بررسی اثر افزودنی اکسید منگنز برتشکیل و پایداری سمنتیت طی فرآیند احیای مستقیم هماتیت

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%ch4 - 10%ar 60%h2 - 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.