Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mahmood Meratian isfahani
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) محمود مراتيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Peyman Soleymani
امير پيمان سليماني

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Synthesis of cementite from hematite- graphite mixture by mechanical- thermal and fractional melting processes
In the recent years, pure cementite (Fe 3 C) is considered as a material for the production of high temperature usage pieces and an auxiliary material in electric arc furnaces (EAF). For this purpose, simultaneous thermal- mechanical activation (STMA) was performed on hematite- graphite mixtures with stoichiometric ratio of 1/1, 1.25/1 and 1.5/1 (stoichiometric amount of consumed carbon in hematite to cementite reaction) for 6 hours at 800, 850 and 900°C and BPR of 40:1. The microstructure of the sample which was milled at 800°C and carbon to hematite ratio of 1/1 was studied through light microscope, Scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The results showed pearlite, proeutectoid cementite and activated free carbon content in the microstructure. Image analysis of the sample indicated more than 2.1%wt carbon content, which was approved by eutectic endothermic peak in thermal analysis (DSC). To dissolve the free carbon content in the microstructure of the sample, fractional melting (FM) process was performed on the sample at 1180°C for 25 min. in inert atmosphere. Microstructure of this sample showed more than 75%wt proeutectic cementite and 5.7%wt carbon content. Further studies were done on the FM samples which had higher stoichiometric ratio (1.25/1 and 1.5/1) and higher milling temperature (850°C and 900°C). Microstructure of these samples was surveyed through light microscope and color etching solutions, SEM and EDS. The image analysis results indicated that increasing stoichiometric ratio and milling temperature, increased the cementite in the structure. So that increasing the source of carbon led to cementite and vermicular graphite microstructure in the sample which was milled at 800°C with 1.5/1 stoichiometric ratio. While fragmentation and distribution of graphite particles in the sample which was milled at 900°C with 1.25/1 stoichiometric ratio, was the mechanism of cementite- graphite microstructure. According to the results, coupling of STMA/ FM process can be brought up as a new method for pure cementite production from hematite. Keywords: Iron carbide, Hematite, Graphite, Simultaneous Mechanical-thermal activation, Fractional Melting, Hot ball milling, Carbothermic reduction
چکيده در سال هاي اخير سمنتيت خالص (Fe 3 C) به عنوان ماده اوليه توليد قطعات با کاربري در دماي بالا (با استحکام بالا) و ماده اي کمکي درکوره هاي قوس الکتريکي مورد توجه محققين قرار گرفته است. به همين منظور، در تحقيق پيش رو مخلوطي از پودر هماتيت و گرافيت با سه نسبت استوکيومتري 1:1، 25:1/1 و 5:1/1 (نسبت استوکيومتري ميزان کربن مصرفي در رابطه با واکنش تبديل هماتيت به سمنتيت)، در سه دماي 800، 850 و °C 900، به مدت 6 ساعت و نسبت گلوله به پودر 40:1 تحت فرايند فعال سازي همزمان مکانيکي- حرارتي (STMA) قرار گرفت. بررسي ريز ساختار محصول، با نسبت استوکيومتري 1:1 که در دماي °C800 آسياب شده بود، با استفاده از ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و آزمون طيف سنجي تفکيک انرژي (EDS) حاکي از حضور پرليت، سمنتيت پرويوتکتوئيدي و کربن آزاد فعال شده داشت. آناليز تصويري اين محصول نيز حاکي از حضور بيش از wt% 1/2 کربن محتوي بود. حضور اين مقدار کربن محتوي با نمايان شدن پيک گرماگير مربوط به استحاله يوتکتيکي، طبق نمودار فازي آهن- سمنتيت، در آناليز حرارتي (DSC) محصول نيز تاييد شد. به منظور افزايش ميزان کربن محتوي از طريق انحلال سريع کربن آزاد فعال شده در ساختار محصول آسيا کاري داغ، فرايند ذوب جزئي (FM) در دماي C°1180 به مدت 25 دقيقه و در اتمسفر خنثي روي محصول مذکور انجام گرفت. بررسي ريز ساختار اين محصول نيز نشان دهنده حضور بيش از wt% 75 سمنتيت پرويوتکتيکي و در حدود wt% 7/5 کربن محتوي بود. در ادامه نمونه هاي با نسبت استوکيومتري بالاتر و دماي آسيا کاري بيشتر، تحت فرايند ذوب جزئي قرار گرفت. بررسي ريز ساختار اين محصولات نيز با استفاده از ميکروسکوپ نوري و محلول هاي اچ رنگي ومتمايز کننده، SEM و EDS انجام گرفتند. آناليز تصويري نشان داد که با افزايش دماي آسيا کاري و افزايش ميزان کربن، ميزان سمنتيت در محصول ذوب جزئي افزايش مي يابد، به گونه اي که در دماي C°800 و نسبت استوکيومتري 5:1/1 ،از طريق مکانيزم افزايش منبع کربني، ساختاري متشکل از زمينه سمنتيتي به همراه گرافيت کرمي شکل حاصل مي شود. اين در حالي است که در دماي C°900 و با نسبت استوکيومتري 25:1/1، و از طريق خرد شدن و توزيع گرافيت در ساختار، محصولي مشابه حالت قبل توليد مي شود. بنابراين با توجه به نتايج به دست آمده مي توان کوپل فرايند فعال سازي همزمان مکانيکي- حرارتي/ ذوب جزئي را به عنوان روشي نوين در توليد سمنتيت خالص از هماتيت معرفي نمود. کلمات کليدي کاربيد آهن، هماتيت، گرافيت، فعال سازي همزمان مکانيکي- حرارتي، ذوب جزئي، آسياکاري داغ، احياي کربوترمي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی