粉末冶金原理-黄培云 制粉这章思考题

制粉这章思考题

1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素 有哪些？

答：过程机理：还原过程2334Fe O Fe O FeO Fe −−→−−→−−→

(热力学) 可认为是CO 的间接还原反应与C 的气化反应的加和反应。当只 考虑间接还原反应时，根据Fe-O-C 系平衡气相组成与温度关系 图：

①当温度>570℃时，分三阶段还原：

2334Fe O Fe O −−→−−→ 浮斯体（34FeO Fe O •固溶体）Fe −−→

②当温度<570℃时，氧化亚铁不能稳定存在，因此，34Fe O 直接还 原成金属铁。

③对于23Fe O 还原：23Fe O 很容易还原，即2CO 不易使34Fe O 氧化。 由于是放热反应，温度升高，p K 减小，平衡气相中二氧化碳 含量升高。

④对于34Fe O 还原：T>570℃，升高温度，34Fe O 还原成FeO 所需一 氧化碳越少，对34Fe O 还原成FeO 有利。

T<570℃，34Fe O 被直接还原成Fe 。

⑤对于FeO 还原：温度越高，还原所需CO%越大，对还原反应越 不利。

当同时考虑间接还原反应和碳气化反应时：

22CO C CO +−−→

2FeO CO Fe CO +−−→+

①T<650℃，被氧化成34Fe O FeO 。

②650℃685℃时，固体碳直接还原FeO 为Fe 。

影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素：

原料的影响：

①杂质的影响：如二氧化硅超过一定量，使还原事件延长，并且还原

不完全，铁粉中铁含量降低。

②原料粒度的影响：粒度越细，界面面积越大，促进反应。

固体碳还原剂的影响：

①还原剂类型的影响：还原能力：木炭>焦炭>无烟煤。

②还原剂用量影响：主要根据氧化铁含氧量而定。

还原工艺条件：

①还原温度和还原时间的影响：随着还原温度的提高，还原时间可以

缩短。

②料层厚度的影响：随着料层厚度的增加，还原时间也随之增长。

③还原罐密封程度的影响：密封可使还原充分。

添加剂：

①加入一定固体碳的影响：起疏松剂和辅助还原剂的作用。

②返回料（废铁粉）的影响：加入一定量的废铁粉于原料中，可在一

定程度上消除与产生金属相有关的能量

上的困难，缩短还原过程的诱导期，从

而加速还原过程。

③引入气体还原剂的影响：可加速还原过程。

④碱金属盐的影响：可加速还原过程。

⑤海绵铁的处理：还原退火起到如下作用：

1.退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的压

缩性。

2.补充还原作用。增加铁的百分含量。

3.脱碳作用，降低碳含量。

2.制取铁粉的主要还原方法有哪些？比较其优缺点。

答：还原方法：碳还原法，气体（氢气，分解氨，转化天然气，各种煤气等）还原法，

气体还原法优缺点：①与固体碳还原氧化铁相比，达到同样的还原程度，所

需温度可低一些，所需还原时间可短一些。

②用氢还原氧化铁时，提高压力对还原是有利的，相当

于提高温度来提高还原速度，或者说，当采用高压还

原时，还原温度可以大大降低。还原温度低，所得铁

粉不会粘结成块。

③但氢气还原难度大，成本高，效率低。

碳还原法优缺点：①成本低，效率高。

②但碳在还原铁粉时容易发生渗碳。

3.发展复合型铁粉的意义何在？

答：复合型粉可制造出高密度，高强度，高精度的粉末冶金铁基零部件。

4.还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些？

答：还原机理：钨的氧化物中比较稳定的有四种：黄色氧化钨（α相）-3WO , 蓝色氧化钨（β相）-

2.90WO 紫色氧化钨（γ相）- 2.72WO

褐色氧化钨（δ相）-2WO

总反应：32233WO H W H O ++

分步反应都是吸热反应，温度升高，平衡常数增加，有利还原。 影响钨粉粒度的因素：

原料：①三氧化钨粒度的影响：由钨酸制得的三氧化钨呈不规则 的聚集体，颗粒较细；由仲钨酸铵制得的三氧化钨 颗粒呈针状或棒状，较粗而均匀。二氧化钨对钨粉 最终粒度是有影响的。就钨粉二次颗粒比较，粗颗 粒三氧化钨还原所得钨粉比细颗粒三氧化钨还原所 得钨粉粗；但粗颗粒三氧化钨还原所得钨粉的一次 颗粒反而细些。

②三氧化钨中含水量的影响：

水分过多，钨粉粒度增大，粒度分布不均匀。 ③三氧化钨中杂质的影响：

1.不论含量多少均产生不利影响,如Na,Mg,Ca,Si,氧 化铝。

2.当含量较低时，对还原，碳化以及硬质合金性能 影响不太大，但含量增高到一定程度会使钨粉，碳 化钨粉颗粒长大，如氧化铁，As,S;

3.可以抑制钨粉颗粒长大，如Mo,P 等。

氢气：①氢气湿度的影响：

湿度增大，还原不充分，结果钨粉颗粒变粗，钨粉 含氧量也增高。另一方面湿度也会导致细钨粉氧化 成气态物质，在沉积到粗粒钨粉上，使细粉减少， 粗钨粉长大。

②氢气流量的影响：增大氢气流量有利于反应向还原方向 进行，有利于排出还原产物水蒸气，使三氧化钨充 分还原，从而得到细粉。但氢气流量过大会带出物 料，降低金属实收率，并易堵塞管道。

③氢气方向的影响：顺流通氢，干燥的氢气首先进入低温 还原区，不使挥发性的22()WO OH 大量产生以减少 气相迁移，可得细二氧化钨粉，细二氧化钨粉在高 温区可得更细钨粉。

还原工艺条件：