炉衬耐火材料的损毁机理

炉衬耐火材料的损毁机理

炉衬耐火材料在高温环境下容易发生损毁，其机理主要包括机械冲刷和磨损、高温溶解、高温溶液渗透以及高温下气相挥发等。本文将详细介绍这些损毁机理，帮助读者更好地理解耐火材料的使用和维护。

耐火材料在服役过程中，高温熔体主要是通过耐火材料内部的气孔、裂纹等毛细管通道渗入材料内部，并改变耐火材料热端骨料和基质的物相组成和结构而形成异于原砖的变质层。当炉内出现温度波动时，由于变质层与原砖之间热膨胀系数的差异，变质层会开裂、剥落，剥落的程度随变质层厚度的增加而加重。人们对各种工业窑炉内使用的耐火材料的损毁机理做过许多的研究，归纳其损毁原因可以分成以下四类：（1）机械冲刷和磨损；(2)耐火材料高温溶解；(3)高温溶液渗透：(4)高温下气相挥发。

1. 机械冲刷和磨损

机械磨损是由于两个相对运动的物体在其接触面产生了摩擦阻力，摩擦阻力将物体本身的机械能转化为热能，使炉衬产生磨损。物料在炉窑内运转移动过程中对炉衬产生巨大的机械冲刷和磨损作用，使炉衬耐火材料产生变形或磨损，甚至开裂，严重破坏窑炉结构。

多数情况下物料是随着窑炉的转动而不停的运动，在高炉和鼓风炉中，物料是由炉顶向下运动，在回转窑内，物料随回转窑作回转前进运动。物料在窑炉内运动的同时，由于温度、气氛的影响导致物料发生一系列的物理化学变化，并因此对炉衬材料产生较大的机械冲刷和严重的磨蚀。物料的冲刷和磨损对炉衬的破坏性非常大，常需要采取一些措施来保护窑炉内衬，例如在高炉炉喉部位加铸钢板避免磨损；对钢水冲刷严重的转炉进行补炉以保证转炉的正常运转。炉衬的机械磨损主要是由气体及固体块状矿石和炉渣对炉内衬的冲刷造成的。随着炉渣的冲刷，炉渣与内衬材料反应生成的一些低熔点产物发生脱离，如此反复，使内衬材料越来越薄。

2. 耐火材料高温溶解

在耐火材料中，由原料及生产过程中带入的非主要成分的物质称为杂质。在高温下杂质成分容易与原料中主要成分发生反应，生成低熔点物质或液相，这个过程称为耐火材料的高温溶解。

通常耐火材料是个多相混合体，其矿物组成分为结晶相与基质。基质是指主要填充于大晶粒之间的细微结晶矿物或玻璃相，基质也称为结合相。基质中往往含有大量杂质成分，高温下易形成液相，若液相温度低、粘度小、数量多，则危害材料高温性质，因此基质对于主晶相而言是制品的相对薄弱之处。

3. 高温溶液渗透

高温溶液渗透又称为熔渣侵蚀。高温下，炉渣存在形式为熔体或液相，且液相熔渣侵蚀耐火材料后也会与其中氧化物形成低熔相，所以熔渣侵蚀的实质就是液相熔渣的侵蚀，即主要是耐火材料在熔渣中的溶解过程和熔渣向耐火材料内部的侵入渗透过程。熔渣侵蚀的形式可分为：

(a)单纯溶解：耐火材料没有和液相熔渣发生化学反应的纯溶解过程。

(b)反应溶解：耐火材料与液相熔渣在接触处发生化学反应，使耐火材料成分转变为低熔点的化合物而溶入渣中，同时改变了熔渣的化学组成。

(c)侵入变质溶解：液相熔渣沿材料内部气孔和空隙渗透到耐火材料当中，或通过液相扩散和向耐火材料的固相中扩散，使耐火制品的微观组织结构发生质的改变，造成耐火材料熔入到熔渣中。

4. 高温下气相挥发

耐火材料的气相挥发主要指耐火材料发生蒸发反应时所导致的损耗和耐火材料发生氧化反应所导致的损耗。蒸发反应主要发生在氧化物系耐火材料中，氧化反应主要发生在非氧化系耐火材料、非氧化物和氧化物复合耐火材料中。

在真空脱气(RH、DH、APV等)冶炼操作条件下，炉衬耐火材料有可能发生各组分之间的反应，从而加速耐火内衬的蚀损。如Si02和MgO会发生分解并相应生成SiO(g)、Mg(g)，甚至生成Si，因此当压力下降到399．9 Pa(3 Torr) 以下时，钢水处于真空脱碳中，材料中的Si02会受到钢水中碳的侵蚀。含P205的耐火制品(磷酸盐结合)会释放出P(曲。Cr203会发生分解产生Cr03、Cr02等化合物甚至产生金属铬。