Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Masoud Panepour
مهدي احمديان (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yousef Nasiri
يوسف نصيري

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

To Study the Effect of Manganese Oxide Additive on the Formation and Stabilization of Cementite During the Direct Reduction of Hematite Process
In the recent years, iron carbide is considered as a new material with high carbon content for steelmaking process. This is due to special features of cementite such as being non-flammable, easy traortation and storage and high carbon content, which is useful as a source of energy. As thermodynamic view, iron carbide is a metastable phase, which can decompose to metallic iron and graphite. Hence, the effective parameters on the stability of cementite were studied in the recent decades. The results showed that temperature, atmosphere, kind of the iron ore and additives are the most important parameters in the stability. Among the additives, Mn and MnO 2 have received less attention. Therefore, the effect of Mn and MnO 2 on the formation and stability of cementite during reduction and carburizing process of iron ore was surveyed in this study. First, hematite powder with 5 and 10%wt Mn and MnO 2 was mixed, where 10% naphtha was added as a cold binder. Raw samples with 9 and 5mm diameter and height respectively, were compressed under 500N force and sintered for 4 hours at 900°C. Reduction and carburizing processes were performed in a packed bed reactor at 750°C for different times of reaction, where atmosphere contained 10% Ar, 30%CH4 and 60% H 2 . The weight analysis results showed that hematite was reduced to iron and then carburized. Based on these results, after 5min reduction process of hematite more than 95%wt iron was produced. The formed iron, as a catalyst for dissociation of methane to form activated atomic carbon, was the main reason of carburizing with a acceptable rate of reaction. Increasing time of process increased the formed cementite in the samples, where the maximum amount of cementite was formed at 15 min. The studies showed that Mn increased the rate of reduction, while MnO 2 has a opposite effect. Increasing the amount of Mn from 5%wt to 10%wt has not a significant effect on reduction rate, but the MnO 2 has a significant effect on this process. Mn increased the stability and the rate of cementite formation and MnO 2 just stabilized the carbide. Also, microstructure studies showed that the formed carbide in pure samples with no additives has a Layer and massive morphology, while Mn and MnO 2 change this morphology to the spherical form. Keywords: Iron, Iron carbide, Reduction, Carburization, Hematite, Manganese, manganese Oxide
چکيده در سال هاي اخير کاربيد آهن به عنوان يک ماده جديد براي استفاده در فولاد سازي به عنوان يک منبع کربن دار مورد توجه قرار گرفته ا ست. علت اين امر مي تواند ناشي از خصوصيات ارزنده سمنتيت نظير غير آتش زا بودن، سهولت در حمل و نقل و انبارداري، دارا بودن مقادير زياد کربن به عنوان يک منبع گرمايي، مي باشد. کاربيد آهن از لحاظ ترموديناميکي يک ماده شبه پايدار بوده و مي تواند به آهن فلزي و گرافيت تجزيه شود. از اينرو در دهه هاي اخير تحقيقات قابل ملاحظه اي روي عوامل موثر بر پايداري آن انجام شده ا ست. مهمترين اين عوامل دما، اتمسفر گازي، نوع کانه مصرفي و افزودني ها مي باشند. در ميان افزودني ها تاثير منگنز و اکسيد منگنز کمتر مورد توجه قرار گرفته ا ست. از اينرو در اين پژوهش تاثير افزودني منگنز و اکسيد منگنز بر تشکيل و پايداري سمنتيت طي فرايند احيا و کربوراسيون کاني آهني مورد بررسي قرار گرفته شد. در ابتدا پودر هماتيت با نسبت هاي 5 و 10 درصد وزني منگنز و اکسيد منگنز، و 10 درصد نفتا به عنوان چسب سرد ، به طور کامل با يکديگر مخلوط شدند. نمونه هاي خام با قطر 9 و ارتفاع 5 ميلي متر با نيروي اعمالي 500 نيوتن توسط پرس فشرده شده و سپس در دماي C°900 به مدت 4 ساعت زينتر شدند. فرايند هاي احيا و کربوراسيون بطور پيوسته در دماي C°750 در راکتور احيا با بستر ثابت توسط مخلوط گازي 30%CH 4 - 10%Ar 60%H 2 - براي زمان هاي مختلف انجام گرفت. نتايج آناليز وزني نمونه هاي فرايند احيا و کربوراسيون حاکي از آن بود که ابتدا هماتيت به آهن احيا شده و در ادامه کربوره مي شود. با در در نظر گرفتن آناليز وزني و فازي مي توان گفت که پس از زمان 5 دقيقه اعمال فرايند احيا و کربوراسيون بر نمونه هاي هماتيتي، بيش از 95 درصد وزني آهن تشکيل شده است. آهن تشکيل شده به عنوان کاتاليزور شکست متان و ايجاد کربن اتمي و فعال سبب آغاز فرايند کربوراسيون با نرخ قابل ملاحظه اي در اين زمان مي گردد. افزايش زمان فرايند، کسر سمنتيت تشکيل شده را افزايش مي دهد، بگونه اي که در زمان 15 دقيقه حداکثر ميزان کاربيد تشکيل مي گردد. بررسي انجام شده بر روي نمونه هاي حاوي افزودني منگنز نشان داد که اين عنصر نرخ احيا را افزايش مي دهد. اين درحالي ا ست که افزودني اکسيد منگنز تاثيري عکس منگنز دارد. افزايش درصد منگنز از 5 به 10 درصد تاثير قابل توجه اي در سرعت احيا نداشته، در حاليکه در نمونه هاي شامل اکسيد منگنز اين تاثير قابل ملاحظه اي مي باشد . تاثير اين افزودني ها بر تشکيل و پايداري سمنتيت به گونه اي ا ست که منگنز سرعت تشکيل و پايداري را افزايش مي دهد و اکسيد منگنز تنها سبب پايدارتر شدن سمنتيت مي گردد. همچنين نتايج نشان داد که افزودن منگنز سبب افزايش سرعت احيا و کربوراسيون و اکسيد منگنز سبب کاهش آن مي شود. نتايج حاصل از بررسي ريز ساختاري نشان داد که مورفولوژي کاربيد تشکيل شده در نمونه هاي خالص از نوع لايه اي و حجيم است. در عين حال منگنز و اکسيد منگنز سبب تغيير اين مورفولوژي به کروي ريز مي گردد. کلمات کليدي آهن،کاربيد آهن، احيا، کربوراسيون، هماتيت، منگنز و اکسيد منگنز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی