B_2O_3对帘线钢高碱度LF精炼渣助熔作用_李小明.pdf

第5 8卷 第7期 2 0 2 3年7月钢 铁I r o na n dS t e e lV o l.5 8,N o.7,p 8 0-8 8 J u l y2 0 2 3 D O I:1 0.1 3 2 2 8/j.b o y u a n.i s s n 0 4 4 9-7 4 9 x.2 0 2 3 0 0 4 2B2O3对帘线钢高碱度L F精炼渣助熔作用李小明,谢昊峰,邢相栋,马雨溦,张欣华(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西 西安7 1 0 0 5 5)摘 要:针对帘线钢高碱度L F精炼渣中添加萤石助熔易导致氟污染及设备腐蚀等问题,采用B2O3替代C a F2作为C a O-S i O2-M g O-A l2O3精炼渣系的助熔剂。基于某钢厂帘线钢现行精炼渣组分,设计B2O3质量分数为01 0.0%的5组试验渣系,进行熔点熔速及黏度试验,以考察B2O3质量分数对高碱度无氟精炼渣熔化特征温度、黏度及黏流活化能的影响。利用F a c t S a g e软件模拟计算渣系高温平衡物相转变过程,并对试验渣系进行X射线衍射以及傅里叶红外光谱分析,以研究含硼无氟精炼渣的高温熔融物相演变规律。结果表明。随着B2O3助熔剂添加量增大,渣系熔化特征温度显著降低,同时B2O3可有效降低渣系黏度及黏流活化能,当其添加量(质量分数)为7.5%1 0.0%时助熔效果最佳。未添加B2O3助熔剂的精炼渣系熔点为14 2 3,精炼温度下的黏度为1.1 1P as;当B2O3添加量(质量分数)达1 0%时,渣系熔点降至12 4 5,精炼温度下的黏度降至0.2 8P as,下降幅度分别为1 2.5 1%和7 4.7 7%。对B2O3助熔机理分析显示,随着B2O3添加量增大,渣系初始结晶相由最初的C a3A l2O6、C a3M g A l4O1 0转变为硼硅酸盐和硅酸盐结构,体系聚合度升高,同时由于渣中B O3-简单平面三角结构单元的存在,降低了熔融渣流动过程中的黏滞阻力,渣系流动性得到改善。关键词:B2O3助熔剂;C a O基精炼渣;黏度;熔化特征温度;熔渣结构文献标志码:A 文章编号:0 4 4 9-7 4 9 X(2 0 2 3)0 7-0 0 8 0-0 9M e l t i n ge f f e c t o fB2O3o nh i g ha l k a l i n i t yL Fr e f i n i n gs l a go f c o r ds t e e lL IX i a o m i n g,X I EH a o f e n g,X I NGX i a n g d o n g,MAY u w e i,Z HANGX i n h u a(S c h o o l o fM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g,X ia nU n i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y,X ia n7 1 0 0 5 5,S h a a n x i,C h i n a)基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 2 0 7 4 2 0 7)作者简介:李小明(1 9 7 4),男,博士,教授;E-m a i l:x m l i 8 81 2 6.c o m;收稿日期:2 0 2 3-0 2-0 2通信作者:邢相栋(1 9 8 3),男,博士,教授;E-m a i l:x a x x d x a u a t.e d u.c nA b s t r a c t:T oa d d r e s s t h ep r o b l e m s o f f l u o r i n e c o n t a m i n a t i o na n de q u i p m e n t c o r r o s i o nc a u s e db y t h e a d d i t i o no f f l u o r-s p a r f l u xt oh i g ha l k a l i n i t yr e f i n i n gs l a gf o rc o r ds t e e l,B2O3w a su s