氧化铝真空碳热还原炉瞬态温度场模拟计算

以昆明理工大学真空冶金国家工程实验室氧化铝真空碳热还原炉为研究对象,依据传热学理论和氧化铝真空碳热还原炉的结构特点,分析了氧化铝真空碳热还原炉的加热和散热过程,并用有限元法建立了真空碳热还原炉瞬态温度场数值模拟计算模型,运用ANSYS软件对还原炉在持续加热下的瞬态温度场分布进行了数值模拟计算并得出了还原炉温度场的三维分布状况,同时分析了瞬态温度场的变化情况。经过具体实验验证,模拟计算结果与实验所测的局部各点测量值误差均在2%以内,实际所测的平均值与模拟结果误差在1%以内。

氧化铝真空碳热还原—氯化法炼铝的工艺研究

本文采用金属铝直收率、物料失重率、X射线衍射与扫描电子显微镜、能谱仪等手段与方法，研究了真空条件下氧化铝碳热还原温度、氯化铝升华速率、物料配比、碳热与氯化时间以及添加剂对氧化铝碳热还原-氯化法炼铝工艺的影响。研究结果表明，在50～100Pa时，碳热还原及氯化温度不高于1763K，控制无水氯化铝升华速率在0．32g／min以下，石墨还原剂与氧化铝摩尔比为3：1，碳热还原时间为40min，碳热-氯化时间为40—50min，物料不熔融、氯化铝升华孔不堵塞将有利于碳热-氯化过程的顺利进行。在1713—1723K时，石墨与氧化铝摩尔比为4：1，添加10．0％Fe2O3后，金属铝直收率达72．09％；1753—1763K时，添加2．5％-15．0％SiO2后，金属铝直收率与物料失重率均明显低于不添加者，对该法炼铝过程不利；1753～1763K时，石墨与氧化铝摩尔比为4：1，添加10．0％TiO2后，金属铝直收率达82．38％，该金属铝的纯度达94．67％以上。此研究为真空碳热-氯化法从铝土矿中提取金属铝工艺提供了很好的实验依据。

真空下碳热还原氧化铝的二次反应

通过热力学分析和实验研究了真空条件下碳热还原氧化铝的二次反应。热力学分析表明:低温、高压有利于碳热还原氧化铝的产物Al2O、Al与CO的二次反应。分别绘制了Al2O和Al在一定分压下,与CO的二次反应平衡曲线图,给出了各二次反应的CO平衡分压与温度的关系,根据CO的分压和温度、利用二次反应平衡曲线图分析二次反应的产物。氧化铝与石墨的真空碳热还原实验研究证实:Al2O与CO降低温度首先生成Al4O4C和C,Al与CO降低温度首先生成Al4O4C和Al4C3,符合根据二次反应平衡曲线图分析得到的结论,说明二次反应平衡曲线图的合理性。

氧化铝在碳热还原-氯化法炼铝过程中的行为

采用XRD、气相色谱仪、EDS及质量损失等手段与方法,在不同反应温度、系统压力、添加剂及反应时间对氧化铝在碳热及氯化过程进行研究。结果表明:碳热与氯化过程生成的气体主要是CO,含量达98.4%(质量分数)以上;碳热过程在50～100Pa、高于1693K时,Al4O4C与Al4C3开始生成,且含量随着温度的升高与保温时间的延长而增加;在1Pa及1773K时,Al4O4C碳热转化为Al4C3;分别添加10%Fe2O3与10%SiO2(质量分数),在40～100Pa、1803K、保温120～150min时,可使物料质量损失率达到26.70%与30.13%,促进碳热过程向生成Al4O4C与Al4C3方向进行;温度高于1853K不利于该反应的进行;碳热-氯化过程是Al2O3与Al4O4C、Al4C3及AlCl3共同反应生成低价氯化铝AlCl,气态AlCl进入低温区歧解得到金属铝。

