熔融富铅渣中金属高温腐蚀行为的研究

论文摘要

艾萨炉在世界冶炼界享有很高的声誉,其结构紧凑,反应速度快,适应性强,熔炼效率高,二次能源利用好,符合环保要求,是目前世界上最先进的熔炼炉之一。由于它具有投资较少、生产率高与能耗低等优点,自上世纪90年代后期,被广泛应用于铜、锡和铅的冶炼。艾萨炉喷枪的作用是提供艾萨熔炼生产所需的空气、氧气和反应动力,是艾萨技术的核心部件。作为艾萨冶炼工艺设备的核心,艾萨炉喷枪的使用寿命是影响艾萨炉作业率的最主要因素,也是艾萨熔炼技术先进程度的代表之一。本文针对炼铅艾萨炉喷枪的使用寿命,选取了四种较为典型的金属材料：普通灰铸铁、310S不锈钢、Inconel625镍基高温合金、K640钴基铸造高温合金在1150℃下熔融富铅渣中的热腐蚀进行了研究。本文主要利用金相显微镜观察、扫描电镜观察、X射线衍射分析、能谱分析及电子探针分析等手段,从合金成分、热腐蚀动力学、内外腐蚀层产物类别和元素面分布等方面研究了上述四种合金在1150℃熔融富铅渣中的热腐蚀行为,并对它们的热腐蚀机理进行了探讨。实验结果表明：灰铸铁中片状石墨的存在及石墨在灰铸铁中的分布形态无论从热力学上还是从动力学上都促进了熔融富铅渣对灰铸铁的加速腐蚀。同时,由于普通灰铸铁中不存在能生成具有保护性的致密氧化膜(如：Cr2O3,Al2O3)的元素,因此普通灰铸铁对熔融富铅渣的热腐蚀表现为极不耐腐蚀。310S不锈钢中合金元素Cr、Si在热腐蚀过程中在金属基体表面形成了致密的具有保护性的氧化层和具有尖晶石结构的FeCr2O4、(Ni)Fe2O4腐蚀产物层会阻碍和降低铁离子的扩散速度,提高了其抗氧化性能。使Fe、Ni元素在金属基体内得到富集,阻碍了Fe、Ni元素向外扩散的速度,是310S不锈钢耐热腐蚀的重要原因。Inconel625高温合金中合金元素Cr在热腐蚀过程中未能形成致密的、均匀的、覆盖性和粘附性较好的具有保护性的氧化膜。因而,其抗热腐蚀性较差,原因可能与合金中Mo元素有关。K640钴基铸造高温合金中合金元素Cr、Si在热腐蚀过程中在金属基体表面形成了致密的具有保护性的氧化层和具有尖晶石结构的FeCr2O4、FeCo2O4腐蚀产物层会阻碍和降低铁离子的扩散速度使Co、Ni元素在金属基体内得到富集,阻碍了Co、Ni元素向外扩散的速度,是K640钻基铸造高温合金耐热腐蚀的重要原因。本实验条件下,普通灰铸铁抗热腐蚀性最差基本不具有抗腐蚀能力,Inconel625镍基高温合金的抗热腐蚀性一般较310S不锈钢要差,310S不锈钢和K640钴基铸造高温合金抗热腐蚀前期基本一致保持良好,热腐蚀后期K640钴基铸造高温合金稳定性较好,整体来看,K640钻基铸造合金抗热腐蚀性优于310S不锈钢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高温腐蚀定义及分类
• 1.3 热腐蚀
• 1.3.1 热腐蚀试验方法
• 1.3.2 热腐蚀热力学
• 1.3.3 热腐蚀机理
• 1.3.3.1 热腐蚀的硫化模型
• 1.3.3.2 热腐蚀的酸碱熔融模型
• 1.3.3.3 热腐蚀的电化学模型
• 1.4 高温合金中合金元素在热腐蚀中的作用
• 1.5 论文研究的目的及意义
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 富铅渣
• 2.1.2 富铅渣XRD分析
• 2.1.3 合金材料
• 2.2 腐蚀试验
• 2.3 腐蚀产物分析
• 第3章 灰铸铁在熔融富铅渣中的腐蚀行为
• 3.1 试验材料及方法
• 3.2 试验结果及分析
• 3.2.1 腐蚀动力学曲线
• 3.2.2 腐蚀后灰铸铁显微组织
• 3.2.3 腐蚀形貌
• 3.2.4 腐蚀产物分析
• 3.3 讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 310S不锈钢在熔融富铅渣中的腐蚀行为
• 4.1 试验材料及方法
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 腐蚀动力学曲线
• 4.2.2 腐蚀产物分析
• 4.2.3 腐蚀形貌
• 4.2.4 腐蚀后截面元素分布
• 4.3 讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 Inconel625镍基高温合金在熔融富铅渣中的腐蚀行为
• 5.1 试验材料及方法
• 5.2 试验结果及分析
• 5.2.1 腐蚀动力学曲线
• 5.2.2 腐蚀产物分析
• 5.2.3 腐蚀形貌
• 5.2.4 腐蚀后截面元素分布
• 5.3 讨论
• 5.4 本章小结
• 第6章 K640钻基铸造高温合金在熔融富铅渣中的腐蚀行为
• 6.1 试验材料及方法
• 6.2 试验结果及分析
• 6.2.1 腐蚀动力学曲线
• 6.2.2 腐蚀产物分析
• 6.2.3 腐蚀形貌
• 6.2.4 腐蚀后截面元素分布
• 6.3 讨论
• 6.4 四种金属材料的综合评价
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步的研究方向及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 附录B 攻读硕士学位期间发表的文章