含硼泥渣的脱硫磷能力及对钢中夹杂物的影响研究

摘要

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1442℃;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1350℃;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CaF2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20μm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。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 选题的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 B2O3作助熔剂的研究

1．2．2 废弃硼泥作助熔剂的研究

1．3 冶金炉渣的概述

1．3．1 炉渣的种类

1．3．2 炉渣的作用

1．4 熔渣的结构理论

1．4．1 分子结构理论

1．4．2 离子结构理论

1．4．3 分子-离子共存理论

1．5 合成渣脱硫

1．5．1 硫对钢性能的影响

1．5．2 炉渣脱硫机理

1．5．3 常用的脱硫渣系

1．6 合成渣脱磷

1．6．1 磷对钢性能的影响

1．6．2 钢液脱磷机理

1．6．3 常用的脱磷渣系

1．7 钢中非金属夹杂物

1．7．1 夹杂物的分类

1．7．2 夹杂物的特点

1．8 课题研究的内容及目的

第二章 研究方案及方法

2．1 脱硫和脱磷热力学模型的研究

2．1．1 模型的选用和建立依据

2．1．2 模型的计算方法

2．1．3 模型的研究方法

2．2 硼泥化学成分的研究

2．2．1 实验设备与材料

2．2．2 实验方法

2．3 合成渣熔点的实验研究

2．3．1 实验方案

2．3．2 实验设备

2．3．3 实验材料

2．3．4 实验方法

2．4 脱硫和脱磷实验研究

2．4．1 实验方案

2．4．2 实验设备

2．4．3 实验材料

2．4．4 实验方法

2．5 熔渣矿相成分研究

2．5．1 实验方案

2．5．2 实验设备

2．5．3 实验材料

2．5．4 实验方法

2．6 钢中非金属夹杂研究

2．6．1 实验方案

2．6．2 实验设备

2．6．3 实验材料

2．6．4 实验方法

第三章 多元渣系脱硫热力学模型研究

3．1 硫分配模型的建立

3．1．1 炉渣中结构单元

3．1．2 渣中各结构单元间的平衡关系

3．2 模型的求解

3．3 模型的验证

3．4 计算结果分析与讨论

3．4．1 B2O3含量对渣钢间硫分配比的影响

3．4．2 CaF2含量对渣钢间硫分配比的影响

3．4．3 FeO含量对渣钢间硫分配比的影响

3．4．4 碱度对渣钢问硫分配比的影响

3．4．5 B2O3替换等量的CaF2对渣钢间硫分配比的影响

3．5 本章小结

第四章 多元渣系脱磷热力学模型研究

4．1 磷分配比模型的建立

4．1．1 炉渣中结构单元

4．1．2 渣中各结构单元间的平衡关系

4．2 模型的求解

4．3 模型的验证

4．4 计算结果分析与讨论

4．4．1 B2O3和CaF2含量对渣钢间磷分配比的影响

4．4．2 FeO含量对渣钢间磷分配比的影响

4．4．3 碱度对渣钢间磷分配比的影响

4．4．4 B2O3替换等量的CaF2时对磷分配比的影响

4．5 本章小结

第5章 合成渣脱硫和脱磷实验研究结果与讨论

5．1 硼泥、B2O3及CaF2添加量对CaO-SiO2-Fe2O3性能的影响

5．1．1 B2O3，CaF2和硼泥添加量对熔点的影响

5．1．2 Fe2O3添加量对熔点的影响

5．1．3 硼泥、B2O3和CaF2添加量对熔渣脱硫能力的影响

5．1．4 硼泥、B2O3和CaF2添加量对熔渣脱磷能力的影响

5．2 硼泥及CaF2添加量对CaO-SiO2-Fe2O3-B2O3渣系性能的影响

5．2．1 硼泥及CaF2添加量对熔渣脱硫能力的影响

5．2．2 硼泥及CaF2添加量对熔渣脱磷能力的影响

5．3 硼泥、B2O3及CaF2添加量对CaO-SiO2-Al2O3性能的影响

5．3．1 硼泥、B2O3及CaF2添加量对熔渣脱硫能力的影响

5．3．2 硼泥、B2O3及CaF2添加量对熔渣脱磷能力的影响

5．4 硼泥和B2O3对熔渣矿相成分的影响分析

5．4．1 硼泥对熔渣矿相成分的影响

5．4．2 B2O3对熔渣矿相成分的影响

5．5 本章小结

第6章 硼泥对钢中非金属夹杂物的影响分析

6．1 硼泥对夹杂物数量和尺寸的影响

6．2 硼泥对夹杂物形貌及成分的影响

6．2．1 初始钢中夹杂物的形貌和成分

6．2．2 脱硫后钢中夹杂物的形貌和成分

6．3 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果