دانلود مقاله ترشوندگی گرافیت تا سرباره وسینتیک واکنش

اختصاصی از حامی فایل دانلود مقاله ترشوندگی گرافیت تا سرباره وسینتیک واکنش دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

قسمت اول، سینتیک و مکانیسم واکنش احیای Feo مذاب
w.Siddigi,B.Bhoi,R.K.Paramguru, V.sahaj walla, and O.Ostrvski این نوشته، نتایجی در رابطه با سینتیک ومکانیسم کاهش Feo با گرافیت ارائه می دهد، این اطلاعات از تحقیقات تجربی(آزمایشی) در مورد ترشوندگی گرافیت با سرباره مذاب حاوی Feo بدست آمده اند. نرخ احیا Feo با اندازه گیری میزان گاز Co حاصل از کاهش Feo تعیین می شود. وآزمایش ها با تجهیزات یکسانی در روش قطره چبنده انجام می گیرد.Sessile drop opparatos واکنش احیاء با تماس مستقیم سرباره و گرافیت شروع می شود. Co تولید شده و به درون قطره سرباره مذاب پخش می شودو با عث کف کردن سرباره می شود احیاء بیشتر Feo اغلب از طریق احیا غیرمستقیم ادامه می یابد. مشخص شده است که نرخ احیا به میزان Feo ابتدایی بستگی دارد.
افزایش دما ،نرخ واکنش بالا می برد. واکنشی با انرژی اکیتواسیون 112.18 kg mol ای نتایج نشان میدهند که احتمالا، انتقال Feo به فاز سرباره مذاب آهسته ترین مرحله است. (در زمانی که کار انجام می شد، Dr,Dr,Mr,Dr در مدرسه علوم مهندسی ،‌دانشگاه sydney 2.52 ,New svth wales استرالیا بودند و Dr در آزمایشگاه محلی f510B Bhrbonewar هند بوده است. نوشته در 1999 Dec 16 رسید و در 20 April 2000 پذیرش شد.
2000 lom commuincation Ltd.

مقدمه:
نسل کنونی فرآیند حمام مذاب برای تولید آهن، به میزان زیادی به بر هم کنش سرباره و کربن بستگی دارد، چرا که (N%40) آهن با زغال نیمسوز پراکنده در فاز سرباره احیا می شود.
بنابراین فصل مشترک کربن سرباره مهم فرض می شود.
در آن جا باید شوندگی مناسبی بین سطح کربن جامد و سرباره مایع ایجاد شود تا تماسی مناسب برای ایجاد واکنش داشته باشیم.
همچنین سینتیک و مکانیسم واکنش نیز به این فصل مشترک وابسته است.
در این نوشته، مولفین حاضر، ترشوندگی گرافیت با سرباره Cao,sio2-Al2o3 –Feo-Mgc را با استفاده از تکنیک قطره چسبیده مورد مطالعه قرار دادند
تاثیر پارامترهای مختلی از جمله ،ترکیب سرباره (Fe,Mg,sio2) دما و نوع گرافیت برترشوندگی تحقیق شد. مشخص شد که دو مورد مهم تر اثرگذار بر تر شوندگی، میزان Feo
دو سرباره ودما هستند. تساوی 1 به عنوان واکنش اصلی در رابطه با ترشوندگی سطح گرافیت با سرباره مذاب حاوی Feo ذکر می شود:
Feo+c=Fe+Co
ترشوندگی به دو کلاس گسترده ترشوندگی فیزیکی وشیمیایی تقسیم می شود. در ترشوندگی فیزیکی نیروهای فیزیک بازگشت پذیر مثل وان در والنس ونیروهای پراکندگی گسترش انرژی جذابه لازم بریا تر شدن سطح را فراهم می کند. در حالی که در ترشوندگی شیمیایی، واکنشی در فصل مشترک جامد ،مایع صورت می گیرد که به همراه انتقال جرم ،علت اصلی ترشوندگی هستند.
مورد دوم که به عنوان واکنش ترشوندگی نیز مشخص می شود، موضوع را با فرایضی شرح می دهد.
در حال حاضر بنا به اطلاعات مولف، تئوری کاملا مناسبی برای شرح واکنش ترشوندگی وجود ندارد، اگر چه نوشته ها [4-12] هستند که به واکنش ترشوندگی اغلب برای فصل مشترک فلز مذاب ماده دیرگذار پرداخته اند.
ابزار اندازه گیری پذیرفته شده ترشوندگی برای قطره مایع بر روی سطح جامد، زاویه تماس است. برای یک سیستم بدون واکنش، پالانس نیروهای کشش سطحی تساوی 10vng را بصورت زیر نتیجه می دهند :

