D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.03.030 第23卷第3期 北京科技大学学报 VoL23 No.3 2001年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2001 熔融还原合成渣中碳还原FezO,的 发泡特性参数 吴铿. 张二华 储少军 陈春元 李洪民 郭映波 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要测定了F©O,在熔融还原合成渣中被碳还原时，还原气体产生泡沫渣的高度与时间的 关系.由发泡特性参数方程计算了不同条件下的发泡特性参数，从而可以对熔融还原过程中由 内生气源引起的发泡过程进行定量描述，为在铁浴中控制泡沫渣现象提供了必要的基础。 关健词泡沫渣；内生气源：熔融还原；发泡特性参数 分类号T℉01；0648.24 熔融还原过程中熔渣发泡的气源可以分成 五-顶-()+名名] 两类：一类为吹人的氧气引起发泡，另一类是熔 (0≤t), 渣中的铁氧化物被碳还原应产生气泡.这两类 舌-e门 (t'≤t≤t 气源引起熔渣形成泡沫的类型不同，外引气源 (吹人的气体)通常生成多面体泡沫；而内生气 =i+ (4) 源（还原产生的气体）则引起球状泡沫，这在前 i=-[()+太] 期工作已经得到了证实.Fruehan等将Birkman (0≤t), 由低温水溶液中得到的泡沫化指数Σ应用到高 Sh' (t≤t≤t". 温冶金熔渣中，为定量研究高温熔体泡袜化现 a-om-1-e的 象及熔渣发泡性能与熔渣物性的关系提供了新 由发泡系数K,消泡系数k,平均发泡寿命 思路四，但泡沫化指数仅适用于熔渣为牛顿流体 t和发泡强度i,可以实现对熔融还原过程引起 时，由外引气源形成的泡沫现象a还原反应和 的发泡过程进行定量描述. 吹氧引起熔渣发泡过程在本质上是不同的，日 2实验和数据处理 本学者曾经试图将泡沫化指数用来定量描述内 生气源的发泡过程，但没有达到预期的结果例. 实验所用碳管炉的型号为RTG-30-25Q,碳 管内径×长度为60mm×500mm,高温区长度为 1发泡特性参数方程 80mm,采用氩气作为保护气体，炉体和电极都 通过质量和热量平衡，可以求出铁氧化物 采用水冷却.控温设备为四川仪表十五厂生产 被碳还原产生的气体引起熔渣发泡过程方程阿： 的JWT-702型控温仪，采用钨铼热电偶，温度 e04 误差1%，总控温精度为±20℃.合成渣的成分可 (1) 见文献[7]，其组成为（质量分数）：Ca0一 h=h'e-ho-n) (t'≤t≤t0 (2) 30.00%,Si0z-60.00%,CaFx-10.00%. 采用平均发泡寿命tv和发泡强度河以比较 将渣料装人石墨坩埚，石墨坩埚尺寸为中30， 不同的发泡过程，其公式如下： 40和50mm,高130mm3种.在其上面加上比 Tv=T1+元 (3) 坩埚直径大4mm的石墨保护套管，一直加到炉 其中， 口.加入的FezO,为分析纯试剂，每包为5~10g 收稿日期200101-22吴垡男，49岁，副教授，博士 加入后每隔0.25min用钼丝测量发泡高度，直 *国家自然科学基金资助项目QNo.59974002) 到熔体完全消泡为止.熔渣发泡增加的高度△h第 23 卷 第 3 期 2 0 1 年 ` 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r . . 】o f U n钾e sr ylt o f sc i e n e e a n d eT e h n o 】哪汀 eB ij in g 、 勺 L23 N 0 3 uJ n . 2 001 熔融还原合成渣 中碳还原 F e Z O , 的 发泡特性参数 吴 铿 张二华 储 少军 陈春元 李洪 民 郭映 波 北京科技大学冶金学院 , 北京 1 0 0 83 摘 要 测定 了ezF q 在熔融还原合成渣 中被碳还原时 , 还 原气体产生 泡 沫渣 的高度 与时 间 的 关系 . 由发 泡特性参数方程计算 了不同条件下的发泡特性参数 , 从而可 以对熔融还原过程中 由 内生气源引 起的发泡过程进行定量描述 , 为在铁浴中控制泡沫 渣现象提供了必要的基础 . 