熔渣与耐火砖的反应及危害

熔渣与耐火砖外表面和经迁移与内表面接触后，可发生以下反应：耐火砖向熔渣中溶解——单纯溶解；形成易溶的化合物——反应溶解；直接形成低熔物；发生使耐火砖还原的反应；发生使耐火砖组分氧化的反应；形成比容差别很大的新产物等。这些反应都引起耐火砖侵蚀，给耐火砖带来危害。当熔渣流动时，不仅通过对耐火砖的冲刷作用直接对耐火砖进行侵蚀，还通过带走上述反应产物，促进反应进行，加速对耐火砖的侵蚀。

(1)耐火砖向熔渣中溶解——单纯溶解和反应溶解。

①控制溶解的因素。当熔渣与耐火砖接触时，若两者的某些组分的质量浓度相差较大，由于两者间的化学位相差较大，如耐火砖组分的质量浓度较高，具有较高化学位，而熔渣中的组分的质量浓度较低，则物质从化学位较高的耐火砖向化学位较低的熔渣传递，使耐火砖中的组分被熔渣溶解，直至该组分在耐火砖和熔渣中的化学位达到平衡，即溶解达到某一特定温度下的饱和浓度(溶解度)为止。

这种单纯溶解是许多耐火砖与熔渣进行反应的最主要形式。有人甚至认为渣蚀就是耐火砖的溶解过程。当耐火砖与外来物进行化学反应形成易溶化合物时，会加速耐火砖向熔渣中溶解。

②溶蚀的危害。由单纯溶解和反应溶解引起的侵蚀通常称为溶蚀。它不仅直接造成耐火砖一些溶解组分的损失(改变了耐火砖的化学组成)，而且破坏了耐火砖的结构。当多相耐火砖中可溶物溶入渣中后，残留相被孤立，耐火砖的致密结构被破坏，加速了渣蚀。由于熔渣的化学组成改变，影响了熔渣的性质井在一定程度上影响了冶炼过程，其中的不溶性残留相还能给产品带来不利影响。

③降低溶蚀速度的措施。降低溶解速度，必须从以下几个方面采取措施：降低溶解度和耐火砖在熔渣中的浓度差值；降低扩散系数和提高扩散层厚度。

为了降低溶解度，除降低温度外，应尽量使熔渣与耐火砖间的化学位相近，如碱性耐火砖抵抗碱性熔渣的侵蚀能力很强，而酸性熔渣以选用酸性耐火砖为宜。

一般认为耐火砖向熔渣中溶解的传质过程处于扩散速度范围内。为了控制耐火砖向熔渣中的扩散，除降低溶解度外，还可通过提高熔渣中溶质的浓度、降低扩散系数以及提高扩散层厚度等方法来实现。如在炼钢炉中，当以镁质耐火砖为炉衬时，以白云石造渣，使渣中的MgO的质量浓度提高，即可使耐火砖的抗渣性得以改善。

(2)耐火砖的结构崩裂。结构崩裂是指耐火砖受到侵蚀，当其物相和结构变化到一定程度时，耐火砖的崩坏现象。渣蚀引起的结构崩裂，一般认为是由于形成变质层和形成比容差别较大的产物引起的。

①变质层的形成。变质层的形成，是由于熔渣的渗入所致。在渗入过程中，由于材料内温度梯度和熔渣黏度的影响，熔渣侵入到一定深度后，就不再继续渗透。从耐火砖热面到其内部一定的深度，就形成了组成与结构有别于原材料的变质层。而且熔渣在渗透时还发生“化学过滤”，沿熔渣的渗透方向，其化学组成和物相组成都可能不断地发生改变。因此，变质层内随其厚度的变化，其组成与结构也有一定差别。

②结构的崩裂。在变质层的形成过程中，由于形成的产物间和原材料间的比容和热膨胀性等有差别，在变质层与原材料之间或变质层内各层之间，因各种物相摩尔体积变化而产生结构应力，并破坏其间的结合，形成裂纹，甚至产生剥落和崩裂。

耐火砖受侵蚀形成变质层后，当温度波动时，由于各种变质层与未变质层间，或由于变质层内各物相间的热膨胀性差别，更易使此种崩裂激化。当耐火砖的变质层崩裂剥落后，在侵蚀介质作用下还可形成新的变质层，产生新的崩裂，如此循环不已，就使耐火砖受到严重损毁。

结构崩裂是渣蚀最常见的损毁形式之一，在一些易产生较厚变质层的耐火砖中，因渣蚀产生结构崩裂，往往是最主要的原因。

③减缓结构崩裂的措施。避免耐火砖产生结构崩裂或减缓其危害，最主要的措施是降低熔渣的渗透性。为此，必须降低耐火砖受熔渣的润湿性，提高材料的致密性，降低材料中的杂质含量，以及减少晶界，尽量减少气孔、基质和晶界通道作用。

(3)渣蚀的其他反应与危害。

①加速熔毁。耐火砖在服役中仅受高温热负荷作用而熔融称为熔毁或熔损。当其与熔渣反应形成易熔物时，这种助熔作用，一方面使耐火砖的晶相骨架结构遭受破坏，高温强度受到严重损害，加速熔损过程；另一方面，由于液相的迁移，使材料收缩，造成材料及砌体开裂，加速渣蚀和破坏砌体的稳定性。

②还原或氧化的危害。耐火砖组分被还原或氧化后，若产物在服役的温度下为气体，则因气体的逸出，直接导致耐火砖的部分消耗，导致结构疏松和结合强度降低，渣蚀危害加剧。如当硅质或镁质耐火砖同铁水接触时，铁水中的碳即可将耐火砖中的SiO2和MgO还原成SiO或Si和Mg。在一些用过的残砖中常见金属颗粒，就缘于此。又如熔渣与耐火砖接触时，含碳耐火砖的损毁，首先是从其中的石墨等含碳组分的氧化开始。

为了减缓耐火砖被还原的危害，应尽量将其中易还原的氧化物合成为较稳定的复合化合物，如镁铬砖中的Cr2O3与铁水接触时易被还原，但当与MgO化合为MgO·Cr2O3后，则还原程度降低。

③冲蚀。冲蚀是由于流体冲击耐火砖工作表面，使其中的固体颗粒直接损耗。当流动的熔渣冲击耐火砖表面时，由于流体的冲击、摩擦和挤压以及剪切等动力和静压力作用，极易产生或助长变形，导致材料表层直接损耗，又可因附渣层变薄或侵蚀面更新而加剧渣蚀。在耐火砖垂直的工作面上，当与熔渣形成的熔融体与熔渣的密度差别较大时，也可因流体的流动，使不同高度上的侵蚀有所区别。

总之，耐火砖的渣蚀主要受化学作用和物理化学作用，也受物理和机械作用的影响，这些作用往往交替进行。但是，就各种耐火砖与熔渣而言，甚至在作用的各个不同阶段，各种作用所占的分量也不尽相同。

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