1994年No.6 北京科技大学学报 ·523· 1试验条件及方法 熔炼设备为10kg中频真空感应炉，采用镁砂预制坩埚，冶炼时钢液面表面积为86.59cm. 每炉装炉量为9.20kg.熔炼采用的母材成分为：0.36%C,0.20%Si,0.40%Mn,0.003%S, 0.006%P,1.10%Cr,2.90%Ni,0.48%Mo,0.17%V,0.03%Cu,0.0002%Pb,0.0022%Sn,0.0040%As, 0.0006%Sb,0.00002%Bi,其余为Fe. 冶炼过程中炉料红热时向炉内通人所需压力的高纯氩气，炉料熔清并加热至所需温度后 加人纯金属铋试料（含秘量>99.5%），挥发一定时间后浇样或出钢.挥发时间从向钢液加人铋 至取样或出钢完毕为止.挥发过程温度由“铂佬30-铂铑6”热电偶测量，研究不同的铋加入 量、气相压力、挥发温度及挥发时间对钢中残余铋含量的影响. 2 试验结果及讨论 21铋的回收率 图1为真空感应熔炼过程中当充人4×104Pa氩气、钢液温度为1560℃、挥发时间为7 min向钢水加入纯铋情况下，铋的加人量C侧.与残余含量C侧，之关系，结果表明两者接近直 线关系.铋的回收率约为7.54%.可见，向钢水加铋时出现很大的挥发损失， 2.2气相压力对铋挥发的影响 实验研究了1560℃、8.00×10Pa~8.67×104Pa氩气条件下加铋后钢液中铋浓度随 时间的变化，见图2.图中虚线为钢液面存在300g覆盖渣(80%CF,+20%CaO)的情况.t=0 时各炉铋的加入量均为C.=0.0067%.可见，纯铋加入钢液后的挥发实际可分为两个阶段.第 1阶段（图中t=0~180s),由于铋的熔点低(271℃），加人量少等因素使其加入后立即在钢 液面附近熔化，这时熔化区的铋含量大大高于C,引起短时间内铋的大量挥发.随着气相压 力的降低，铋在这一段时间内的挥发程度加剧.第2阶段（图中t>180s),经过钢液流动铋 已基本在整个熔池均匀分布，此时的C.与时间t有对数关系，见式(I)~(5).工业生产中钢 液内的痕量杂质元素可以认为是均匀分布的，故本文着重研究这一情况下的挥发， P=8.67×10Pa1gCm,=-2.647-4.281×1041 (1) P=4.00×10PagC周，=-2.898-4.458×1041 (2) P=1.07×10 Pa lgC B=-3.124-5.770×104t (3) P=8.00×10 Pa lgCo=-3.552-1.0S3×103t (4) 有顶渣， P=8.00×102 Pa lgC则.=-3.534-5.006×1041 (5) 各式中t>180s,C刷为质量百分含量. 图2反映出气相压力在一定范围变化时、对铋的挥发过程存在明显影响，压力减小加速 铋的挥发，而钢液表面存在覆盖渣时则减慢了铋的挥发速度. 2.3钢液温度对铋挥发的影响1夕抖 年 N o . 6 北 京 科 技 大 学 学 报 1 试验条件及方 法 熔炼 设备 为 l o k g 中频真 空感 应炉 , 采 用镁砂 预制 柑祸 , 冶炼 时 钢液 面表 面积 为 86 . 59 cln , . 每 炉 装 炉 量 为 .9 20 k g . 熔 炼 采 用 的 母 材 成 分 为 : 0 . 36 % C , .0 20 % iS , .0 40 % M n , .0 0 03 % s , 0 . 0() 6 % P , 1 . 10 % C r , 2 . 90 % iN , 0 . 4 8% M o , 0 . 1 7% V , 0 . 0 3 % C u , 0 . 0 0 0 2 % P b , 0 . 0 0 2 2 % S n , 0 . 0 04 0% sA , 0 . 0X() 6% S b , 0 . 0 0 0 0 2 % B i , 其余为 F e . 