现代炼钢的要求是环保、高效、经济,萤石作为传统炼钢中的主要助熔剂,在炼钢过程中存在很多缺点,包括易腐蚀炉衬、造成氟污染、价格较高等。硼泥作为一种废弃资源,其成分中含有多种具有助熔作用的组分,如B2O3、Fe2O3、Na2O等,可以考虑用硼泥取代萤石作助熔剂。 本文基于分子离子共存理论建立了含硼渣系的脱硫磷热力学模型,讨论了B2O3、CaF2、FeO含量以及炉渣碱度对渣钢间硫磷分配比的影响,进而通过渣-金反应平衡实验测定了脱硫和脱磷实验后钢样的终点硫含量和磷含量,并通过X射线衍射(XRD)测定了含硼熔渣的矿相成分,最后用金相显微镜和扫描电镜观察了初始钢样和脱硫后钢样中非金属夹杂物的数量、尺寸、形貌和成分。 模型研究结果表明:模型计算所得的渣钢间硫磷分配比与文献中的实测结果基本一致。从热力学角度分析,渣钢间硫分配比随B2O3和FeO含量的增加而降低,随炉渣碱度的增加而提高,并且当碱度超过2.0时,硫分配比随碱度的增加呈线性增大,CaF2含量对渣钢间硫分配比的影响很小;而渣钢间磷分配比随B2O3和CaF2含量的增加而减小,随FeO含量和碱度的增加先增大后减小。 实验研究结果表明:对于CaO-SiO2-Fe2O3渣系,硼泥含量在3%9%时,其助熔效果比CaF2好,并且在其含量为7%时,熔渣的熔点最低为1442oC;B2O3是三种助熔剂中助熔效果最好的,当其含量超过5%时,熔渣的熔点低于1350oC;Fe2O3也有较好的助熔效果。 熔渣的脱硫能力和脱磷能力都随着硼泥、CaF2或B2O3含量的增加先提高后降低。对于CaO-SiO2-Fe2O3渣系,用硼泥作助熔剂时,钢样的终点硫含量变化很小,熔渣的脱硫率保持在70%以上;硼泥含量在5%9%时,熔渣的脱磷能力和用CaF2作助熔剂非常接近,钢样的终点磷含量最低可降至0.01%以下;用B2O3作助熔剂时,熔渣的脱硫能力和脱磷能力明显强于用CaF2作助熔剂,B2O3含量为9%时,钢样的终点硫含量最低为0.0034%。对于CaO-SiO2-Fe2O3-B2O3渣系,用硼泥作助熔剂,其含量不超过6%时,熔渣的脱硫能力要优于用 作助熔剂,钢样的终点硫含量最低可降至0.018%;硼泥含量对熔渣的脱磷能力影响很小,熔渣的脱磷率稳定在30%左右。对于CaO-SiO2-Al2O3渣系,用硼泥作助熔剂,其含量为3%时,钢样的终点硫含量最小为0.017%;硼泥对熔渣的脱磷能力影响很小,熔渣的脱磷率稳定在42%左右;用B2O3作助熔剂时,熔渣的脱硫磷能力明显强于用CaF2作助熔剂。 用B2O3作助熔剂时,渣中会有CaO·B2O3 和 2CaO·B2O3硼酸盐类化合物形成;用硼泥作助熔剂时,渣中除了会形成CaO·B2O3,还会形成各种低熔点的黄长石,对熔渣起到助熔的作用。 加入硼泥和B2O3作助熔剂后,夹杂物的数量和尺寸都被降低,尺寸大于20m的大型夹杂被消除;此外,硫化物夹杂基本被消除,并且没有引入新的硼酸盐类夹杂,非金属夹杂的数量和成分得到了有效控制。