还原铁粉生产原理

还原铁粉还原原理的讨论

      还原铁粉的还原过程分为粗还原和精还原两部分：

粗还原过程

       用焦炭粉等固体还原剂将铁鳞粉分层充填成同心圆筒状, 在这种状态下对铁鳞进行还原时,铁氧化物和一氢化碳气体进行直接还原。 

       一氢化碳气体的生成机理: 焦炭层中吸附的微量氧在达到反应温度时, 生成微量 CO气体,随即扩散到铁氧化物粉充填层中进行还原反应, 因还原反应生成的二氧化碳气体与焦炭相反应,又生成 CO气体。另外, 添加于焦炭末中的脱硫剂石灰石,升温时将分解和产生二氧化碳, 这种二氧化碳也是有助于一氧化碳气体产生的一个重要因素。

        在粗还原过程中, 固体碳可能气化成一氧化碳，在一氧化碳气体向铁氧化物粉充填层扩散过程中铁氧化物被还原的同时产生二氧化碳，二氧化碳气体从铁氧化物充填层中向焦炭层中中扩散时，又和固体碳产生反应，再次生成一氧化碳。一氧化碳还原铁氧化物的反应和一氧化碳气体通过铁氧化物时的充填层间隙都是气体扩散需要考虑的重要因素。

       铁氧化物充填层的反应，也就是用固体碳还原铁氧化物充填层的机理。在还原反应中，充填层铁磷粉中的Fe₃O₄ 被还原与其说是和一氧化碳气体扩散速度有关系, 不如说是决定于其化学反应速度。含FeO多的铁鳞粉( Fe总 74. 4%, FeO 65. 8%)充填层的还原是以海绵铁层内CO气体扩散的混合速度进行的。另外, 对于促进氧化铁还原反应来说，还原剂的煤气化反应性也是一个非常重要的因素。 

精还原过程 

        精还原处理的目的在于减少粗还原铁粉颗粒内部与表面的氧化物， 进一步减低C、N、S、O等杂质元素的含量和去除铁粉颗粒的畸变和颗粒加工过程中的硬化而进行退火处理等。精还原过程一般是在纯氢气或氨分解气体中进行的，精还原炉温一般为850度。 我们在对还原铁粉还原过程进行深入研究后, 提出了二段精还原热处理法的建议：在700度以下,在空气中加热后, 再在湿氢气和干氢气中进行脱碳、还原。由于铁素体晶粒未能充分长大,压坯密度低; 但好处是进行短时间加热后, 压坯密度可大幅度增高。也就是所谓的凉水脱碳，热水脱氧的说法。

       这种二段式精还原法,用氢气作还原剂时, 前一段要增高氢气的露点, 即采用湿氢气是为了脱碳。在后一段采用干氢气, 是为了还原氧化物。在升温过程中要在高于700度的温度下进行；在空气中保温一段时间，根据对升温过程中产生CO的分析, Fe- C在820度附近CO的生成量有一个峰值, 在800度以上时, 铁粉颗粒中含有的碳和氧完全反应完成需要20分钟时间的原因。

精还原温度与铁粉晶粒度的关系;

        还原铁粉压缩成形后烧结时的尺寸变化是粉末冶金零件生产的一个重要控制因素。铁粉的精还原温度与铁粉的结晶粒度相关,和铁粉的晶粒个数与尺寸变化密切相关,随着精还原温度升高,铁粉的晶粒个数减少,晶粒粗大化。精还原温度愈低，尺寸变化趋于收缩增大。

        晶粒个数和烧结体的尺寸变化是相对应的, 也就是说,铁粉的晶粒愈细, 烧结体的尺寸变化愈趋向于收缩增大, 因此, 对于烧结体的尺寸变化, 除铁粉的粒度、颗粒形状外, 粉末颗粒内部的能量等因素也应予以考虑。