耐火材料损毁形态

　　耐火材料广泛应用于高温工业，如钢铁、陶瓷、玻璃、电力、有色金属、化学工业、石油和环境保护等高温炉窑中，是支撑这些工业的基础。作为高温炉窑内衬所用定形或不定形耐火材料，在使用中都受到高温或温度激变、气氛变化以及粉尘、蒸汽和液体的腐蚀和／或炉渣的侵蚀、腐蚀，使用条件非常苛刻，蚀损形态极为复杂。其损毁形式主要体现为同炉渣、处理剂反应所引起的蚀损和因热应力导致的裂纹(龟裂)所引起的剥落损毁。其中，耐火材料的剥落通常可以分为单纯由热应力引起的高温剥落(也称热剥落)和由于炉渣渗透等所造成的组织变化与热应力复合作用所产生的结构剥落。通过对不同使用条件的观察，发现高温炉窑用各种耐火材料的损毁不只是渣蚀(连续型)，还往往有断裂和剥片(非连续型)。

　　林武志曾据此整理出一般的损毁方式，按概念归纳为三种最基本的类型，如图1—1所示。

　　方式Ⅰ称为热的、机械的剥片，它是由炉窑热应力和机械应力所产生的耐火内衬不规则的龟裂，从而导致耐火材料内衬的过快损毁。

　　方式Ⅱ称为结构剥落，它是由于熔渣的浸透和加热面上发生温度波动使其结构产生变化，因而形成特有的变质结构层，在原质层与变质层的界面上产生同加热面平行的裂纹，进而使耐火内衬呈层带剥落损毁。

　　方式Ⅲ称为熔流，它是由于同钢水、铁水和熔渣等反应生成熔点较低的物质所产生的熔流或磨损，主要是由于产生液相而使表面层蚀损等。

　　除此之外，整个耐火内衬由于其体积收缩所引起的砌缝扩展或拉开，也是造成耐火内衬局部快速损毁的主要原因之一。

　　在上述各种损毁类型中，其中方式Ⅰ及方式Ⅱ使炉窑用耐火材料的损毁形态复杂，并且往往成为加速其损毁的原因。

　　为了满足钢铁冶炼技术迅速发展的要求，在氧化物系耐火材料的基础上，添加如尖晶石(MgO·Al2O3、MgO·Cr203，和2MgO·TiO2等)以及莫来石等化合物组分或者引入碳、碳化物、氮化物等非氧化物成分，在陶瓷领域开发的许多新型耐火材料品种，通过各种碳化物、氮化物、金属间化合物的试用以及各种先进工艺的积极采用，并对熔渣进行控制，从而显著地提高了耐火材料对熔渣、金属熔损的抵抗(耐蚀性)等性能。然而，由于使用条件的不断改进，耐火材料的使用环境也在不断变化。例如，对于转炉吹氧时的不同钢种以及熔融还原炉等应用环境，由于熔渣、气体、金属相相互分散所形成的分散系的激烈冲刷，在实验室中再现使用环境非常困难。另外，随着耐火材料耐蚀性的提高，单一熔渣相、金属相造成的熔损减少，而熔渣一气体、熔渣一金属界面或者耐火材料砌缝等部位的局部熔损现象却明显增加了。局部熔损是加速耐火材料蚀损的主要原因，则是物质迁移系数(反应速度常数)因马栾哥尼对流而明显增大的结果。因此，只有通过对局部熔损进行控制才能稳定耐火材料的使用寿命：也就是说，只有明确局部熔损机理以及采用相应对策才能降低耐火材料的局部熔损，提高炉衬耐火材料的使用寿命。

　　各种炉窑耐火内衬产生的蚀损均可通过对其使用后的残余衬体进行分析，也可在实验室评价的基础上，根据热力学进行系统的分析和整理。

　　一般说来，耐火材料在实际使用过程中在热力学上是不稳定的。

　　在这种情况下，耐火材料研究和开发的目标就是在耐火材料内部建立起动力学屏障，以抵抗最终不可逆的结构和组成变化所引起的损毁，从而达到提高其使用效果的目的。