D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.07.038 第31卷第7期 北京科技大学学报 Vol.31 No.7 2009年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2009 铁液中纳米A12O3粒子的运动行为 王国承)邓庚凤)方克明) 1)江西理工大学材料与化学工程学院，赣州3410002)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要研究了粒径为20~40m的A2O3纳米粉在铁液中的运动行为·结果表明，经分散后加入铁液中的A1203纳米粉，在 铁液中保持60min后，Al203粒子没有产生明显的团聚或聚集成微米级或更大尺寸的粒子，粒子尺寸为20~60nm,呈现较好 的弥散分布状态·采用布朗运动理论描述纳米粒子在铁液中的运动行为·纳米粒子在铁液中不易发生碰撞和聚集，理论分析 与实验结果一致·纳米A1203在铁液中不易团聚或聚集的行为与钢液中一般的A1203夹杂物易碰撞聚集而长大的行为不同· 关键词铁液：纳米粒子；运动行为：分散 分类号TF703.5 Motion behavior of Al2O3 nano-particle in liquid iron WANG Guo-cheng.DENG Geng feng.FANG Ke-ming2) 1)School of Material and Chemical Engincering Jiangsi University of Science and Technology Ganzhou 341000.China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The motion behavior of Al203 nano-particles with a size of 20 to 40 nm in high temperature liquid iron was studied. The results showed that after the nano-particles were kept on for 60 min in liquid iron,their size was still 20 to 60 nm:moreover. they did not become micro"particles and disperse better in liquid iron.The motion behavior of the nano"particles in liquid iron was de- scribed by the Brown theory.It is indicated that the phenomena of collision,reuniting and agglomeration of the nano"particles do not occur in liquid iron,and the motion behavior of the nano"particles described by the Brown theory is consistent with experiment re- sults.The motion behavior of Al203 nano"particles is in contrast with usual Al2O3 non-metallic inclusions in liquid steel. KEY WORDS liquid iron:nano-particles:motion behavior:dispersion 近年来，利用钢中产生纳米级析出相的细晶强 1实验过程及方法 化作用来提高钢的性能成为重要的研究方向，相关 研究发现]，在薄板坯连铸连轧工艺生产的低碳 实验采用电解铁粉和A203纳米粉为原料，其 钢中析出了大量纳米尺寸的氧化物、硫化物以及碳 中电解铁粉纯度为99.99%，A203纳米粉粒度为 化物和其他沉淀相粒子，这些纳米级粒子对细化钢 20~40nm,Al203纳米粒子的透射电镜(TEM和 的组织、提高钢的性能起到了重要作用，目前，人们 HREM)形貌如图1所示·图1(b)为粒子的高分辨 对纳米级粒子在钢铁熔体中的运动行为、存在状态 透射电镜(HREM)晶格条纹像，表明Al2O3纳米颗 等涉及纳米相形成前期的行为等基础问题还没有进 粒为单晶·纳米颗粒具有体积密度小、比表面积大 行深入研究.本文通过实验研究了A203纳米粒子 和活性高等特点，因而易产生团聚，所以在治金中很 在高纯铁液中的运动行为和存在状态，并从理论上 难直接或用喷吹、喂丝的方法将其加入高温熔体中， 做出描述，为进一步研究实际钢铁熔体中纳米级粒 为此，实验前，首先将纳米AzO3颗粒和对铁液无污染 子的运动行为和存在状态提供基础 的辅料一起混合进行球磨，将纳米颗粒预分散在辅料 中，然后压制成合适尺寸的纳米添加剂块体（预制块）· 收稿日期：2008-09-27 作者简介：王国承(1977一)男，讲师，博士，E mail:wang-guocheng@163.com铁液中纳米 Al2O3 粒子的运动行为 王国承1） 邓庚凤1） 方克明2） 1） 江西理工大学材料与化学工程学院‚赣州341000 2） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 摘 要 研究了粒径为20～40nm 的 Al2O3 纳米粉在铁液中的运动行为．结果表明‚经分散后加入铁液中的 Al2O3 纳米粉‚在 铁液中保持60min 后‚Al2O3 粒子没有产生明显的团聚或聚集成微米级或更大尺寸的粒子‚粒子尺寸为20～60nm‚呈现较好 的弥散分布状态．采用布朗运动理论描述纳米粒子在铁液中的运动行为．纳米粒子在铁液中不易发生碰撞和聚集‚理论分析 与实验结果一致．纳米 Al2O3 在铁液中不易团聚或聚集的行为与钢液中一般的 Al2O3 夹杂物易碰撞聚集而长大的行为不同． 关键词 铁液；纳米粒子；运动行为；分散 分类号 TF703∙5 Motion behavior of Al2O3 nano-particle in liquid iron W A NG Guo-cheng 1）‚DENG Geng-feng 1）‚FA NG Ke-ming 2） 1） School of Material and Chemical Engineering‚Jiangxi University of Science and Technology‚Ganzhou341000‚China 2） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT T he motion behavior of Al2O3 nano-particles with a size of 20to 40nm in high temperature liquid iron was studied． T he results showed that after the nano-particles were kept on for 60min in liquid iron‚their size was still 20to 60nm；moreover‚ they did not become micro-particles and disperse better in liquid iron．T he motion behavior of the nano-particles in liquid iron was de￾scribed by the Brown theory．It is indicated that the phenomena of collision‚reuniting and agglomeration of the nano-particles do not occur in liquid iron‚and the motion behavior of the nano-particles described by the Brown theory is consistent with experiment re￾sults．T he motion behavior of Al2O3 nano-particles is in contrast with usual Al2O3 non-metallic inclusions in liquid steel． KEY WORDS liquid iron；nano-particles；motion behavior；dispersion 收稿日期：2008-09-27 作者简介：王国承（1977—）‚男‚讲师‚博士‚E-mail：wang—guocheng＠163．com 近年来‚利用钢中产生纳米级析出相的细晶强 化作用来提高钢的性能成为重要的研究方向．相关 研究发现［1—6］‚在薄板坯连铸连轧工艺生产的低碳 钢中析出了大量纳米尺寸的氧化物、硫化物以及碳 化物和其他沉淀相粒子‚这些纳米级粒子对细化钢 的组织、提高钢的性能起到了重要作用．目前‚人们 对纳米级粒子在钢铁熔体中的运动行为、存在状态 等涉及纳米相形成前期的行为等基础问题还没有进 行深入研究．本文通过实验研究了 Al2O3 纳米粒子 在高纯铁液中的运动行为和存在状态‚并从理论上 做出描述‚为进一步研究实际钢铁熔体中纳米级粒 子的运动行为和存在状态提供基础． 1 实验过程及方法 实验采用电解铁粉和 Al2O3 纳米粉为原料‚其 中电解铁粉纯度为99∙99％‚Al2O3 纳米粉粒度为 20～40nm．Al2O3 纳米粒子的透射电镜（TEM 和 HREM）形貌如图1所示．图1（b）为粒子的高分辨 透射电镜（HREM）晶格条纹像‚表明 Al2O3 纳米颗 粒为单晶．纳米颗粒具有体积密度小、比表面积大 和活性高等特点‚因而易产生团聚‚所以在冶金中很 难直接或用喷吹、喂丝的方法将其加入高温熔体中． 为此‚实验前‚首先将纳米 Al2O3 颗粒和对铁液无污染 的辅料一起混合进行球磨‚将纳米颗粒预分散在辅料 中‚然后压制成合适尺寸的纳米添加剂块体（预制块）． 第31卷 第7期 2009年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．7 Jul．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．07．038