Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian,Masoud Panepour
مهدی احمدیان (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yousef Nasiri
یوسف نصیری

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
در سال های اخیر کاربید آهن به عنوان یک ماده جدید برای استفاده در فولاد سازی به عنوان یک منبع کربن دار مورد توجه قرار گرفته ا ست. علت این امر می تواند ناشی از خصوصیات ارزنده سمنتیت نظیر غیر آتش زا بودن، سهولت در حمل و نقل و انبارداری، دارا بودن مقادیر زیاد کربن به عنوان یک منبع گرمایی، می باشد. کاربید آهن از لحاظ ترمودینامیکی یک ماده شبه پایدار بوده و می تواند به آهن فلزی و گرافیت تجزیه شود. از اینرو در دهه های اخیر تحقیقات قابل ملاحظه ای روی عوامل موثر بر پایداری آن انجام شده ا ست. مهمترین این عوامل دما، اتمسفر گازی، نوع کانه مصرفی و افزودنی ها می باشند. در میان افزودنی ها تاثیر منگنز و اکسید منگنز کمتر مورد توجه قرار گرفته ا ست. از اینرو در این پژوهش تاثیر افزودنی منگنز و اکسید منگنز بر تشکیل و پایداری سمنتیت طی فرایند احیا و کربوراسیون کانی آهنی مورد بررسی قرار گرفته شد. در ابتدا پودر هماتیت با نسبت های 5 و 10 درصد وزنی منگنز و اکسید منگنز، و 10 درصد نفتا به عنوان چسب سرد ، به طور کامل با یکدیگر مخلوط شدند. نمونه های خام با قطر 9 و ارتفاع 5 میلی متر با نیروی اعمالی 500 نیوتن توسط پرس فشرده شده و سپس در دمای C°900 به مدت 4 ساعت زینتر شدند. فرایند های احیا و کربوراسیون بطور پیوسته در دمای C°750 در راکتور احیا با بستر ثابت توسط مخلوط گازی 30%CH 4 - 10%Ar 60%H 2 - برای زمان های مختلف انجام گرفت. نتایج آنالیز وزنی نمونه های فرایند احیا و کربوراسیون حاکی از آن بود که ابتدا هماتیت به آهن احیا شده و در ادامه کربوره می شود. با در در نظر گرفتن آنالیز وزنی و فازی می توان گفت که پس از زمان 5 دقیقه اعمال فرایند احیا و کربوراسیون بر نمونه های هماتیتی، بیش از 95 درصد وزنی آهن تشکیل شده است. آهن تشکیل شده به عنوان کاتالیزور شکست متان و ایجاد کربن اتمی و فعال سبب آغاز فرایند کربوراسیون با نرخ قابل ملاحظه ای در این زمان می گردد. افزایش زمان فرایند، کسر سمنتیت تشکیل شده را افزایش می دهد، بگونه ای که در زمان 15 دقیقه حداکثر میزان کاربید تشکیل می گردد. بررسی انجام شده بر روی نمونه های حاوی افزودنی منگنز نشان داد که این عنصر نرخ احیا را افزایش می دهد. این درحالی ا ست که افزودنی اکسید منگنز تاثیری عکس منگنز دارد. افزایش درصد منگنز از 5 به 10 درصد تاثیر قابل توجه ای در سرعت احیا نداشته، در حالیکه در نمونه های شامل اکسید منگنز این تاثیر قابل ملاحظه ای می باشد . تاثیر این افزودنی ها بر تشکیل و پایداری سمنتیت به گونه ای ا ست که منگنز سرعت تشکیل و پایداری را افزایش می دهد و اکسید منگنز تنها سبب پایدارتر شدن سمنتیت می گردد. همچنین نتایج نشان داد که افزودن منگنز سبب افزایش سرعت احیا و کربوراسیون و اکسید منگنز سبب کاهش آن می شود. نتایج حاصل از بررسی ریز ساختاری نشان داد که مورفولوژی کاربید تشکیل شده در نمونه های خالص از نوع لایه ای و حجیم است. در عین حال منگنز و اکسید منگنز سبب تغییر این مورفولوژی به کروی ریز می گردد. کلمات کلیدی آهن،کاربید آهن، احیا، کربوراسیون، هماتیت، منگنز و اکسید منگنز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی