鈦鐵礦型焊條

中文名稱

鈦鐵礦型焊條

英文名稱

ilmenite electrode

定　　義

藥皮中含有30%以上鈦鐵礦及一定量碳酸鹽的酸性焊條。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)（二級學(xué)科），材料合成、制備與加工（三級學(xué)科），焊接與連接技術(shù)（四級學(xué)科）

鈦鐵礦物理特性

鐵黑色或鋼灰色；條痕鋼灰色或黑色。含赤鐵礦包裹體時呈褐或褐紅色。金屬至半金屬光澤。不透明。無解理。有時出現(xiàn)或裂開。硬度5~ 5.5。性脆。相對密度4.0~5.0。具弱磁性。

偏光鏡下：深紅色，不透明或微透明。一軸晶。具非常高的折射率（N=2.7）和重折率。

鈦鐵礦化學(xué)特性

實(shí)驗(yàn)使用的鈦鐵礦為天然礦石，還原劑為木炭粉。礦石中的主要物相為CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃、MnO₂、V₂O₅、Cr₂O₃等。礦石的成分為47.86%TiO₂，35.12?，0.22?O，2.01%MgO，1.86%SiO₂。礦石的粒度小于0.087mm，木炭粉的粒度小于0.076mm。礦石和木炭粉在105℃干燥24h，然后按一定比例混合并壓制成塊?；旌狭现泻剂繛?0%。在微波碳熱還原過程中，物料的溫度是逐步升高的。用微波將物料從室溫加熱至1123—1263K需要3—8min，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鈦鐵礦的還原反應(yīng)從一施加微波就開始進(jìn)行，表明鈦鐵礦的微波碳熱還原反應(yīng)即使在極低的溫度條件下就已開始進(jìn)行。鈦鐵礦的這種特性，主要是一部分微波能會發(fā)生局域耦合共振，產(chǎn)生熱點(diǎn)。這些熱點(diǎn)的溫度比其他區(qū)域的溫度高得多，因而他們會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，熱點(diǎn)的中心就是反應(yīng)的中心。此外，原子或分子在反應(yīng)中心還會發(fā)生激烈的振動，能更好地滿足化學(xué)反應(yīng)的條件，這也會降低引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的溫度。正是由于有這些熱點(diǎn)的存在和分子或原子的激烈振動，鈦鐵礦的微波碳熱還原反應(yīng)才可能在較低的溫度下進(jìn)行，從而極大地降低鈦鐵礦碳熱還原過程的能耗。

鈦鐵礦的微波還原速率與樣品的含碳量關(guān)系十分密切。當(dāng)樣品的初始含碳量小于20%時，還原速率隨著含碳量的增加而明顯加快；當(dāng)含碳量大于20%時，進(jìn)一步增加含碳量對還原速率沒有明顯的影響。

反應(yīng)式：FeTiO₃ C=Fe TiO₂ CO（1）FeTiO₃ CO=Fe TiO₂ CO₂（2）CO₂ C=2CO（3）反應(yīng)速率隨含碳量的增加而加快，當(dāng)含碳量大于20%時，反應(yīng)速率與含碳量無關(guān)。微波還原的速率比傳統(tǒng)還原快得多。據(jù)有關(guān)對鈦鐵礦進(jìn)行微波碳熱還原和傳統(tǒng)碳熱還原研究的對比實(shí)驗(yàn)表明：鈦鐵礦的微波還原速率比傳統(tǒng)還原快得多，在1153K時，微波碳熱還原的速率是傳統(tǒng)還原的79.06倍。微波還原在1153K的速率可以和傳統(tǒng)還原在1422K的速率相比較，兩者之間的溫度差高達(dá)269K，由此也表明，當(dāng)用微波加熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)加熱時，鈦鐵礦的碳熱還原可以在較低的溫度下進(jìn)行。

與鐵礦石的碳熱還原類似，鈦鐵礦的碳熱還原也是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)（ΔH= 181kJ/molFeTiO₃，采用傳統(tǒng)加熱還原時同樣會產(chǎn)生“冷中心”。由于微波可以對物料進(jìn)行快速的整體加熱，“冷中心”的問題自然得到解決，因而反應(yīng)速率明顯加快。