关健词 泡沫渣 ; 内生气源 ; 熔融还原 ; 发泡特性参数 分 类号 吓 0 1 ; 0 64 8 . 24 熔融还原过程 中熔渣发泡 的气源可 以分成 两类 : 一类 为咚人 的 氧气 引起发泡 , 另一类是熔 渣 中的铁氧化 物被碳还 原应产生气泡 . 这两类 气 源引起熔渣 形成泡沫的类型 不 同 , 外引气源 (吹人 的气 体) 通 常生成多面体泡 沫 ; 而 内生气 源 (还 原产生 的气体) 则引起球状泡沫 , 这在前 期工作已 经得到 了证 实1[] , F ru e h an 等将 B irk m an 由低温水 溶液 中得 到的泡沫化指数万应 用到高 温冶金熔渣 中 , 为定 量研究高温熔体 泡沫化现 象及熔 渣发泡性能与熔 渣物性 的关系提供 了新 思路 12] . 但泡沫化指数仅适用 于熔渣 为牛顿流体 时 , 由外引气源形成的泡沫现象 .t34] . 还原反应和 吹氧引起熔渣 发泡过程在本质上是不 同的 , 日 本 学者 曾经试 图将泡沫化指数用来定量描述 内 生气源 的发泡 过程 , 但没有达 到预期 的结果’.l[ _ 1 , 「了e 一 如 e 一 幻、 . 1 1 1 乙 = 7 犷一一二; . 屯一二1 号 1 . - 下- - 一~ ; 芬一 口十 二 二一 一气一 . 1 Kl[ 一爪 l 片 ” ’. L 、 Kl , 几 l , 八 1 KI J hS 下 r . , 几 = 下可f L I 一 -e J g 几 (0 ` 尺 ) , ( t , ` t` t r ) . = i , + i2 ( 4 ) 1 t ,( kl 一 K : ) e 一 凡` f了e 一么` e 一凡 ` 、 . 1 1 1 t , - 二 , - 一 一~ : 寸一 . 十 - 二二- - 一 ; ~ 一 砚 L、 KI K 一 夕 人 I k , J hS ’ 处= 亘双户二缸少 1 一肉 (0 ` t< ) , ( t 尸 ` t ` t ` ) . 由发泡系数凡 , 消泡 系数 k , , 平均发 泡寿命 vaT 和发泡强度 i , 可 以 实现对熔融还 原过程引起 的发泡过程进行 定量描述’[.] 1 发泡特性参数方程 通过质量 和热量平衡 , 可 以求 出铁氧化物 被碳还原 产生 的气体引起熔渣发泡过程方程间 : , 、尹产色,. 了内乙l “ 一 .、了 磷鞠 e 一 ` r一 e 一 ` ” h = h 乞 一 出 (t 一 。 采用平均发泡寿命var 和发 不 同的发泡 过程 , 其公式如 下 肠 = 于: + 乙 其 中 , ( 0 三 r介今 ( t 尹 ` t` t , ) 泡强度 i可以 比较 阁 . ( 3 ) 收稿 日期 2 0 0 1刁 1一2 吴 铿 男 , 49 岁 , 副教授 , 博士 * 国家自然科学基金 资助项目困。 . 59 97 40 02 ) 2 实验和数据处理 实验所用碳管炉 的型号为 RT G e 3 0 - 2 5Q , 碳 管 内径 “ 长度为中60 ~ 巧o ~ , 高温 区 长度为 80 ~ , 采用 氢气作 为保护气体 , 炉体和电极 都 采用水冷 却 . 控温设备为 四川 仪表十 五厂生产 的 JW T` 7 0 2 型控 温仪 , 采 用钨徕 热 电偶 , 温度 误 差 1 % , 总控温精度 为幻0℃ . 合成渣 的成分可 见 文 献 【7 ] , 其 组 成 为 (质 量 分 数 ) : C a o 一 3 0 . 0 0 % , 5 10 一 6 0 . 0 0% , C aF 一10 . 0 0% . 将渣料装人石 墨柑祸 , 石 墨柑祸尺寸 为中30 , 科0 和小5 0 ~ , 高 13 0 ~ 3 种 . 在其上面加上 比 柑祸直径大 4 n l n l 的石墨保护套管 , 一直加到炉 口 . 加人 的 F舜O 〕 为分析纯试 剂 , 每包 为 5一 1 0 .9 加人后 每隔 .0 25 m in 用 钥丝测量发 泡高度 , 直 到熔体完 全消泡为 止 . 熔渣发泡增 加的高度劫 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 03. 030