e da saf l u xf o rC a O-S i O2-M g O-A l2O3r e f i n i n gs l a gs y s t e mi n s t e a do fC a F2.B a s e do nt h ec u r r e n t r e f i n i n gs l a gc o m p o n e n t so f c o r ds t e e l i nas t e e lm i l l,f i v eg r o u p so f e x p e r i m e n t a l s l a gs y s t e m sw i t hB2O3m a s sp e r c e n t r a n g i n g f r o m0t o1 0%w e r ed e s i g n e dt oc o n d u c tm e l t i n gp o i n tm e l t i n gs p e e da sw e l l a sv i s c o s i t y t e s t s t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o fB2O3c o n t e n t o n t h em e l t i n gc h a r a c t e r i s t i c t e m p e r-a t u r e,v i s c o s i t ya n dv i s c o u sf l o wa c t i v a t i o ne n e r g yo fh i g ha l k a l i n i t yf l u o r i n e-f r e er e f i n i n gs l a g.T h ee q u i l i b r i u mp h a s e t r a n s i t i o np r o c e s so f t h e s l a gs y s t e mw a s s i m u l a t e du s i n gF a c t S a g e s o f t w a r e,a n d t h e e x p e r i m e n t a l s l a gs y s t e mw a sa n a l y z e db yX-r a yd i f f r a c t i o na n dF o u r i e ri n f r a r e ds p e c t r o s c o p yt os t u d yt h em o l t e ns l a gp h a s et or e v e a l t h ep h a s ee v o l u t i o no f t h eb o r o n-c o n t a i n i n gf l u o r i n e-f r e er e f i n i n gs l a gs y s t e m.T h er e s u l t ss h o wt h a t:w i t ht h e i n c r e a s eo fB2O3a d d i t i o n,t h em e l t i n gt e m p e r a t u r ea n dv i s c o s i t yo f t h e s l a gs y s t e ms i g n i f i c a n t l yr e d u c e d,w h i l eB2O3c a ne f-f e c t i v e l yr e d u c et h ev i s c o s i t ya n dv i s c o u s f l o wa c t i v a t i o ne n e r g yo f t h es l a gs y s t e m,t h eb e s t f l u xe f f e c tw i l lb eo b-t a i n e dw h e nB2O3i sa d d e da t 7.5%-1 0.0%.T h er e f i n i n gs l a gm e l t i n gp o i n tw i t h o u tB2O3f l u xi s14 2 3 a n dt h ev i s c o s i t ya t r e f i n i n gt e m p e r a t u r e i