冶炼 过程 中炉料 红 热时 向炉 内通人 所需 压 力 的高纯 氢气 . 炉料 熔 清 并 加 热 至 所需 温 度 后 加 人纯金 属秘 试料 (含 秘量 > 9 . 5% ) , 挥 发 一定 时 间后 浇 样或 出钢 . 挥 发 时间从 向钢液加 人 秘 至取 样或 出钢 完毕 为止 . 挥 发过 程温 度 由 “ 铂 锗 30 一 铂 锗 6" 热 电偶 测 量 . 研究 不 同 的 秘 加 人 量 、 气相 压力 、 挥 发温 度及 挥发 时 间对钢 中残余秘含 量 的影 响 . 2 试验 结果及讨论 .2 1 秘的 回收 率 图 1 为真 空感 应熔 炼过 程 中 当充人 4 x 10 4 P a 氢 气 、 钢液温 度 为 1 56 0 ℃ 、 挥 发 时 间 为 7 而n 向钢 水加 人纯秘 情况 下 , 秘 的 加入量 C 侧 。 与残余含 量 c 侧 。之 关 系 , 结 果 表 明 两 者 接 近 直 线 关系 . 秘 的回 收 率约 为 .7 54 % . 可见 , 向钢 水加 秘时 出现 很大 的挥 发损 失 . .2 2 气相 压 力对秘挥发 的影响 实验 研究 了 1 56 0 ℃ 、 8 . O0 x 10 2 P a 一 8 . 6 7 x 10 4 P a 氢 气 条 件 下 加 秘 后 钢 液 中 秘 浓 度 随 时 间的变 化 , 见 图 2 . 图中虚 线 为钢 液 面 存 在 3 0 9 覆 盖 渣 (8 0 % C a F Z + 20 % C a O ) 的情 况 . t = O 时各 炉秘 的加 人量 均为 c 侧 。 = .0 0 0 6 7 % · 可见 , 纯秘 加人 钢 液后 的挥 发 实 际可分 为 两个 阶段 · 第 1 阶段 ( 图 中 t = 0 一 18 05 ) , 由于 秘 的熔 点低 ( 2 71 ℃ ) , 加人 量 少等 因 素 使 其 加 人 后 立 即 在 钢 液面 附近 熔化 , 这 时熔 化 区 的秘含 量大 大高于 C 叶 a] , 引起 短 时 间 内秘 的 大 量 挥 发 . 随着 气 相 压 力 的 降低 , 钞在 这 一段 时 间内的挥 发程 度加 剧 . 第 2 阶段 ( 图 中 t > 18 0 5) , 经 过 钢 液 流动秘 已 基本 在 整个熔 池均 匀分 布 , 此 时的 c 侧 与时 间 t 有对 数关 系 , 见 式 (l ) 一 ( 5) · 工 业 生 产 中 钢 液 内的痕量 杂质 元 素可 以 认 为是均 匀分 布 的 , 故 本 文着重 研究 这 一情 况 下 的挥 发 . p = 8石7 火 10 ` p a gl C 旧 , ] . = 一 2 · 6 4 7 一 4 · 2 8 1 x 10 一 ` t ( l ) p = 4 刀0 X 10 ` p a ]g C , , ] , = 一 2 · 8 9 8 一 4 · 4 5 8 X 10 一 ` t ( 2 ) p = 1 · 0 7 X 10 ` p a lg C 田, ] = 一 3 · 1 24 一 5 · 7 7 0 只 10 一 ` t (3) p 一 8 · 0 X 10 , p a lg C 匹 J ` 一 3 · 5 5 2 一 l · 0 5 3 x 10 一 , t (4 ) 有顶渣 , p = 8乃o X l o Z p a l g C 田 [一 3 · 5 34 一 5 · o o 6 x 10 一 ` t ( 5) 各式 中 t > 18 05 , C 侧 为 质 量 百分含 量 . 图 2 反 映 出气 相 压力在 一定 范 围变化 时 , 对秘 的挥 发过程 存 在 明 显 影 响 , 压 力 减 小 加 速 秘 的挥发 ; 而 钢液表 面 存在覆 盖渣 时 则减慢 了秘 的挥发 速度 . .2 3 钢液温度对秘挥发 的影 响