熔渣作为高温冶金过程中非常重要的反应介质,其岩相组成、结构及冶金性能对冶炼的顺利进行具有决定性作用。传统炼钢工艺中,常加入萤石类氟化物作为造渣助熔剂,改善炉渣的熔化性能,但是氟化物的加入,不仅侵蚀炉衬和设备,而且氟的挥发和酸化又会污染环境、危害操作人员健康,因此,在大力提倡绿色冶金的时代,新型无氟助熔剂的开发受到了冶金工作者的广泛关注。已有研究证实B2O3作助熔剂对石灰基渣系有较好的助熔效果,但其价格较高,而硼泥中含有B2O3、Fe2O3等有效助熔成分,且硼泥是废弃物,有待开发再利用。本文针对含硼泥无氟渣系的结构及其熔化性能进行了实验研究和理论分析。首先利用非桥氧与四配位离子的比值NBO/T和结构参数Q分析了渣系碱度及B2O3、硼泥含量对炉渣结构的影响;然后通过XRD、Raman光谱和矿相显微分析等方法对含硼泥渣系的物相组成、形貌及渣系微结构进行了研究;通过半球点法和旋转柱体法测定并对比了硼泥和CaF2对CaO基渣系熔点和黏度的影响,进而评估硼泥作助熔剂在转炉炼钢造渣领域的应用前景。主要结论包括:(1)CaO-SiO2-B2O3(R=3.0)渣系的结构参数Q随着B2O3含量的增加而升高,当B2O3含量从5%增加到15%时,Q值从1.65大幅升高到2.51,表明B2O3在该实验渣系中扮演着网络形成体的作用。而对于CaO-SiO2-硼泥渣系,当硼泥含量从5%增加到40%,实验渣系的Q值仅从0.88缓慢增加到1.55,变化较小。另外,随着碱度的增加,实验渣系的结构参数Q以近似直线的趋势迅速降低。(2)XRD分析结果表明:CaO-SiO2-B2O3-硼泥(R=3.0)渣系的主要物相为钙镁硅酸盐与硅酸钙相,另外还形成了少量的CaO·B2O3相。拉曼光谱分析结果显示:随着硼泥含量和渣系碱度的增加,渣系中复杂的硅酸盐网络逐渐减体,渣系的结构趋于简单。熔渣矿相形貌分析结果显示:CaO-SiO2-B2O3-硼泥渣系的主要物相包括呈连续分布的3CaO·SiO2相、长条状的钙镁硅石3CaO·MgO·SiO2、圆粒状的2CaO·SiO2和CaO·B2O3相,另外渣系中还存在着未被熔解的自由CaO,且随着硼泥含量的增加,渣系中的硅酸钙相所占的比例降低,而钙镁硅石所占比例则逐渐增加。另外,含硼泥渣系中各类物相分布均匀,表明渣样均质性好,熔化充分。(3)CaO-SiO2-B2O3(R=3.0)渣系的熔点随B2O3含量的增加迅速降低,且B2O3含量越多,其下降速度越快;对于CaO-SiO2-B2O3-硼泥(CaF2)(R=3.0)渣系,随着硼泥含量从1%增加到11%,渣系熔点从1480℃下降到1341℃,而相同条件下含CaF2渣系的熔点的变化区间为1465℃~1289℃。(4)随着助熔剂硼泥和CaF2含量的增加,CaO-SiO2-B2O3-硼泥(CaF2)渣系的黏度明显降低;而对于CaO-SiO2-Fe2O3-B2O3-硼泥(CaF2)渣系,其黏度随硼泥含量的增加先降低后升高,随CaF2含量的增加逐渐降低。总体来看,当引入硼泥作助熔剂后,CaO基渣系中会形成低熔点的硼酸钙相和钙镁硅酸盐相,有利于实现快速化渣,且随着硼泥含量的增加,渣系中复杂的硅酸盐网络逐渐解体,渣系的结构趋于简单;另外,经测定,适量的硼泥(5~9%)对于CaO基炼钢渣系的助熔效果良好,与含CaF2渣系接近。因此,从化渣的角度可考虑用硼泥取代CaF2作炼钢造渣助熔剂。