s 1.1 1P as,w h e n t h eB2O3f l u x i s a d d e dt o1 0%,t h e s l a gm e l t i n gp o i n t d e c r e a-s e s t o12 4 5a n dt h ev i s c o s i t ya t r e f i n i n gt e m p e r a t u r ed e c r e a s e s t o0.2 8P as,t h ed e c r e a s e sr e a c h1 2.5 1%a n d7 4.7 7%r e s p e c t i v e l y.T h es t u d yo nt h em e c h a n i s mo fB2O3f l u xs h o w s t h a tw i t ht h e i n c r e a s eo fB2O3a d d i t i o n,t h ei n i t i a l c r y s t a l l i n ep h a s eo f t h es l a gs y s t e mc h a n g e s f r o mt h e i n i t i a lC a3A l2O6,C a3M g A l4O1 0t ob o r o s i l i c a t ea n ds i l i-c a t es t r u c t u r e s,a n d t h ep o l y m e r i z a t i o no f t h e s y s t e mi n c r e a s e s,w h i l e t h e f l u i d i t yo f t h e s l a gs y s t e mi s i m p r o v e dd u et ot h ep r e s e n c eo fB O3-s i m p l ep l a n a r s t r u c t u r a l u n i t s i nt h es l a g.第7期李小明,等:B2O3对帘线钢高碱度L F精炼渣助熔作用K e yw o r d s:B2O3f l u x;C a O-b a s e dr e f i n i n gs l a g;v i s c o s i t y;m e l t i n gc h a r a c t e r i s t i c t e m p e r a t u r e;s l a gs t r u c t u r e 帘线钢作为一种高质量线材产品,能显著提高橡胶制品的强度和弹性,广泛应用于汽车轮胎、传送带等工业领域1-4。帘线钢在加工过程中,会经过拉拔、扭转、拉伸等一系列变形,在服役状态下还需要承受各种突发应力,这对其洁净度提出了严格要求5-7。为实现帘线钢洁净度控制,常在L F精炼过程中配制合成渣进行钢液深脱硫、脱氧、夹杂物塑性化8-1 2,因此,选择具有良好冶金性能的精炼渣是生产高洁净度帘线钢的关键环节。高碱度C a O-S i O2-M g O-A l2O3渣系是帘线钢L F精炼中常用渣系之一,为保证渣系具有良好的熔化特性,通常需加入大量萤石做助熔剂,但这会加剧耐火材料侵蚀,同时产生环境污染1 3-1 5。寻找一种环保助熔剂以增加高碱度渣系流动性对保持L F炉平稳运行非常重要。近年来,B2O3作为一种新型冶金渣助熔剂受到了专家学者的广泛关注1 6-2 0,且已应用于连铸保护渣和含钛高炉渣中2 1-2 7。有学者通过黏度试验探究了B2O3对含钛低镁高炉渣系黏度、熔化性温度和活化能的影响,B2O3加入后使得含钛低镁渣液相区范围扩大,流动性改善。同时有研究表明,在添加B2O3的连铸保护渣中,B2O3可使得渣系由架状结构转变为层状结构,使得熔渣结构变得松弛,黏度降低。B2O3在改善炉渣流动性方面具有很大潜力,有关B2O3对帘线钢高碱度精炼渣熔点和黏度影响的研究仍然较少。本研究基于帘线钢现行精炼渣组分,设计一系列含B2O3精炼渣,测量其熔化特征温度及黏度,探索B2O3助熔剂添加量与助熔能力的关系,旨在得到合理的助熔剂添加量。同时系统研究B2O3助熔剂对高碱度精炼渣系微观结构的影响,以揭示其助熔机理,为含硼无氟L F精炼渣的使用提供理论指导。1 试验方案1.1 预熔渣配置为探索单一变量的影响,基于帘线钢精炼现场渣中主要氧化物成分,设计了不同B2O3质量分数的精炼渣,见表1,精炼渣碱度R为2.5。