به ترتیب نیروهای کششی سطحی بخار/جامد، بخار/مایع، مایع/جامد هستند. وقتی پارامتر ترشوندگی بزرگتر از صفر باشد. انتظار می رود سیستم ترشونده باشد. وقتی واکنشی در فصل مشترک رخ می دهد، انرژی آزاد واحد سطح و در واحد زمان تغییر می کند و همچنین ترشوندگی را تسهیل می کند.
در این مورد تساوی loung 2 باید برای این محرک تصحیح شود. به طبق نوشته بیان [10]Laurent ،کمترین زاویه ممکن در سرسیستم شامل واکنشی با رابطه زیر مشخص می شود

زاویه تماس مایع بر روی،زیرین در نبود هیچ واکنش است.
تغییر در انرژی های سطحی، که حاصل از واکنش فصل مشترک است.
را به حساب می آورد. و یعنی تغییر در انرژی آزاد در واحد سطح که توسط واکنش در اولین همسایگی فصل مشترک( مایع/لایه زیرین) آزاد می شود.
در کل این نشان می دهد که ،یکی از فاکتور اصلی تاثیر گذار بر ترشوندگی در حالت ترشوندگی شیمیایی است.
به هر حال، اندازه گیری این مقدار کمی ، از آزمایش ها ومحاسبات تئوری، سخت است.
در واقعیت، این سختی در ایجاد تناظر واکنش فصل مشترک (وابسته به زمان) و سینتیک ترشوندگی همچنان باقی است.
این مطالعه، قصد دارد ترشوندگی طبیعت گرافیت با سرباره مذاب را تحقیق کند و همچنین را بطه بین سینتیک و مکانسیم احیا آهن از سرباره حاوی Feo بوسیله کربن را درک می کند.
بخش اول (این مورد) مربوط به سینتیک ومکانسیم واکنش (1) است ، در حالی که بخش 12 مورد بعدی) مربوط به ترشوندگی و ارتباط آن با تشکیل دهنده ها می شود.
گرچه ، تحقیق دراشل آزمایشگی، در ارتباط با واکنش Feo در سرباره مایع بوسیله کربن از دهه [13-2f]1950 انجام می شده است. ولی مکانیسم واکنش پدیده فصل مشترک همراه هنوز کاملا واضح نیست.
مکانیسم احیا Feo از سرباره مایع با کربن جامد، کمی پیچیده است. دو واکنش زیر ممکن هستند:
(i) احیا مستقیم Feo مذاب با کربن جامد:
(ii) (گاز co2 + (فلز)Fe (جامد )C+ (در سرباره مذاب) Feo
(iii) احیا غیرمستقیم Feo مذاب با گاز co.
(iv) (گاز)Co2 +(فلز)Fe( گاز Co (+ (در سرباره مذاب) Feo
در مورد احیا غیرمستقیم، گاز Co (کاهنده)، با گاز شدن کربن و یا واکنش Boundered با تولید می شود و 2co =(گاز) co2 +جامد C
مشاهده شده است که [24] کرهاله گاز فورا در فصل مشترک carbon /سربار شکل می گیرد وسپس مخلوطی از واکنش های 4و5احیا مستقیم را شرح می دهند.
نرخ این واکنش های همگن را میتواند با انتقال جرم و یا واکنش های شیمیایی بر طبق موارد زیر، در فصل مشترک کنترل کرد.
مرحله 1: نفوذ Feo در فاز سرباره از طریق مرز در فصل مشترک سرباره-گاز
مرحله 2 : واکنش (4) در فصل مشترک گاز/ سرباره .
مرحله 3:نفوذ Co2 در فاز گازی تا فصل مشترک گاز /کربن
مرحله 4:واکنش (5)Bounderd در فصل مشترک گاز/کربن.
مرحله 5: نفوذ Co در فاز گازی تا فصل مشترک سرباره/گاز
بنابراین ،مولفین مختلف، مکانیسم های مختلفی بر مبنای نتایج حاصل از آزمایشات خود برای کنترل نرخ سرعت لازم دانستند.
در یک مورد، انتقال جرم با جریان کانوکشن بوسیله تولید Co به عنوان کنترل کننده نرخ به وسیله بعضی مولفن در نظر گرفته شده [13-15,24,26,27] در حالی که مرحله [2] توسط بعضی از دیگر مولفین مرحله تعیین کننده سرعت (تحت شرایطی) در نظر گرفته می شود.[16,23].
بعضی نیز واکنش Bovnelerd (مرحله 4) را تعیین کننده سرعت فرض می کنند. [20,21] در کل دیده می شود که به علت ذات پیچیده واکنش وتنوع وضعیت های آزمایش، هیم موافقت کلی بین مولفین در مورد مکانیسم واکنش و مرحله محدودکننده نرخ وجودندارد.
چنین ناهماهنگی در نتایج برای احیا آهن بوسیله کربن را میتوان تا قسمتی منسوب به تاثیر پدیده فصل مشترک سرباره/کهن دانست. که به وضعیت شیمیایی سرباره و احتمالا دیگر پارامترها بستگی دارد، از جمله نوع ماده کربن دار.
بنابراین ترشوندگی عاملی مهم در این فرآیند فرض می شود و در نتیجه تلاشی برای ایجاد تناظری بین آن ومکانیسم وسینتیک و احیاء Feo در این کار انجام شده است.

