·170 北京科技大学学报 第36卷 分过滤：(5)装袋，密封 合成的FeCr,O,样品以及标准FeCr,O,的X射 气 线衍射图谱如图5所示，图中上半部为实验所得到 的FeCr,O,样品图谱，下半部为FeCr204的标准图 冷却水 谱.可以看出二者基本吻合 温控仪 合成FeCr,O, 氨气氮气细丝炉 标准FeCr0 裂解炉 图6实验装置示意图 Fig.6 Schematic diagram of the experimental apparatus 2.2.2实验分析方法 60 80 100 20) (1)还原率的计算方法.本文所采用的金属还 原率由下式计算得到： 图5合成FcCr2O4与标准FcCr2O,的X射线衍射谱 Fig.5 XRD patterns of synthetic FeCr20 and standard FeCr2O Wo-re×1009%, Wo 实验方案如表1所示，其中配碳量（质量分数） Mo Wco 统一为20%. Wo=Mco 式中：RM.为样品中金属还原率；Wm为反应过程 表1实验方案 Table 1 Experimental scheme 中的总失氧量，g;Mo为氧原子的摩质量，g“mol1: 样品成分 温度/℃ 配碳量/% Mco为C0的相对分子质量，gmol-1:Wco为反应过 1350 20 程中产生的C0质量即反应后样品的失重，g:W fe03-C03 1450 20 为反应前样品中的总含氧质量，g (二者摩尔比为1：2) 1550 20 (2)产物物相及形态分析方法.还原产物的物 1350 20 相采用了X射线衍射（由日本玛珂科学仪器公司生 FeCr2Oa 产的21X超大功率X射线衍射仪)分析，微观形 1450 20 1550 20 貌和成分分布则采用了扫描电镜（由日本电子公司 生产的型号为JSM6480LV扫描电镜，附件能谱仪 2.2实验过程及分析方法 则由美国热电公司生产)观察与分析. 实验设备为自主设计组装，以钼丝炉为主体， 3实验结果及分析 配以NH,裂解炉、温度控制仪及称量天平.NH, 裂解炉产生的N2和H2混合气构成钼丝炉炉膛的 3.1不同温度下各样品的失重曲线及最终还原率 还原气氛，防止钼丝氧化断裂.称量天平连接电脑 由图7中的样品失重曲线可以看出，温度对样 可实时记录称量数据.实验仪器示意图如图6 品的还原速率有明显的影响.温度越低，反应趋于 所示. 平衡所需要的时间越长.例如，温度为1350、1450 2.2.1实验步骤 和1550℃时，两种样品被C还原趋于平衡时所需要 实验步骤如下：(1)按实验方案称取样品，并混 的时间分别约为30~35min、15~20min和10~ 合均匀：(2)取出一定量混合均匀的样品(1.5g),用 15 min. 内径为10mm的钢模进行压块(30MPa),然后置于 在不同温度条件下，样品的最终还原率及残余 Φ30mm×40mm的99瓷铝质坩埚中待用：(3)控制 C含量（质量分数）如表2所示.由表2可知，样品 钼丝炉升温至目标温度：(4)将坩埚放入炉内恒温 在1350、1450和1550℃三种温度条件下，还原率均 区，并通入N2(0.9L·min1)以驱赶炉内空气；(5) 能达到90%以上，最高能达到97%左右，接近完全 达到规定的反应时间后取出坩埚冷却并通N2气流 还原，且残余C含量也已经下降到很低的程度.这 防止其二次氧化：(6)称重. 说明在实验室条件下当温度高于1350℃时，只要有北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 分过滤; ( 5) 装袋，密封． 合成的 FeCr2O4 样品以及标准 FeCr2O4 的 X 射 线衍射图谱如图 5 所示，图中上半部为实验所得到 的 FeCr2O4 样品图谱，下半部为 FeCr2O4 的标准图 谱． 可以看出二者基本吻合． 图 5 合成 FeCr2O4 与标准 FeCr2O4 的 X 射线衍射谱 Fig． 5 XＲD patterns of synthetic FeCr2O4 and standard FeCr2O4 实验方案如表 1 所示，其中配碳量( 质量分数) 统一为 20% ． 表 1 实验方案 Table 1 Experimental scheme 样品成分 温度/℃ 配碳量/% Fe2O3 --Cr2O3 1350 20 ( 二者摩尔比为 1∶ 2) 1450 20 1550 20 1350 20 FeCr2O4 1450 20 1550 20 2. 2 实验过程及分析方法 实验设备为自主设计组装，以钼丝炉为主体， 配以 NH3 裂解炉、温度控制仪及 称 量 天 平． NH3 裂解炉产生的 N2 和 H2 混合气构成钼丝炉炉膛的 还原气氛，防止钼丝氧化断裂． 称量天平连接电脑 可实时记录称量数据． 实 验 仪 器 示 意 图 如 图 6 所示． 2. 2. 1 实验步骤 实验步骤如下: ( 1) 按实验方案称取样品，并混 合均匀; ( 2) 取出一定量混合均匀的样品( 1. 5 g) ，用 内径为 10 mm 的钢模进行压块( 30 MPa) ，然后置于 30 mm × 40 mm 的 99 瓷铝质坩埚中待用; ( 3) 控制 钼丝炉升温至目标温度; ( 4) 将坩埚放入炉内恒温 区，并通入 N2 ( 0. 9 L·min － 1 ) 以驱赶炉内空气; ( 5) 达到规定的反应时间后取出坩埚冷却并通 N2 气流 防止其二次氧化; ( 6) 称重． 图 6 实验装置示意图 Fig． 6 Schematic diagram of the experimental apparatus 2. 2. 2 实验分析方法 ( 1) 还原率的计算方法． 本文所采用的金属还 原率由下式计算得到: ＲMe = WO-removed WO-all × 100% ， WO-removed = MO MCO × WCO． 式中: ＲMe为样品中金属还原率; WO-removed为反应过程 中的总失氧量，g; MO为氧原子的摩质量，g·mol － 1 ; MCO为 CO 的相对分子质量，g·mol － 1 ; WCO为反应过 程中产生的 CO 质量即反应后样品的失重，g; WO-all 为反应前样品中的总含氧质量，g． ( 2) 产物物相及形态分析方法． 还原产物的物 相采用了 X 射线衍射( 由日本玛珂科学仪器公司生 产的 M21X 超大功率 X 射线衍射仪) 分析，微观形 貌和成分分布则采用了扫描电镜( 由日本电子公司 生产的型号为 JSM--6480LV 扫描电镜，附件能谱仪 则由美国热电公司生产) 观察与分析． 3 实验结果及分析 3. 1 不同温度下各样品的失重曲线及最终还原率 由图 7 中的样品失重曲线可以看出，温度对样 品的还原速率有明显的影响． 温度越低，反应趋于 平衡所需要的时间越长． 例如，温度为 1350、1450 和 1550 ℃时，两种样品被 C 还原趋于平衡时所需要 的时间分别约为 30 ～ 35 min、15 ～ 20 min 和10 ～ 15 min． 在不同温度条件下，样品的最终还原率及残余 C 含量( 质量分数) 如表 2 所示． 由表 2 可知，样品 在 1350、1450 和 1550 ℃三种温度条件下，还原率均 能达到 90% 以上，最高能达到 97% 左右，接近完全 还原，且残余 C 含量也已经下降到很低的程度． 这 说明在实验室条件下当温度高于 1350 ℃ 时，只要有 · 071 ·