渣样均采用分析纯化学试剂配制,试验前先用箱式电阻炉将配制的精炼渣加热到15 0 0 进行预熔,然后对空冷的预熔渣进行破碎后待用。表1 精炼渣化学成分(质量分数)T a b l e1 R e f i n i n g s l a gc h e m i c a l c o m p o s i t i o nt a b l e%序号C a OS i O2M g OA l2O3B2O316 0.7 12 4.2 97.57.5025 8.9 32 3.5 77.57.52.535 7.1 42 2.8 67.57.55.045 5.3 62 2.1 47.57.57.555 3.5 72 1.4 37.57.51 0.01.2 试验方法及设备熔点熔速测定在R D S-0 4全自动炉渣熔点熔速测定仪上进行,试验装置示意如图1所示。以无水乙醇作黏结剂,将自配渣样放入压样器中制备成2mm3mm的待测渣柱。先对试验设备进行预热处 理 到 达2 0 0,再 将 待 测 渣 柱 放 入 炉 中 以1 5/m i n的可控速率加热,炉温达到约8 0 0 时,拍摄照片作为样品原本高度,并设定相机拍照周期为3s,记录渣柱熔化过程。定义软化温度(Ts)、半球温度(Th)、流动性温度(Tf)分别为渣柱高度为原始渣柱高度的3/4、1/2、1/4时对应的温度。采用R TW-0 8熔体物性测定仪以旋转柱体法测定黏度,试验装置如图2所示。炉膛控温热电偶图1 高温熔点熔速测定仪示意F i g.1 D i a g r a mo fm e l t i n gp o i n t a n dm e l t i n g s p e e dt e s t e r为双铂铑热电偶,测温位置在石墨坩埚的底部。黏度测定时,钼质测头的旋转速度为2 0 0r/m i n。试验过程先将渣温升到16 0 0,再进行降温测定黏度-温度(-T)曲线。18钢 铁第5 8卷图2 黏度试验装置示意F i g.2 D i a g r a mo f v i s c o s i t ye x p e r i m e n t a l s e t u p试验时以氩气作为保护气,升温至16 0 0 使样品渣完全熔化后继续保温1h,以确保渣样熔化均匀,温度稳定。试验时将旋转轴居中降至距离坩埚底部1 0mm处,设定温控程序为以3/m i n的速率进行冷却,并定期进行黏度测量。为研究熔渣的结构演变规律,将5组样品预熔并淬火,以保持样品结构与熔融态基本相同。将样品破碎并过0.0 7 4mm(2 0 0目)筛后,对其进行X射线衍 射 分 析(设 备 型 号 为D 8 A D VAN C E A 2 5,B r u k e rA X S,G e r m a n y),以探究熔渣物相组成。对淬火样品进行F T-I R红外光谱分析(设备型号为T h e r m oF i s h e r,N i c o l e t i S 5),以探究B2O3对熔渣微观结构的影响。2 结果与讨论2.1 熔化特性精炼渣的熔点是指熔渣在升温过程中由固态转变为液态的温度,可利用半球温度(Th)表征,理想精炼渣的熔点应该低于钢铁熔化温度。熔速是指精炼渣从开始熔化到完全熔化所用的时间,熔速越快越利于快速化渣,在生产中能有效缩短精炼时间,并提高精炼效率。试验渣系的熔化特征温度及熔速测定如图3所示。随着B2O3的 添 加,熔 点 由14 2 5 降 低 至12 4 9,熔速由3 4 2s降至1 4 0s。这是由于B2O3与渣中C a O、S i O2等多种氧化物形成低熔化温度共晶物,如M g OB2O3、C a OB2O3等;同时,B2O3的熔化温度也较低,约为4 5 0,故B2O3的添加会使得渣系熔化温度降低。综上可知,添加B2O3可以显著提升试验渣系熔化性能。图3 精炼渣熔化特征温度F i g.3 R e f i n i n g s l a gm e l t i n gc h a r a c t e r i s t i c t e m p e r a t u r e试验渣的熔速随着B2O3质量分数增大而呈现较明显的减小趋势,变化规律与熔点类似,即熔点越高的精炼渣熔化越慢,完全熔化所需时间更长。另外,B2O3可有效降低渣系的黏度1 6,为精炼渣的熔化提供了更好的动力学条件,使得熔速加快。相关研究表明,精炼渣的熔化温度为14 0 0 以下时,其熔化效果良好2 8。