抗渣性

抗渣性是耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蝕和沖刷的能力。熔渣從廣義上講，指高温下與耐火材料相接觸的爐渣、燃料灰分、飛塵、鐵屑、石灰、熔融金屬、玻璃液等。抗渣性是耐火材料重要使用性能，對於改善生產工藝、指導正確使用有重要意義。熔渣侵蝕破壞耐火材料的機理十分複雜，有化學反應、物理作用以及物理化學作用。一般包括有熔渣向耐火材料滲透，耐火材料在熔渣中溶解、反應，熔渣沖刷以及由此引起的剝落。

影響耐火材料抗渣性的因素有：耐火材料的物理化學性質及組織結構、熔渣的性質以及熔渣與耐火材料相互作用條件。

耐火材料的物理化學性質

耐火材料的化學組成、礦物組成、抗熱震性、抗氧化性等與耐火材料的抗渣性密切相關。不同化學組成的耐火材料具有不同的抗渣性，如酸性耐火材料對酸性熔渣有較強的抗渣性，而鹼性耐火材料對酸性熔渣的抗渣性很弱。耐火材料一般為多相聚集體，其中的物相可分為兩類：結晶相和玻璃相，兩者構成了耐火材料的主晶相和基質。基質中雜質含量高，則耐火材料抗渣性差，而耐火材料抗渣性又大都取決於其基質的抗渣性。熔渣通過擴散進入耐火材料內部，與基質（液相）相互作用，是熔渣侵蝕耐火材料的主要途徑。熔渣進入耐火材料與液相接觸，兩種熔液進行相互擴散與反應，構成了對耐火材料的侵蝕。熔渣在固相中擴散速度較小，不是渣蝕的主要原因。

同一種固體或不同固體的兩個顆粒與熔渣接觸時，形成二面角 （φ），二面角的關係式為：

σs-_s=2σs-_lcosφ/2

式中σ_s-s為兩固體界面張力，N/m；σ_s-l為固體與熔渣界面張力。熔渣在σs_-s的作用下進入晶界。耐火材料晶粒愈小，晶界愈多，通過晶界的侵蝕愈大。溶解過程由化學反應與擴散兩個步驟構成。當擴散速度比化學反應速度慢得多時，過程受擴散步驟控制，稱過程處於擴散控制範圍；當化學反應速度比擴散速度慢得多時，過程受化學反應步驟控制，稱過程處於化學動力學控制範圍；當擴散與化學反應速度相當時，過程處於過渡範圍控制。一般耐火材料在熔渣中的溶解過程處於擴散步驟控制範圍。抗熱震性也是影響抗渣性的重要因素，抗熱震性差的耐火材料受到熱衝擊的影響，會出現裂紋或開裂剝落，熔渣易進入耐火材料中與其熔解和反應，使耐火材料抗渣性變壞。含碳耐火材料的抗氧化性也會影響抗渣性。抗氧化性差，表面氧化後形成脱碳層，結構疏鬆易脱落，從而降低其抗渣性。

熔渣的性質

熔渣的種類很多，性質差別很大，概括分為酸性渣、鹼性渣和中性渣3類。不同的渣對同種耐火材料的侵蝕各不相同。就是同一種渣，也會因渣的粘度、温度等的不同而對耐火材料的侵蝕不同。熔渣與耐火材料相互作用的温度、氣氛接觸時間、接觸面積、操作條件等，對耐火材料的抗渣性都有影響。一般情況下，温度越高，耐火材料抗渣性越差，接觸時間越長，侵蝕越嚴重。熔渣的流動對耐火材料的機械沖刷也會影響到耐火材料的抗渣性。

耐火材料的組織結構

指耐火材料中固相、顆粒及氣孔的種類、數量、大小、形狀、取向以及分佈狀況等。熔渣侵入耐火材料的途徑有：通過固體擴散、晶界擴散，開口氣孔進入。其中侵入速度最大的是通過開口氣孔進入耐火材料。熔渣滲透進入耐火材料，其基質熔解反應後，殘存的顆粒孤立突出，伴隨熔融物的沖刷，耐火材料表面就會不斷地被侵蝕而脱落。熔渣對耐火材料潤濕程度愈大，侵蝕也越大，熔渣不潤濕耐火材料，則耐火材料通常不會被熔渣熔解或侵入。熔渣侵入耐火材料後，形成變質層，易造成耐火材料的剝落。耐火材料中的開口氣孔，可視為毛細管，是熔渣侵入的通道，由於表面張力作用，熔渣進入毛細管。 ^[1] 

