[D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.06.005 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 碳酸盐矿物分解引起的熔渣泡沫化行为 储少军) 牛强) 牛四通》王颖)李猛》 1)北京科技大学治金学院，北京1000832)中国专利局，北京1000833)本溪治金专科学校，辽宁117000 摘要提出平均发泡寿命元作为熔渣发泡效果的实验评价指标.在Na,B,O,-CaO一MgO熔 体中，采用碳酸盐矿物作发泡剂，进行内生气源熔渣发泡实验，结果表明，发泡剂粒度、种类对 熔渣平均发泡寿命的影响，可归因于熔渣中碳酸盐热分解行为的差异，在一定浓度范围内，熔 体中CO、Mg0含量的变化，不仅改变熔体的物理性质，而且直接影响碳酸盐矿物的分解速度 与生成气泡的大小，对熔体起泡过程和泡沫渣的稳定性也起重要作用. 关键词泡沫渣；发泡寿命；碳酸盐；热分解 分类号0648.24 冶金熔体泡沫化理论研究对治金工艺过程 表1碳酸盐矿物主要化学成分（质量分数） % 控制和泡沫金属材料制备有重要意义，前期研 品种 Cao Mgo CaCO,MgCO, 究工作表明：美国冶金界权威卡耐基一梅隆大 细晶粒大理石 30.6917.5054.80 36.75 学Fruehan教授采用动态法测定的炉渣泡沫化 中晶粒大理石 52.88 0 94.40 白云石 40.0117.3153.59 36.35 指数∑不能表征泡沫的平均寿命t,更不能据此 石灰石 46.88 83.70 判断冶金工艺中因内生气源引起的炉渣熔体发 泡能力1.这一结果表明，自1989年以来，国内 外众多冶金学者将泡沫化指数∑作为炉渣发泡 2实验结果 能力的惟一特征参数与熔体简单物性参数相关 2.1发泡效果的评价指标 联的研究方法值得商榷， 定量研究内生气源引起的泡沫化行为的文 本文采用NaB.O,-CaO熔体模拟炉渣，碳 献极少.由于熔体的起泡高度△h随发泡时间t 酸盐矿物作发泡剂，着重研究发泡剂形态、熔渣 发生改变，文献[3]提出平均起泡高度万的概念， 成分等因素对泡沫化行为的影响，提出评价内 计算公式为： 生气源发泡能力的实验判据 万=40d (1) 1实验过程 式中，△h(t)为熔体起泡高度(cm):t为泡沫层存 在的总时间(S).显然，平均起泡高度万不能用来 实验中采用的NaB.O,-CaO-MgO熔体的 比较起泡高度相近而发泡时间不同的熔渣泡沫 熔点较低(741℃).熔体发泡实验可在SG2A坩 状态的差别.本文作者认为，熔渣加入碳酸盐发 埚电阻炉中进行，控温精度为(1000士10)℃.将 泡剂后，存留在熔体泡沫中的CO,气体体积愈 熔渣在石墨坩埚中熔化，在设定温度恒温20 大和气体存留时间愈长，则表示熔渣发泡过程 min,加入一定量的碳酸盐矿物，由热分解产生 愈明显.因此，本文采用熔渣平均发泡寿命元作 的CO,气体造成熔体剧烈流动和起泡，形成泡 为内生气源发泡过程的评价标准，其定义为： 沫层，使熔体液面上升，每间隔30或60s用钼 丝测量泡沫渣高度，直到熔渣消泡为止·实验使 4C'AM)dr (2) 2. 用化学纯无水四硼酸钠，碳酸盐矿物主要成分 式中，A为坩埚横截面积(m),△h()为熔体起泡 分析结果见表1， 高度(m),2s为熔体产生的总气量(m).t的物 理意义是内生气源引起的熔渣发泡有效时间. 1999-03-19收稿储少军男，52岁，教授 ◆国家自然科学基金资助课题(No.59574026)第 卷 第 期 年 一 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心 一 碳酸盐矿物分解 引起 的熔渣泡沫化行为 储少军 ‘， 牛 强 ” 牛四 通 ” 王 颖 ” 李 猛 ” 北京科技大学冶金学院 ， 北京 中国专利局 ， 北京 本溪冶金专科学校 ， 辽宁 摘 要 提 出平均 发泡 寿命 万作 为熔渣发泡 效果 的实验 评 价指标 在 。 