图4所示为14 0 0 下C a O-S i O2-A l2O3-7.5%M g O-(01 0%)B2O3渣系的液相线。其中顶点成分分别为C a O、A l2O3和S i O2,M g O质量分数固定为7.5%,沿着图中箭头方向5组等温线B2O3质量分数依次为0、2.5%、5.0%、7.5%和1 0.0%。图4 C a O-S i O2-M g O-A l2O3-B2O3渣系14 0 0液相线F i g.4 C a O-S i O2-M g O-A l2O3-B2O3s l a gs y s t e m14 0 0i s o t h e r m相较于低碱度渣系,高碱度渣系液相线温度更高,且随着炉渣中B2O3质量分数增加,炉渣14 0 028第7期李小明,等:B2O3对帘线钢高碱度L F精炼渣助熔作用液相区逐渐扩大。该结果表明了B2O3可有效增大C a O-S i O2-M g O-A l2O3渣系低熔点区面积,从而提升精炼渣系的熔化性能。2.2 黏流特性黏度影响着钢渣之间的传质,是影响精炼效果的一个重要因素,过低或过高都会恶化精炼效果。黏度越高,钢渣间的传质与传热速度会越慢,精炼渣无法与钢液充分接触,恶化钢渣反应的动力学与热力学条件。黏度过低,渣系会对炉衬产生一定的侵蚀,降低熔渣捕捉钢中夹杂物的能力,减小钢渣反应面积。根据文献及以往生产经验表明,帘线钢L F精炼渣黏度为0.2 50.6 0P as时有较好的流动性,适用于L F精炼2 9,故本文以控制渣系黏度为0.2 50.6 0P as作为目标对渣系进行优化。试验渣样的黏温曲线如图5所示。当渣系中不含B2O3时,精 炼 渣 流 动 性 能 较 差,在 精 炼 温 度(15 5 0)下的黏度为1.1 1P as。添加B2O3助熔剂后,精炼渣黏度逐渐降低。当B2O3添加量(质量分数)为1 0%时,15 5 0下的黏度降低至0.2 8P as,下降幅度达7 4.7 7%,流动性得到明显改善。(a)黏度-温度曲线;(b)精炼温度下黏度-温度曲线图5 黏度-温度曲线F i g.5 V i s c o s i t y-t e m p e r a t u r ec u r v e 在15 5 0 下,当B2O3添加量(质量分数)为7.5%和1 0.0%时,渣系黏度分别为0.4 4P as和0.2 8P as,处于帘线钢精炼渣常用的黏度区间。同时,当熔渣温度高于熔化性温度以后,上述2个渣系黏度数值稳定,可保证在高温精炼时有较低且稳定的黏度值;渣系具有较好的渣金反应动力学条件,有助于促进精炼反应的充分进行。熔化性温度即炉渣熔化之后能够自由流动的最低温度,可用炉渣黏温曲线上的4 5 切线的切点温度得到3 0-3 1。图6所示为5组渣系的熔化性温度。随着B2O3质量分数的增加,其熔化性温度呈下降趋势,当B2O3质量分数为1 0%时,渣系熔化性温度为12 5 4,比原始渣系降低了1 2.6 1%。黏流活化能(E)是反映熔体剪切应力阻力的一个参数,可以用来表征渣液流动过程中的摩擦阻力,同时黏流活化能的改变表明炉渣结构可能发生改变。E可以用熔融态的黏度的自然对数(l n)和温度的倒数(1/T)根据阿伦尼乌斯公式求得,见式(1)。=0e x pER T(1)图6 精炼渣熔化性温度F i g.6 R e f i n i n gs l a gm e l t i n g t e m p e r a t u r e式中:为熔体黏度,P as;0为常数;E为流体的活化能,k J/m o l;R为气体常数,取8.3 1 4J/(m o lK);T为热力学温度,K。将式(1)化简后可得l n=l n0+ER1T(2)取5组样品熔化性温度以上的黏度数据,绘制黏流活化能拟合曲线,结果如图7所示。渣系的黏38钢 铁第5 8卷流活化能(E)可由拟合曲线斜率获得。拟合黏流活化能方程见表2。图7 渣系黏流活化能拟合曲线F i g.7 S l a g s y s t e mv i s c o u s f l o wa c t i v a t i o ne n e r g y f i t t i n gc u r v e由表2可以看出,随着B2O3质量分数由0增加到1 0.0%,渣样的黏流活化能由2 6 8.3 8k J/m o l降低到1 3 6.6 0k J/m o l。B2O3助熔剂有效降低了黏滞阻力和熔渣的黏度。