334 工程科学学报，第42卷，第3期 管中，少量的钢液容易产生喷溅，当真空室内钢液 过改进真空压降模式可以有效的抑制钢液的喷溅 量增多，相同气体流量下阻力增加，钢液喷溅现象 和挥发进而减少对合金元素锰的损失， 将会减弱，RH抽真空前期工作环境恶劣，钢液 2.2锰挥发对结瘤物特征的影响 内部喷溅严重，钢液喷溅严重从动力学角度改变 图7(a)为连续处理70炉次后下线的RH真空 了钢液液滴与真空环境的接触面积，更容易发生 槽，其内壁存在不同程度的结瘤和侵蚀，也说明了 M的气化，使得真空前期的合金损失相对而言跟 真空处理过程钢液的喷溅及对耐火材料的侵蚀行 为剧烈 为.不同位置内壁砖结瘤物的分析结果也表明了， 图4为RH真空处理过程中RH烟气量变化， 真空过程M元素存在较大的挥发，且会参与对耐 在现场实际生产过程中预抽真空阶段真空内烟气 火材料的侵蚀 量巨大，(a)、(b)、(c)均为预抽真空过程烟气量的 结瘤物X射线衍射结果见图8，利用标准 变化，(d)为真空处理阶段烟气的情况.在预抽真 PDF卡片比对，主要成分是FeO(JCPDS卡片：74- 空阶段存在着大量的挥发，在真空处理阶段挥发 1886)与MnO4(JCPDS卡片：13-162)；扫描电镜结 行为相对较弱，从结果中也可以反映抽真空阶段 果如图7(b)~(Gj)所示，(b)~(d)是将试样打磨平 是合金元素锰的损失最剧烈的阶段，在烟气粉末 整的区域，这一部分锰和铁以复合氧化物形式以 分析中也证明了大量的MnO4的存在 结瘤物的形式存在，并且周围复合了一些Ca/Si/ 为了研究RH过程锰的损失与RH入站锰含 A1氧化物；(e)~(j)为试样打磨过程中，通过控制 量的关系，对某A厂实际生产过程中球拍样结果 打磨手段，将铁锰氧化物露出，可明显观察出 进行统计分析，锰的质量分数在0.68%~0.84%这 Fe/Mn的结合状态，这个结果和X射线衍射结果 个范围内，以间隔0.03%进行划分，每个区间选择 一致；对结瘤物不同位置的结瘤物的X射线荧光 10炉次数据进行相互对比，数据结果见图5.通过 光谱分析，结果见表4所示，取样位置见图9，结瘤 数据结果也可以得出，随着进站Mn]的含量增 物中Mn0质量分数所占比例从14%~70%波动， 加，RH进站到RH破空阶段的损失量在2×10范 整体上从真空室的底部到顶部呈现出了一种增长 围波动，并且通过虚线框的趋势可以得出随着进 的趋势，在热弯管入口的区域MnO质量分数高达 站[Mn]含量的增加，过程中Mn的损失量也随之 70%,这个结果和X射线衍射与扫描电镜结果一 增加. 致，由此可推断出RH真空处理过程中的存在着 在此基础上，通过改进RH工艺条件，把真空 Mn气化和喷溅行为 压降模式由原先的“一步法”150s到达极限真空 2.3 钢液中锰元素挥发的热力学 度70Pa(方案A),改为采用步进式抽真空，到达极 在不同温度时，各种金属挥发的平衡蒸气压 限真空度的时间延长到350s,见图1；过程中分别 为6-17刀 在RH入站、破空、出站取桶样，实验结果见图6 lgp层=-19710/T-1.271gT+13.27 (1) 采用方案B后，RH入站至破空阶段，元素锰的损 (2) 失由原先的2×10降低至1×10‘，损失区间降低 1gp8m=-14520/T-3.02lgT+19.24 了1×10：并且采用新的真空压降模式后，真空室 lgP3=-20900/T-0.565lgT+10.78 (3) 烟气量明显减少，高清摄像头可以看见内部情况 式中，p层e,pRm,p3分别为金属Fe、Mn、Si在温度 的时间也提前；结果对现场生产具有指导意义，通 T时的平衡蒸汽压 (d 图4RH真空处理过程中烟气量变化.(ab,c)预抽真空过程烟气量的变化：()真空处理阶段烟气的情况 Fig.4 Flue change during the RH vacuum process:(a,b,c)the changes of flue gas volume during pre-evacuation;(d)the condition of the flue gas in the vacuum processing stage管中，少量的钢液容易产生喷溅，当真空室内钢液 量增多，相同气体流量下阻力增加，钢液喷溅现象 将会减弱[1, 15] . RH 抽真空前期工作环境恶劣，钢液 内部喷溅严重，钢液喷溅严重从动力学角度改变 了钢液液滴与真空环境的接触面积，更容易发生 Mn 的气化，使得真空前期的合金损失相对而言跟 为剧烈. 