آزمایشات:
پارامترهای فرآیند:
ترکیب شیمیایی سرباره سرباره Co-sio2-l2o3mgo –Fec با تکرار سمباده زدن (grinding) و ذوب مخلوط اکسیدهای خاص (99%) بدست آمد. نمونه های سرباره بوسیله xkF آنالیز شد و ترکیب شیمیایی آن ها در جدول 1 آمده است.

ترکیب شیمیایی گاز:
اتمسفر، گاز 100% خنثی آرگون استفاده شد. آرگون ابتدا از یک ستون خشک کننده برای گرفتن رطوبت عبور داده شد. سپس از بین براده های مس دران .55) عبور داده شد تا اکسیژن گرفته شود.

دما:
آزمایشات در دمای 1500-1600c انجام شدند. دماهای Liqvidus برای سرباره های 2-4 بیش از 1500c است، بنابراین ، آزمایشاتی که با این سرباره ها انجام می شد در 1600c انجام شد و فقط سرباره 5 در هر دو دمای 1600-1500 قسمت شد.

لایه زیرین Substrate:
لایه زیرین از گرافیت مصنوعی با 0.3% خاکستر و %0.05 گوگرد ساخته شده است.
زیر لایه ها در سایز مناسب بریده شده و تا 600Mm پولیش شدند، سپس تمیز و خشک شدند.
یک نمونه سرباره با جرم 0.25g بر روی هر یک از زیر لایه های کربن قرار گرفت.

فرآیند آزمایش:
آزمایش با استفاده روش قطره چسباندن (ثابت، sessile) و در کوره پتوپی (tobe) افقی آزمایشگاهی در (1500-1600c) تحت اتمسفر گاز آرگون صورت گرفت.
قطر داخلی 55mmtube بود.
شکل راه تصویر شماتیک وضعیت واکنش را نشان میدهد.
بوسیله ترموکوپلی در کنار نمونه دما تنظیم می شود. در ابتدا گرافیت و سرباره در منطقه دمای پایین کوره پتوپی، نگهداری می شوند. بعد از رسیدن به دمای مورد نیاز نمونه در معرض دمای زیاد قرار می گیرد.
گازهای خروجی کوره تیوپی مستعمرا بوسیله دستگاه آنالیز مادون قرمز Hatman & Brun ®Co-Co2 مانتیور می شوند.(ثبت میشوند)
ترشوندگی گرافیت با سرباره، بوسیله اندازه گیری پیوسته زاویه تماس فصل مشترک به عنوان تابعی از زمان، اندازه گیری می شود همچنین تصاویر از قطر بوسیله دوربین بارجفت شده (charge covple device camera) ثبت شد.
زاویه تماس بین قطره و زیر لایه گرافیت با استفاده از نرم افزار mage analysis بر مبنای الگوریتم منحنی مناسب. (fitting corve_ اندازه گیری می شود.
دوربین نیز از طریق آمپلیفا توزیع کننده ویدئویی به یک ضبط کننده نوار ویدئو متصل است. توالی واکنش در حین ازمایش بر فیلم ویدئو ضبط شده است. تولیدکننده اطلاعات لحظه ای (datel-time) این امکان را می دهد که عکس هایی در رابطه با زمان گرفته شود. جزئیات بیشتر در مقاله قبلی (1) موجود است.
بعد از تکمیل آزمایش ترشوندگی، با فرستادن سینی نگهدارنده نمونه به منطقه سرده،نمونه را کوئیچ می کنیم. نمونه ها بیرون آورده شده و برای آنالیز SEM آماده می شوند.
آنها بصورت عمودی مقطع زده می شوند بطوری که گرافیت، فصل مشترک و قطره سرباره همگی در یک صفحه بعد از grinding (سمباده زنی ) قابل رویت هستند.
نمونه ها، پولیش تمیز و با مس پوشش داده شدند.
Sem میدان انتشار هیتاچی S-4500 برای مطالعه فصل مشترک بکار گرفته شد.
این میکروسکوپ به سیستم عسک برداری کامپیوتری متصل بود بنابراین امکان ذخیره سازی سریع و بازیابی تصاویر برای فرایند بعدی وجود داشت.

