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산소 및 수소 분위기하에서 철의 반복 산화 환원에 관한 속도론적 고찰 = Cyclic Oxidation and Reduction Kinetics of Iron in O2-H2 Atmosphere
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1979
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Korean
KDC
436
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KCI등재
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학술저널
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395-402(8쪽)
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철의 반복 산화-환원반응 속도는 산소 및 수소의 분압을 변화시켜가면서 thermogravimetric technique에 의하여 측정되었다. 이때 반응온도의 범위는 850℃∼1050℃였다.
제 1 단계와 제 2 단계 산화반응속도는 동일하게 산화철의 층을 통한 Fe^(++)ion의 확산과정으로 설명되며 t/Δw=Δw/k_p+1/k₁의 관계식을 따른다. 여기서 t; 반응시간, Δw; 중량변화 그리고 k_p와 k₁은 parabolic 및 linear rate constant를 각각 표시한다. 이에 따른 activation energy는 27㎉/㏖이다. 산화반응 속도는 단순한 반응계면으로 설명되나 후기에는 외층에 발달된 island의 반응에 의하여 특징 지워진다. 이와 같은 현상은 반복 산화-환원과정에 따라 현저하게 나타난다.
환원반응 속도는 900℃∼950℃ 사이에서 제일 크며 이를 전후한 온도 구역에서는 생성 pore의 조직이 치밀 또는 조대하여 반응속도는 느리며 속도는 수소분압에 크게 좌우된다. 산화반응의 경우와 같이 환원의 후기 반응은 역시 residual wustite의 환원에 의하여 특징 지워지며 이와 같은 현상은 높은 온도 및 수소 분압의 경우에 현저하다.
Cyclic oxidation of iron sheet has been studied in the temperature range of 850℃∼1050℃ at various partial pressures of O₂ and H₂.
Rates of the first and second stage oxidation could be described in terms of a solid state diffusion of iron ion through wustite layer, and expressed by the equation of
t/Δw=Δw/k_p+1/k₁
where t, Δw, k_p and k₁ are reaction time, weight change, and parabolic and linear rate constant, respectively. The activation energy for oxidation was found to be about 27㎉/㏖.
Results revealed that rate of oxidation follows simply the flat surface geometry, whereas at the later stage oxidation was characterized by the oxidation of residual iron island in product layer. Such an effect became more significant by repeated oxidation and reduction.
Reduction rate of iron oxide was faster in temperature range of 900℃∼950℃ at which the product layer had proper pore structure. At the later stage of reduction the rate was also characterized by the reduction of residual wustite island in the outer product layer.
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