Fe_2O_3在氧化铝碳热还原-氯化法炼铝过程中的行为分析

在中真空（15100 Pa）、9931723 K下,采用X射线衍射、扫描电镜及能谱仪等分析手段对Fe2O3在氧化铝碳热还原及氯化过程的行为以及Fe2O3的添加量对产物金属铝的直收率的影响进行了研究。结果表明：在碳热还原过程中、不通入氯化铝气体时：当温度低于1273 K,Fe2O3逐渐与C反应生成Fe;当温度处于12731473 K之间,Al2O3发生晶型转变;当温度处于14731623 K之间,有Fe3C生成;当温度处于1723 K,由于生成的Fe3C与剩余的Fe形成熔体,包裹Al2O3与C,使Al2O3与C反应生成大量的Al3C4及Al4O4C。通入氯化铝发生氯化反应后,此时有金属铝生成,并且在冷凝物中未发现含Fe物质。在1723 K下,物料中添加适量的Fe2O3可以降低氧化铝真空碳热还原反应的温度,提高反应的速率从而提高铝的产率。

真空下以煤还原氧化铝的实验

研究真空下以煤为还原剂进行碳热还原氧化铝。结果表明:压力为10-2Pa^10Pa的条件下,温度在1450℃~1650℃范围内,氧化铝与煤中的碳反应生成碳化铝和铝,温度越高,反应程度越大。煤中的硅、铁也被还原。还原产物铝、硅、铁蒸发出来,部分硅、铁冷凝在温度较高的位置,形成碳化硅、硅铁合金。铝与另一部分硅铁冷凝在温度较低的位置,一部分金属铝形成碳化铝和铝硅铁合金。

真空碳热还原炼铝的方法

本发明提供一种真空碳热还原从氧化铝矿提取金属铝的方法。采用氧化铝或含氧化铝矿物为原料，辅以还原剂、氯化剂，在内热式真空炉内．控制压力在5～400Pa条件下，还原温度在1270～1570℃，反应时间100～120min的条件下得到AlCl，

真空下碳热还原法制备碳氧化铝及其形成机制

研究了真空下在1 300~1 500℃通过氧化铝碳热还原法制备碳氧化铝。结果表明:真空下氧化铝碳热还原法制备碳氧化铝所需的温度明显低于氩气下,1 300℃即开始大量生成Al_(4)O_(4)C。形成的冷凝产物均以Al_(4)O_(4)C为主,与原料的反应完全程度无关。最佳制备条件为:n(α-Al_(2)O_(3)):n(C)=2:3,1 400℃、20 min时,原料基本反应完全,得到的冷凝产物以Al_(4)O_(4)C为主,仅含有少量Al_(4)C_(3)。证实了Al_(4)O_(4)C的形成分为2步,先在高温下氧化铝与碳反应产生含铝气体Al_(2)O、Al和CO,该气体产物在较低温度下,形成以Al_(4)O_(4)C为主的冷凝物。

真空下氯化亚铝歧化法提取铝的设备研究

设计了真空刚玉管式炉和真空石墨炉。真空刚玉管式炉不适于进行氧化铝的碳热还原-氯化-歧化反应。真空石墨炉成功用于利用该反应提取铝的实验研究,其高温反应区的温度可以控制在25℃~1570±2℃的范围内,其三氯化铝升华区的温度可以控制在25℃~200±2℃的范围内,且真空石墨炉操作方便。

Al2O3-TiCN/Co-Ni 复合材料制备及力学性能

用真空热压烧结法制备了Al2O3-Ti C0.5N0.5/Co-Ni复合材料,用扫描电子显微镜、能谱仪、电子万能试验机和Vickers硬度仪等测试分析了不同烧结参数对样品显微组织及力学性能的影响。结果表明:当烧结温度1 650℃,压力25 MPa,保温时间30 min时,样品的相对密度、抗弯强度(σmax)、断裂韧性(KICmax)和Vickers硬度(HV)的最大值分别达到99.6%,σmax=1 100 MPa,KICmax=10.5 MPa·m1/2和HV=23.7 GPa,样品断口形貌存在混晶断裂特征。