爐渣侵蝕是耐火材料在冶煉過程中最常見的一種損壞形式，一方面爐襯的工作面損毀，壽命 降低，影響冶煉的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時導(dǎo)致燒穿漏鋼或其它危險，另一方面爐襯剝落進(jìn)入反應(yīng)體系中，導(dǎo)致冶煉的鐵水或合金中外生夾雜物增多，如果無精煉或其它改善措施，冷卻后鋼 錠質(zhì)量降低。有效控制爐渣對耐火材料的侵蝕，提高耐火材料的壽命，才能保證冶煉的順行，減小耐火材料對冶煉質(zhì)量的影響。
作為耐火材料主要組元的氧化物或非氧化物的首要性質(zhì)，是高溫條件下不能熔化為液態(tài)，即熔點要高。許多學(xué)者對多種爐渣侵蝕耐火材料進(jìn)行了大量研究，包括含CaO，SiO2，A12O3，MgO和 TiO2等各種類型的爐渣，其侵蝕主要是熔渣中的液相通過毛細(xì)作用，滲入耐火材料氣孔中，沿主相晶界侵入，晶界處有許多小孔洞，最終擴(kuò)散到耐火材料的晶界和晶粒內(nèi)部。
而關(guān)于含硼爐渣對耐火材料侵蝕方面的研究較少，含硼熔體的冶煉渣是特殊渣，其中含大量 的低熔點氧化物B2O3，一旦侵入爐襯中與耐火材料發(fā)生反應(yīng)，容易使耐火材料蝕損。 利用氧化硼直接合金化煉鋼時由于爐渣中氧化硼含量較多，侵蝕耐火材料的問題常造成反應(yīng)不順利。
本工作針對含硼爐渣，開展耐火材料侵蝕的實驗研究，分析不同耐火材料的侵蝕情況和產(chǎn)生機(jī)理，為增加耐火材料壽命，降低耐火材料對鋼水質(zhì)量影響，提供了基礎(chǔ)參數(shù)和依據(jù)。實驗采用氧化硼配加還原劑的爐渣，按硅鐵與氧化硼整比配置，如表1所示。爐渣堿度按CaO/SiO2取1.0，終渣主要成分為：CaO 45％，SiO2 40％，B2O3 9％，CaF2 5％，H2O 1％。氧化硼爐渣屬于酸性爐渣，酸性、 中性耐火材料抵抗酸性爐渣侵蝕能力較強(qiáng)，對酸性、中性的常用耐火材料進(jìn)行了比較，選出石英質(zhì)、剛玉質(zhì)和碳化硅質(zhì)耐火材料。采用靜態(tài)法在碳管爐上開展實驗，將碳化硅、石英、剛玉3種不同材質(zhì)的耐火材料制成條狀，插入配好的爐渣中升溫至1200℃保持30min，再升溫至l550℃保持1h。采用動態(tài)法在中頻感應(yīng)爐上進(jìn)行公斤級實驗，將整比配置的2級渣料和鐵料加入坩內(nèi)，升溫和保溫總時間為2.5h，最高溫度為1450～1500℃。
試驗后的每種耐火材料取4個不同部位分別測量侵蝕深度，碳化硅、石英和剛玉的平均侵蝕厚度分別為0.52，1.03，1.40mm，剛玉耐火材料侵蝕最為嚴(yán)重，石英耐火材料有一定程度的侵蝕，但相對較輕，碳化硅耐火材料侵蝕很少。
一：石英耐火材料的侵蝕
石英耐火材料侵蝕層厚度1.03mm，有粘渣現(xiàn)象，爐渣和耐火材料相連緊密，不同斷面部位侵蝕深度相差不大，爐渣與耐火材料之間有一層較薄的變質(zhì)層，爐渣沿著氣孔滲入耐火材料中。尤其是渣線部位，爐渣元耐火材料鏈接為一體，敲擊時渣塊斷裂，而爐渣與耐火材料之間仍相連，反應(yīng)前壁厚10mm，反應(yīng)后與爐渣接觸的部位壁厚7mm，與鋼液接觸的部位壁厚8mm，侵蝕厚度2~3mm，比靜態(tài)坩堝實驗的侵蝕深度大。
通過B2O3—SiO2相圖可見，氧化硼和二氧化硅同屬酸性氧化物，共晶點極度偏向B2O3一側(cè)，氧化硼是一種低熔點氧化物，共晶點溫度為425℃。如果二元系中氧化硼含量超過50%，則石英熔化溫度將低于800℃，隨著氧化硼含量的降低，熔化溫度逐漸升高，氧化硼含量小于10%時，熔化溫度才能提高到1400℃以上，冶煉時，單純的氧化硼渣與石英耐火材料接觸后，很容易在局部出現(xiàn)氧化硼濃度高于20%，高溫下石英耐火材料表面液化，造成耐火材料的侵蝕，為了降低氧化硼爐襯的其實，爐渣中配加氧化鈣，升溫過程中與氧化硼結(jié)合形成硼酸鈣鹽，減小了氧化硼與爐襯的接觸反應(yīng)，可減緩對石英耐火材料的侵蝕冶煉過程中氧化硼被不斷地還原，對于石英耐火材料可用CaO—SiO2—B2O3三元系來解釋爐渣對其侵蝕過程，三元渣系各相組成沿著路徑變化爐渣為2CaO·B2O3 (C2B)和CaO·B2O3(CB)，其熔化性溫度約為1240℃，低溫下由于CaO的固定作用，B2O3 對爐襯侵蝕很��；溫度逐漸降低至 1120℃，爐渣熔化，B203對耐火材料侵蝕性增大，但此時還原反應(yīng)進(jìn)行較快，氧化硼迅速減少，二氧化硅增多，因此耐火材料侵蝕也很小。爐渣熔化性溫度逐漸增大，反應(yīng)終期達(dá)到 1500℃，爐渣變得粘稠，爐渣主要為硅酸鹽，且氧化硼含量很少，對耐火材料侵蝕較小。