耐火捣打料中为什么要用硼酸？

不同的耐火材料适用于冶炼不同的金属或合金。目前，中频感应炉广泛应用于冶金、铸造行业，感应炉使用过程中，炉料撞击、摩擦，电磁搅拌会加剧炉衬的侵蚀影响，其造成使用寿命降低的因素有：(1)作业条件；(2)筑炉和烘炉工艺；(3)耐火原料的合理性。

石英砂耐火捣打料，因其性价比高并具有良好的热震稳定性、机械强度及抗酸性渣侵蚀性能，广泛应用于熔化铸铁及铸铁合金的生产中。但是石英矿种类较多，其杂质含量和结晶度等重 要性能指标各不相同，导致石英质耐火材料在中频炉上的使用寿命相差较大。从理论上讲，杂质含量低、结晶度大的石英具有较高的机械强度和优良的热震稳定性，特别适合作为大容量中频炉的炉衬材料，但这种石英的烧结性能较差，又会影响炉衬的使用寿命。

以优质大晶粒石英砂为主要原料，辅以结合剂和促烧剂制作石英质捣打料，在制作过程中需要添加重要的结合剂，硼酸作为促烧结结合剂，在炉衬烧结过程中硼酸脱水转化为氧化硼，高温时氧化硼即起到高温粘结剂作用，又能促进工作成的烧结。另外石英质捣打料在高温使用过程中，石英会与硼酸B2O3反应生成鳞石英和方石英，氧化硼可以降低石英的合成与烧结温度，而对材料性能不产生明显的危害，所以硼酸是石英质捣打料的重要原料。

我们在做一组实验可知硼酸在石英捣打料中的重要作用，主要原料为石英砂，其临界颗粒为 5mm，不同颗粒级配按最大堆积密度进行，同时添加硼酸作为促烧结剂，然后做成试块在炉内从25℃升至1500℃时，观察石英总失重约为3.0；从25℃升至 1000℃时，石英失重约为2.2，这部分损失主要源自于自由水和结晶水的蒸发；由于自由水的蒸发，在80℃时出现一吸热峰；由于β一石英向α一石英的转变，在580℃时有一吸热峰；由于α一磷石英向α一方石英的转变，在1250℃时出现一较大吸热峰。其他晶型转变的热效应也有，但不是很明显，说明其相变较为容易发生。

捣打料烧结后的线变化率随着促烧剂硼酸含量的增加，1100℃烧结捣打料的变化率总体呈 现增大趋势，1600℃烧结捣打料的线变化率先增大后减小。值得注意的是，1100 C烧结捣打料的线变化率为负值，原因是促烧剂硼酸在此温度下开始形成液相，导致试样收缩；而1600℃烧结捣打料的线变化率为正值，试样膨胀，其原因是石英在高温下存在低温相向高温相的转 变，并伴随着体积膨胀，此相变不可逆，温度降低后体积膨胀仍然存在。

促烧剂硼酸含量对捣打料耐压强度的影响，随着硼酸含量的增加，捣打料耐压强度呈明显增大趋势。由B2O3一SiO2相图可知，加入硼酸后，440℃左右时捣打料中出现液相，从而促进烧结，提高捣打料强度；随着温度的升高，液相量增加，捣打料强度势必增大。但由于石英在高温下存在相变，相变伴随的体积膨胀会部分抵消硼酸的促烧效应，使得硼酸含量对 1600℃烧结捣打料强度的影响程度较小。硼酸主要是提高捣打料的中温烧结强度，而高温烧结时促烧剂能起的作用相对较小，此时主要还是依赖于石英。