應針對熔渣的特點和性質，結合使用條件，選擇與熔渣相適應的耐火原料和適宜的生產方法，以保證獲得組織緻密、結構均勻的耐火材料。

抗渣性的測定方法分靜態法和動態法兩類。

包括熔錐法、坩堝法和浸漬法。

（1）熔錐法。亦稱三角錐法，將耐火材料與爐渣分別磨成細粉，按不同比例混合，製成截頭三角錐，其形狀、大小與標準測温錐相同，然後按耐火度試驗方法（見耐火度）進行測試，以耐火度降低程度來表示耐火材料抗渣性的優劣。這是抗渣性測試中最簡單的方法，它只能反映化學礦物組成對抗渣性的影響，而其他影響因素顯示不出來。

（2）坩堝法。從耐火製品上切取大約邊長為80mm，高度65mm的立方體，或鑽取直徑50mm、高50mm的圓柱體試樣，在其頂面中心鑽一直徑30～40mm、深度30～40mm的孔（亦可由耐火材料直接製成這種坩堝），裝入一定量的爐渣，在規定温度下加熱，並保持一定時間。冷卻後，從鑽孔的直徑部位切開，觀察爐渣對耐火材料的侵蝕情況，得出一個定性的結果。缺點是爐渣化學組成很快改變，粘度增大，且無流動沖刷作用。

（3）浸漬法。將耐火製品切成圓棒狀，在規定温度下，浸入熔渣中，浸漬一定時間後，取出觀察侵蝕情況，測定其體積變化，計算侵蝕百分率。

包括迴轉渣蝕法、轉動浸漬法、撒渣法、高温滴渣法和感應爐法。

（1）迴轉渣蝕法。將被檢測的耐火製品切製成一定形狀的試塊，可以是6塊或9塊。砌在一個小型的迴轉爐內，爐體可自由傾斜，轉速為0～10r/min。用燃氣加熱到試驗温度。在一定時間內加入一定量的爐渣，視其渣蝕情況，持續一段時間，將渣倒出。冷卻後，拆開砌在一起的試塊，沿試塊的長度方向垂直渣蝕面切開，測量試驗前、後試塊厚度變化，計算渣蝕量，用mm或%表示。這是比較好的一種動態測定耐火材料抗渣性的試驗方法，特點是直觀、對比性強、重複性好。缺點是爐內氣氛較難控制，試驗後試塊的厚度測量不易掌握。中國（GB 8931）、美國（ASTM C874）以及英國（BS 1902：5·13）都規定用這種方法作為檢測耐火材料抗渣性的標準方法。

（2）轉動浸漬法。亦稱旋棒法，與浸漬法不同點是將圓棒試樣浸入熔渣中旋轉一定時間後取出，觀察侵蝕情況。

（3）撒渣法。將耐火材料切製成長方體試樣，置於電爐內，加熱到試驗温度，將一定量的爐渣通過石英管分次均勻地撒佈上試樣頂面中心處，保温一定時間，冷卻後，測量熔渣侵蝕前、後試樣的體積變化，計算其侵蝕百分率。

（4）高温滴渣法。將爐渣壓制成棒狀，與水平面成10°角插入加熱耐火材料試樣的試驗爐內，試樣的受蝕面與水平面成30°角斜靠在爐壁上，當加熱到試驗温度時，渣棒熔化，不斷向前移動，使渣滴落在試樣的受蝕面上，流蝕成溝。冷卻後，從試樣下邊緣38mm處切開，測量渣蝕的寬度和深度，並測量蝕損的體積。

（5）感應爐法。把要被檢測的耐火材料作成小型感應爐襯，置於感應圈內，加入一定量的金屬，待其熔化後，再加入一定量的爐渣，在試驗温度下保持一定時間。冷卻後，切開爐襯的斷面，觀察比較其侵蝕情況。這種方法比較好，特點是直觀、對比性強、爐內氣氛易於控制。缺點是設備複雜昂貴。 ^[2]