图 4 为 RH 真空处理过程中 RH 烟气量变化， 在现场实际生产过程中预抽真空阶段真空内烟气 量巨大，（a）、（b）、（c）均为预抽真空过程烟气量的 变化，（d）为真空处理阶段烟气的情况. 在预抽真 空阶段存在着大量的挥发，在真空处理阶段挥发 行为相对较弱，从结果中也可以反映抽真空阶段 是合金元素锰的损失最剧烈的阶段，在烟气粉末 分析中也证明了大量的 Mn3O4 的存在. 为了研究 RH 过程锰的损失与 RH 入站锰含 量的关系，对某 A 厂实际生产过程中球拍样结果 进行统计分析，锰的质量分数在 0.68%～0.84% 这 个范围内，以间隔 0.03% 进行划分，每个区间选择 10 炉次数据进行相互对比，数据结果见图 5. 通过 数据结果也可以得出，随着进站 [Mn] 的含量增 加，RH 进站到 RH 破空阶段的损失量在 2×10−4 范 围波动，并且通过虚线框的趋势可以得出随着进 站 [Mn] 含量的增加，过程中 [Mn] 的损失量也随之 增加. 在此基础上，通过改进 RH 工艺条件，把真空 压降模式由原先的“一步法”150 s 到达极限真空 度 70 Pa（方案 A），改为采用步进式抽真空，到达极 限真空度的时间延长到 350 s，见图 1；过程中分别 在 RH 入站、破空、出站取桶样，实验结果见图 6. 采用方案 B 后，RH 入站至破空阶段，元素锰的损 失由原先的 2×10−4 降低至 1×10−4，损失区间降低 了 1×10−4；并且采用新的真空压降模式后，真空室 烟气量明显减少，高清摄像头可以看见内部情况 的时间也提前；结果对现场生产具有指导意义，通 过改进真空压降模式可以有效的抑制钢液的喷溅 和挥发进而减少对合金元素锰的损失. 2.2    锰挥发对结瘤物特征的影响 图 7（a）为连续处理 70 炉次后下线的 RH 真空 槽，其内壁存在不同程度的结瘤和侵蚀，也说明了 真空处理过程钢液的喷溅及对耐火材料的侵蚀行 为. 不同位置内壁砖结瘤物的分析结果也表明了， 真空过程 Mn 元素存在较大的挥发，且会参与对耐 火材料的侵蚀. 结 瘤 物 X 射线衍射结果见 图 8，利用标 准 PDF 卡片比对，主要成分是 FeO（JCPDS 卡片：74- 1886）与 Mn3O4（JCPDS 卡片：13-162）；扫描电镜结 果如图 7（b）～（j）所示，（b）～（d）是将试样打磨平 整的区域，这一部分锰和铁以复合氧化物形式以 结瘤物的形式存在，并且周围复合了一些 Ca/Si/ Al 氧化物；（e）～（j）为试样打磨过程中，通过控制 打磨手段 ，将铁锰氧化物露出 ，可明显观察 出 Fe/Mn 的结合状态，这个结果和 X 射线衍射结果 一致；对结瘤物不同位置的结瘤物的 X 射线荧光 光谱分析，结果见表 4 所示，取样位置见图 9，结瘤 物中 MnO 质量分数所占比例从 14%～70% 波动， 整体上从真空室的底部到顶部呈现出了一种增长 的趋势，在热弯管入口的区域 MnO 质量分数高达 70%，这个结果和 X 射线衍射与扫描电镜结果一 致，由此可推断出 RH 真空处理过程中的存在着 Mn 气化和喷溅行为. 2.3    钢液中锰元素挥发的热力学 在不同温度时，各种金属挥发的平衡蒸气压 为[16−17] ： lgp ⊖ Fe = −19710/T −1.27lgT +13.27 （1） lgp ⊖ Mn = −14520/T −3.02lgT +19.24 （2） lgp ⊖ Si = −20900/T −0.565lgT +10.78 （3） p ⊖ Fe p ⊖ Mn p ⊖ 式中， Si ， ， 分别为金属 Fe、Mn、Si 在温度 T 时的平衡蒸汽压. (a) (b) (c) (d) 图 4    RH 真空处理过程中烟气量变化. （a, b, c）预抽真空过程烟气量的变化；（d）真空处理阶段烟气的情况 Fig.4    Flue change during the RH vacuum process: (a, b, c) the changes of flue gas volume during pre-evacuation; (d) the condition of the flue gas in the vacuum processing stage · 334 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期