耐火材料工作衬向熔渣中溶解蚀损的过程分析

耐火材料工作衬的抗溶渣侵蚀性，主要决定于其化学矿物性质(相组成)和结构特征，并与晶体的大小密切相关。

酸性耐火材料如蜡石砖，在钢包上使用时以溶蚀方式损毁，是由于SiO2在浸透熔渣达到饱和后即可使侵入熔渣的粘度增大1~2个数量级。因此，熔渣的浸透速度变小，只有工作衬表面的耐火材料组分向熔渣中溶解。

在耐火材料表面进行单纯的溶解蚀损时，溶解速度决定于耐火材料本身的成分、生成液相的数量、液相种类和耐火材料组分对液相的饱和浓度以及液相的粘度，并随温度的上升而增加。

由于耐火材料以溶解为主要方式蚀损，属于较严格的物理化学过程，所以扩散则具有重要的意义。

由费克(Fick)扩散一定律可知，耐火材料向熔渣中的扩散速度为：

如果用δ表示扩散层的厚度，耐火材料工作衬在扩散层中从紧接其表面的溶解浓度ns(接近于饱和浓度)均匀地降到熔渣中的浓度n，则扩散层中的浓度梯度为：

式3说明，耐火材料的蚀损速度还决定于它的表面积S。S不仅应理解为直接与熔渣接触的工作衬的表面积，还包括熔渣浸入气孔和裂缝的表面积。S与耐火材料的气孔率(&A)存在如下关系式：

总起来说，耐火材料的气孔率应当包括:气孔大小和形状(比表面积/气孔的体积(总气孔率)气孔种类，即是开口气孔(显气孔)还是封闭气孔，因为前者便于外来物质的入侵(说明封闭气孔比开口气孔有利)。

由式4可知，耐火材料的抗熔蚀性能随其气孔率的降低而提高。一般认为，气孔率小于5%能大大提高耐火材料的抗熔蚀性能。

众所周知，化学反应惰性决定了耐火材料是否能与接触的熔渣发生溶解反应以及溶解反应的程度，而耐火材料的密度在很大程度上则决定这种溶解反应的动力学条件。所以，提高耐火材料的密度对于减少熔渣蚀损具有重要的意义。因为，密度高时不仅可以减少耐火材料与熔渣发生溶解反应的总面积，而且还可以保证耐火材料工作衬的重量同侵入的熔渣相占大的比重。

应当指出：虽然体积密度一般用来评价耐火材料致密程度的标准，但它不能表明开口气孔与封闭气孔的比例。因为“气孔聚合”易于形成开口气孔，而不会导致更多的封闭气孔的形成。

式5说明，耐火材料在熔渣中的溶解速度随熔渣粘度的降低而增加。

熔渣粘度η不仅决定于其本身的特性，而且取决于熔渣的温度(随温度上升成指数倍降低)。

根据粘度公式：

公式6、7可以说明，在熔渣中存在固相悬浮体时，是降低耐火材料熔损的一个重要途径。

关于温度对η的影响，认为简单的不缔合熔体满足于弗兰克利方程式：

对于炼钢熔渣的粘度而言，式8只是近似的。不过，粘度η随温度的上升成指数倍下降的规律却是存在的。在不同的温度下，熔渣粘度存在如下关系：

式9说明，温度愈高，耐火内衬熔损就愈快。