王闯;张快;严红燕;李运刚
通讯作者:李运刚
Effect of Sintering Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of Hot-Pressed Fe/FeAl2O4 Composite
烧结温度对热压Fe/FeAl2O4复合材料微观结构和力学性能的影响
DOI:10.3390/cryst11040422
发表时间:2021-04
期刊:Crystals
影响因子:2.7
作者:Kuai Zhang;Yungang Li;Hongyan Yan;Chuang Wang;Hui Li;Jinglong Liang;Jie Dang
通讯作者:Jie Dang
DOI:--
发表时间:2020
期刊:矿产综合利用
影响因子:--
作者:梁晓楠;严红燕;贾雷
通讯作者:贾雷
DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1269
发表时间:2018
期刊:化工进展
影响因子:--
作者:严红燕;胡晓军;罗超;李晨晓;朱荣;周国治
通讯作者:周国治
CO2协同钢渣制备Fe-Si/CaCO3钢液精炼剂的基础研究
- 批准号:52374336
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:严红燕
- 依托单位:
国内基金
海外基金