同时,活化能的变化反映了熔表2 拟合黏流活化能方程T a b l e2 F i t t i n gv i s c o u s f l o wa c t i v a t i o ne n e r g ye q u a t i o n序号拟合方程R2E/(k Jm o l-1)1y=3 2.2 8x-2 3.0 00.9 9 302 6 8.3 82y=2 8.2 0 x-1 8.8 90.9 5 032 3 4.4 53y=2 7.2 5x-1 6.1 90.9 7 942 2 6.5 64y=1 8.8 8x-1 6.4 20.9 8 791 5 6.9 75y=1 6.4 3x-1 8.7 50.9 6 711 3 6.6 0渣流动单元的转变,意味着B2O3的添加引起了渣系结构单元组成变化,或出现新的结构单元。为探索B2O3的助熔机理,需进一步分析熔渣高温熔融物相结构。2.3 熔渣结构研究熔渣的物相演变规律对黏度变化具有重要指导意义。为此,针对各成分渣系的平衡物相进行了研究。图8所示为F a c t S a g e热力学软件计算所得不同B2O3质量分数的渣系在10 0 016 0 0的平衡相组成。(a)w(B2O3)=0;(b)w(B2O3)=2.5%;(c)w(B2O3)=5.0%;(d)w(B2O3)=7.5%;(e)w(B2O3)=1 0.0%图8 C a O-S i O2-A l2O3-M g O-B2O3平衡相分数F i g.8 C a O-S i O2-A l2O3-M g O-B2O3e q u i l i b r i u mp h a s e f r a c t i o n 未 添 加B2O3时,渣 系 的 主 相 为 硅 酸 二 钙(C a2S i O4),当渣系内B2O3质量分数增至2.5%和5.0%时,分别出现硼硅酸钙(C a1 1B2S i4O2 2)及辉石(M e r w i n i t e)相区。当B2O3质量分数继续增加至1 0%时,C a O(M o n o x i d e)消失,主相变为硼硅酸钙相区。对比不同B2O3质量分数的平衡相分数图可知,随着B2O3质量分数增加,液相开始出现的温度降低且液相区比例显著增大。B2O3质量分数大于48第7期李小明,等:B2O3对帘线钢高碱度L F精炼渣助熔作用5%时主相为硼硅酸钙,随着B2O3的加入,引起的相变使得炉渣高温结晶物相发生改变。在15 5 0下,当B2O3质量分数为7.5%、1 0.0%时,液相比例分别达到6 3.8 3%和9 0.2 2%,相较于不含硼渣系增大了7 8.5%和1 5 2.2 9%,渣系熔化性得到显著改善。将5组样品预熔并进行淬火处理,保持样品结构与熔融态基本相同。对其进行X射线衍射(X R D)分析,结果如图9所示。不添加B2O3时渣系的主要相为C a2S i O4、C a M g S i O4和C a5A l6O1 4。当B2O3质量分数为2.5%时,渣系新增C a1 1B2S i4O2 2和C a B2S i2O8等物相。当B2O3质量分数增加至7.5%时,渣系新增C a B2O6物相。当B2O3质量分数增加至1 0.0%时,熔渣仅存在硅酸钙物相的特征峰,少有晶态析出。X R D检 测 结 果 与F a c t S a g e计 算 结 果 基 本相符。图9 淬火渣样X R DF i g.9 X R Do fq u e n c h e ds l a g s a m p l e一般来说,熔渣黏度的降低可能与黏流活化能的减小或结构聚合度的进一步降低有关3 2-3 3。为研究B2O3的添加对结构的影响,对15 0 0淬火含硼渣样进行F T-I R分析。F T-I R光谱显示了与共价键有关的分子振动和旋转的重要信息,结果如图1 0所示,吸收带分配见表3。样品在8 0 011 0 0c m-1与11 0 016 0 0c m-1附近均存在B O3-、B O4-及S i O4-的拉伸振动。随 着B2O3质 量 分 数 的 逐 渐 增 加,渣 系 中B O3-结 构 单 元 有 增 强 趋 势,而 S i O4-与B O4-振动减弱。在7 0 07 5 0c m-1处B O3-三面体 弯 曲 振 动 波 谷 增 强。这 说 明B3+主 要 以B O3-基团的形式存在于熔渣体系中,同时熔渣体系中的碱性金属氧化物提供了大量的游离氧离子形成B O2O-三 面键,这与前人的研究一致3 4-3 5。