نتایج وبحث:
(وابستگی ترشوندگی و واکنش به زمان)
مثلا، شکل 2‌تغییرات زاویه تماس دینامیک سرباره شماره (9.2cowt-9/Feo) با گرافیت را نشان به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد.
زاویه تماس بعد از ذوب 79 درجه بود، که در عرض 20 ثانیه تا 125 افزایش می یابدو سپس به آرامی کم شده تا در 106 درجه ثابت شود (بعد از 18.s) این نتایج با توجه به گزارشات پیشین قابل شناسایی هستند.
طرح وضعیت سینتیکی تولید توده حجم Co در مقابل زمان در شکل 2 نمایش داده شده است.
طرح سینیتکی ،معمولا به شکل s است که شامل دوره نهفتگی و سپس افزایش سرعت می باشد.
این منحنی در ادامه به مقداری ثابت برای سرعت می رسد و سپس دوره کاهش سرعت را داریم.
(سرعت=شیب منحنی)
این مسئله نشان دهنده کنترل کنندگی جوانه زنی و رشد فاز جدید برای سرعت است.
پیش از این، Borgianni جوانه زنی آهن را نمایش داده و Paramgura بیان می کند که جوانه زنی حباب های Co را میتوان به عنوان مکانیسم کنترل کننده سرعت در نظر گرفت.
به هر حال، چنین امکان در مورد فعلی وجود ندارد، چرا که مشاهده فیزیکی است و این که آهن مایع است نه به شکل جامد.(16nc)
شکل 3 قطره سرباره رادر آزمایش مربوط به شکل 2 نمایش می دهد، که با توالی زمانی می باشند. سرباره دقیقا بعد از ذوب شدن در 1600c در شکل 3a نمایش داده شده است.
غالبا حباب های گاز دو نوار ویدئویی قابل رویت است و بعد از ذوب شدن در میان فصل مشترک تولید می شود. این مسئله بیان می کند که احتمالی کمی دارد که جوانه زنی حباب co ، مرحله آهسته تر باشد.
در حقیقت گاز در قطر سرباره انتشار می یابد و حجم آن را افزایش می دهد. (شکل 3b) .حدودا 20 ثانیه بعد از ذوب شدن، قطره به بیشترین حجم خود در حدود 5 برابر سرباره اولیه می رسد، در این هنگام قطره سرباره یک کره دینامیک است که کف می کند و حباب ها آن می تر کند دوره نزول منحنی سینتیک که در شکل 2 دیده میشود مربوط به کره سبا در شکل (3.e) و(f) است.
حقیقتا محصول واکنش، در ابتدا در قطره سرباره جمع می شود. وحجم قطره را زیاد می کند وسپس رها می شود. که این دلیل محتمل برای دوره نهفتگی است.
در این تکنیک آزمایش، دمای اولیه قطره کمی کمتر از دمای پایانی واکنش است این مسئله تاثیراتی دارد.
رفتاری مشابه در نوشته های 28.29 دیده شده است.
سرعت واکنش از شیب بخش میانی منحنی گرفته می شود، که ظاهرا خطی است.
در شکل دو مقدار است.
گفته شد که در ابتدا تولید گاز باعث باد کردن قطره می شود و حجم باد کرده قطر برای اکثر زمان واکنش وجود دارد. یعنی این میزان گاز همیشه به دام افتاده است.
الحاق این حجم گاز به منحنی سرعت، منحنی c را نتیجه می دهد(شکل 2) مقدار سرعت تغییر نمی کند، حتی بخش اولیه s کمی متعادل تر شده است.
فاکتور کف کردن برای این قطره، از حجم قطره و سطح مبنا محاسبه می شود و 10s است.یعنی گاز تولیدی تا 10s قبل از رها مساحت شدن در قطره می ماند.
فاصله بین بخش خطی منحنی C,B در شکل 2 به این مقدار بستگی دارد.
واکنش مستقیم در مقابل واکنش غیر مستقیم
دربالا، واکنش گرافیت-سرباره فقط با در نظر گرفتن احیاء Feo آنالیز شد.
به هر حال احیاء Silica وحل کربن به همراه تولید کاربیدکلسیم نیز امکان پذیر است.
ولی سینتیک این واکنش ها در مقایسه با احیاء آهن کند هستند.
بنابراین میتوان فرض کرد که مرحله اول واکنش گرافیت-سرباره شامل احیاآهن با کربن می شود.
این واکنش می تواند طبق واکنش 1 مستقیم ویا طبق واکنش 4 غیرمستقیم باشد.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  30  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید