耐火材料抗渗透性与耐蚀性的关系详解

 

　　间(t)是拋物线关系。一旦熔渣渗透到耐火材料气孔内，耐火材料即会向渗透的熔渣中溶解扩散，而且熔渣组成的变化速度由扩散速度控制。假定平均气孔半径(r)不变时，耐火材料的成分在熔渣中达到饱和浓度的时间可以用式(2-17)表示。说明渗透到耐火材料气孔中的熔渣达到饱和的时间是非常之短的,也可以近似地认为:渗透到耐火材料中的熔渣，其组成几乎不变化(或与渗透时间无关)。

　　但是，由于耐火材料气孔径的不均匀性，耐火材料在熔渣渗透过程中溶解反应引起熔渣物理性质变化，以及耐火材料中温度不均匀等因素实际渗透深度（Lp）比由式(2-22)计算得出的深度(L理)要小，假定熔渣在渗透过程中，其物理化学性质均不变化时，对于毛细管-多孔质耐火材料来说，熔渣的渗透深度Lp为：L2p=rtcosθ/2.8ηb2 (2-23)

　　式中b——气孔曲折度系数。

　　其理论值等于π/2≈1.57,实际值为b=1.6±0.1。

　　当在耐火材料中添加能够抑制熔渣渗透的物质时，同一种熔渣对于该耐火材料的渗透深度Lp:

　　L2p=rtσcosθ/2.8ηθ2     (2-24)

　　如果定义R2p=L2p/L2p=σcosθb2/σcosθb2 (2-25)

　　由于润湿的程度(润湿性的量σcosθ与耐火材料和熔渣的性质有关，而与熔渣的渗透时间无关，见式(2-25)，因此可以将Rp尽定义为耐火材料抵抗熔渣渗透的系数。由式(2-25)看出，Rp小于1时，添加物可能促进熔渣向耐火材料内部渗透(渗透深度比理论值大）；当Rp=1时，添加物对抑制熔渣渗透不起作用；当大于Rp＞1时，添加物可以抑制熔渣向耐火材料中的渗透。Rp值越大，熔渣向耐火材料中的渗透深度就越小，也就是说，该耐火材料抵抗熔渣渗透的能力越强。

　　由式(2-25)可导出：

　　R?p=σssb2/σss·b2   (2-26)

　　式中σss——未添加抑制熔渣渗透的物质时的界面张力；

　　σss添加抑制熔渣渗透的物质之后耐火固相的界面张力。

　　由式(2-23)和式(2-25)得:

　　L2p=L2p/R2p=rtσcosθ/2.8R2pη

　　由式(2-22)和式（2-24)得:

　　L2p=L2理/1.4R2p(2-28)

　　即L’p=L理/1.18Rp(2-29)

　　根据L?扎格(Zager)公式，耐火材料中气孔半径r的平均值由下式求出：

　　r2=8K/Ap(2-30)

　　式中K——耐火材料的透气度，μm2；</p><p>Ap——耐火材料的显气孔率，%

　　耐火材料通过气孔吸收熔渣的量(体积v)为：

　　V=LpSAp(2-31)

　　式中S——耐火材料的截面积；

　　Ap——耐火材料的显气孔率；

　　Lp——溶渣的渗透深度。

　　将式(2-22)和式(2-27)代入式(2-31)得出耐火材料显气孔率对熔渣渗透影响的关系式为：

　　V2=A3/2K1/2S2tσcosθ/R2pη   (2-32)

　　由于熔渣渗入耐火材料气孔中会引起其成分在熔渣中溶解，并导致熔蚀，因而可以认为:熔渣的渗透与耐火材料的溶蚀之间存在一定的关系。余仲达和井楠宏等（1993年）研究了这种关系。其结果得出，对于镁质耐火材料来说，两者之间存在指数关系，因而他们认为:为了有效地抑制镁质耐火材料的熔蚀，r/R?p应满足如下关系：

　　（σcosθ/η）r/R2p＜0.08    (2-33)

　　即R?P﹥1.25rσcosθ/η   (2-34)

　　式(2-33)和式(2-34)说明，抗渗透能力强和抗蚀能力强的镁质耐火材料应具备以下几点：

　　1.气孔半径(r)小（钢包熔渣不渗入小于5μm的气孔）；

　　2.耐火材料的抗渗透系数Rp应较大；

　　3.熔渣与耐火材料之间的湿润性的量σcosθ应较小；

　　4.熔渣黏度（η）应大。

　　其中，在耐火材料中添加能够增加Rp值的物质对提高该材料的耐蚀性和抗渗透能力为有效，所以，Rp表明了耐火材料的熔损与熔渣渗透之间的定量关系。荣盛耐材为您提供高品质耐火材料。

　　对于特定的耐火材料和熔渣组成而言，该耐火材料向这种熔渣中的溶解特性也就决定了。为了降低耐火材料向熔渣中的溶解速度，根据式(2-27)可有两种解决办法。

　　1.熔渣与耐火材料之间的润湿性的量σcosθ，并提高熔渣的黏度η值；例如，碳化硅质和氧化物-碳复合耐火材料属于这一类的耐火材料。

　　2.能够改变耐火材料和熔渣的性质、组成等物质，以增加该耐火材料抵抗溶渣渗透系数Rp值；例如，向镁质耐火材料添加Cr2O3者ZrO2等耐火材料。

　　还有一种例外的情况，就是在熔渣中使用的耐火材料，由于碳和ZrO2等能被V2O5及V2O3润湿，因此上述两种办法对这种使用条件都无能为力。所以，其解决办法主要是选用致密镁质原料，采用特殊颗粒级配以达到生产气孔径细化(r)的耐火材料。从而抑制熔渣向耐火材料内部的渗透。