图1 0 淬火渣样F T I R谱图F i g.1 0 F T I Rs p e c t r u mo fq u e n c h e ds l a g s a m p l e表3 结构单元红外分配T a b l e3 S t r u c t u r eu n i t I Ra l l o c a t i o nt a b l e波数/c m-1分配4 0 06 0 0TOT键弯曲振动(T表示S i、C a等元素)6 0 08 0 0BOB键弯曲振动约7 6 0五硼酸盐BOB键弯曲振动8 0 012 0 0S i O4-、B O4-四面体拉伸振动约9 0 0B O4-四面体单元中BO键12 0 016 0 0B O3-三面体拉伸振动约12 5 0三、四、五硼酸盐及硼氧环中BO键的拉伸振动约13 5 0硼氧环中B O3-三面体和B O2O-三面体的拉伸振动6 0 08 0 0c m-1的范围内BOB键弯曲振动较明显,这是由于B2O3质量分数的增加导致渣中出现了更复杂的硼酸盐结构。熔渣结构如图1 1所示,由于渣系中含有大量的碱性氧化物(C a O、M g O),它们会释放游离氧离子作为熔渣中的网络改性剂,使得原本的硅酸盐网络结构解聚为链状。渣系中B2O3以B O3-三面体结构单元存在,碱性氧化物(MO)与游离氧结合的部分B O3-三面体单元会形成不对称的B O2O-三面体结构(含非桥氧),如图1 2所示。由红外光谱分析可知,随着B2O3的加入,B O3-和B O2O-中BO键振动更加显著。熔渣 结 构 的 演 变 机 理 如 图1 3所 示,链 状S iOS i结构与B O2O-、B O3-平面三角结构单元会发生反应,形成环状结构。在这个过程中,存在于链状结构中的S iOS i键被打破,成为流动性更 强 的BOB及S iOB环 状 结 构。含 有58钢 铁第5 8卷图1 1 渣系硅酸盐网状结构解聚F i g.1 1 S l a g s i l i c a t e r e t i c u l a t i o np o l y m o r p h i s m图1 2 渣中B2O3断键F i g.1 2 B o n db r e a k i n go fB2O3i ns l a g图1 3 熔渣结构演变机理F i g.1 3 S l a gr e a c t i o nm e c h a n i s mB O2O-和B O3-三面体单元的链比没有添加B2O3的 链 更 加 复 杂,从 而 增 加 了 熔 融 炉 渣 的 聚合度。B O2O-平面三角形结构单元由2个桥氧和1个非桥氧连接B原子构成,渣中BO键主要连接方式为平面三角形,尽管加入B2O3使体系聚合度上升,但B O3平面三角结构单元的存在很大程度还是降低了流动过程中的黏滞阻力,使得B2O3作为酸性氧化物使炉渣聚合度增大的影响要弱于B O3简单平面结构降低黏度的影响,从而使炉渣的黏度降低。3 结论1)B2O3对C a O-S i O2-M g O-A l2O3精炼渣系助68第7期李小明,等:B2O3对帘线钢高碱度L F精炼渣助熔作用熔作用明显,可以显著降低高碱度(R=2.5)精炼渣系的熔化特征温度。F a c t S a g e计算结果表明B2O3利于渣系液相区范围扩大,改善炉渣流动性。未添加B2O3助熔剂的精炼渣系熔点为14 2 3,配加质量分数1 0%B2O3助熔剂渣系熔点降低至12 4 5。2)B2O3可有效降低渣系黏度及黏流活化能,添加质量分数7.5%1 0.0%B2O3时助熔效果最佳。未添加B2O3助熔剂的精炼渣系,在精炼温度下的黏度为1.1 1P as。当添加量为1 0%时,精炼渣系在15 5 0下的黏度降至0.2 8P as,下降幅度达到7 4.7 7%,且其高温熔化性稳定,在15 0 0 16 0 0温度范围内渣系黏度控制为0.2 50.6 0P as,是精炼渣理想的黏度区间内,具有良好的流动性和发泡能力。3)随着B2O3添加量的增大,C a O-S i O2-A l2O3-M g O渣系 高 温 下 的 平 衡 物 相 结 构 由 最 初 复 杂 的C a3M g A l4O1 0、C a M g S i O4、C a B2S i2O8等转变为单一的硼硅酸盐和硅酸盐结构。B2O3作为典型的酸性氧化物增大了体系聚合度,但由于渣中B O3-简单平面结构单元的存在,使炉渣黏度显著降低,流动性改善。参考文献:1 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i o n si nt i r ec o r ds t e e lJ.