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现代炼钢朝着高效、清洁、经济的方向发展,传统炼钢采用萤石作造渣助熔剂,在高温冶金上存在严重弊端,包括易腐蚀耐火材料而降低炉龄、高温下稳定性差,易与渣中酸性组元反应生成含氟气体导致氟污染等。另外,萤石价格较高,因此,萤石的使用受到越来越严格的限制。硼泥作为一种工业废料,其主要成分为MgO、CaO、Fe2O3、B2O3等,可作为造渣材料,其中的Fe2O3、B2O3具有很强的化渣能力,采用硼泥代替萤石作为助熔剂备受关注。 本文对比研究了硼泥、B2O3和CaF2作炼钢造渣助熔剂对渣系粘度、表面张力和密度的影响规律,通过旋转柱体法测定了熔渣的粘度,拉环法测定了渣系的表面张力,重锤法测定渣的密度。进而利用熔渣的离子-分子结构理论以及X射线衍射分析研究了助熔剂的化渣机理,探索硼泥作助熔剂对炉渣冶金性能影响的内在原因。最后通过差示扫描量热法(DSC)测量了炉渣在成渣过程中的DSC曲线,研究了不同助熔剂对成渣熔化过程中的相变温度及熔化热焓的影响。 研究结果表明: (1)渣系的粘度随着助熔剂B2O3、硼泥以及CaF2的增加而显著降低,当硼泥含量为10%时,在1125℃-1150℃之间粘度为1-1.2 Pa·s,而CaF2的则从0.5Pa·s迅速增加到5.5 Pa·s以上,且含15%硼泥的渣系与含15%CaF2的渣系粘度相近,含硼泥渣系粘度略低,硼泥降低粘度的效果好于CaF2。 (2)当温度在1380℃-1480℃范围内变化时,熔渣的表面张力和密度都随温度的升高而降低;且使用5-15%的CaF2作为助熔剂时,表面张力在0.4-0.6N.m-1范围内变化,渣系的密度为3.2-3.9g.cm-3;而用5-15%CaF2时,表面张力在0.3-0.6N.m-1范围内变化,渣系密度的变化范围为3.4-4.1 g·cm-3,即用硼泥或CaF2作助熔剂时,两者对渣系表面张力和密度的影响差异不大。 (3)采用非桥氧与四配位离子的比值即O-/T和结构参数Q分析了不同助熔剂对炉渣结构的影响,同时根据实验结果对参数的计算公式进行了修正。发现,随着助熔剂B2O3、硼泥及CaF2含量的增加,熔渣的结构单元均发生了变化,网络化程度降低。XRD对炉渣的矿物组成分析结果表明炉渣中物相主要为硅酸盐类,以B2O3为助熔剂时,炉渣中还存在一定量的硼酸盐类物相;以硼泥为助熔剂时,炉渣中生成了黄长石、橄榄石、透辉石以及硼酸盐类物相;以CaF2作为助熔剂时,炉渣中含有一定的枪晶石存在。 (4)随着助熔剂B2O3、CaF2、硼泥含量的增加,熔化过程中测量的DSC曲线的吸热峰向左移动,即渣系的熔化相变温度降低,且熔渣的熔化区间和熔化热焓随着不同助熔剂含量的增加呈降低趋势。当硼泥含量高于10%时,其助熔效果与CaF2相差很小,两者对熔渣的熔化性能及熔化热焓的影响接近,可以用硼泥取代CaF2作助熔剂。