一 一 熔 体 中 ， 采用 碳酸盐矿 物 作发泡剂 ， 进行 内生气 源 熔渣 发泡 实验 结果表 明 ， 发泡 剂粒度 、 种类对 熔渣 平均发泡 寿命 的影 响 ， 可 归 因 于熔渣 中碳酸盐热 分解行 为 的差异 在一 定浓度范 围内 ， 熔 体 中 、 含 量 的变化 ， 不 仅改变熔体 的物理 性质 ， 而 且直接影 响碳酸盐矿物 的分解速度 与生成气泡 的大 小 ， 对 熔体起泡过程和 泡沫渣 的稳 定性也起 重要 作用 关键词 泡沫渣 发泡寿命 碳酸盐 热 分解 分 类号 冶金熔体泡沫化理论研 究对冶 金工 艺过程 控制 和 泡 沫 金 属 材料制备有 重 要 意义 前 期研 究工 作表 明 美 国 冶金 界权威 卡耐基 一 梅 隆大 学 教授采用 动 态法测 定 的炉渣泡沫 化 指数 万 不 能表征 泡沫 的平均寿命 ， 更不 能据此 判断冶 金 工 艺 中因 内生气源 引起 的炉渣熔体发 泡 能 力‘， · ’ 〕 这 一 结 果 表 明 ， 自 年 以来 ， 国 内 外众多冶 金 学 者将泡沫化指数 刃 作 为炉渣 发泡 能力 的惟 一特征参 数 与熔体简单物性参 数相关 联 的研 究方 法值得 商榷 本文 采用 一 熔 体模拟炉 渣 ， 碳 酸 盐矿物作发泡剂 ， 着重研 究发泡 剂形 态 、 熔渣 成 分等 因 素对 泡沫 化 行 为 的影 响 ， 提 出评 价 内 生 气源 发泡 能力 的实验判据 表 碳酸盐矿物主要化学成分 质量分数 品种 亡︼、了 斗片月 细 晶粒大理石 中晶粒大理石 白云石 石灰石 一 一 一 实验结果 发泡效果 的评价指标 定量研究 内生 气源 引起 的泡 沫化 行 为 的 文 献极 少 由于 熔体 的起 泡 高度 △ 随 发泡 时 间 发生 改变 ， 文献「提 出平 均 起泡 高 度 石的概念 ， 计 算公 式为 一 「△ 才 」乙兰一 一 一 实验过程 实验 中采 用 的 一 一 熔 体 的 熔 点较 低 ℃ 熔体发 泡 实验 可 在 增 祸 电 阻 炉 中进行 ， 控 温精 度 为 士 ℃ 将 熔渣 在 石 墨 增 祸 中熔 化 ， 在 设 定 温度 恒 温 ， 加入一 定量 的碳 酸盐 矿物 ， 由热 分 解 产 生 的 气 体 造成熔 体剧 烈 流 动 和 起泡 ， 形 成 泡 沫层 ， 使熔体 液面 上 升 ， 每 间 隔 或 用铝 丝测量泡沫渣高度 ， 直 到熔渣 消泡 为止 实验 使 用 化 学纯无 水 四硼 酸钠 ， 碳 酸盐矿物 主 要 成 分 分 析结果 见表 一 一 收稿 储少军 男 ， 岁 ， 教授 国家 自然科学基金资助课题 式 中 ， △ 为熔体起 泡 高度 为泡沫层 存 在 的总 时 间 显 然 ， 平 均起泡 高度 石不 能用 来 比较起泡 高度 相 近 而 发泡 时 间 不 同 的熔渣泡沫 状态 的差 别 本文作者认 为 ， 熔渣加 入碳 酸 盐发 泡剂 后 ， 存 留在 熔 体泡 沫 中的 气 体体积 愈 大和 气 体存 留 时 间 愈长 ， 则表 示熔渣 发泡 过程 愈 明显 因此 ， 本 文 采用 熔渣平均发泡 寿命 于作 为 内生 气源 发 泡 过程 的评 价标准 ， 其 定义 为 丈△ 扩 丁 一 —瓦万一 式 中 ， 为柑 祸横 截面积 ， △ 为熔体起泡 高度 ， 为熔体产 生 的总气 量 于的物 理 意 义 是 内生 气 源 引起 的熔渣发泡 有效时间 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1999．06．005