抗渣性(slag resistance)

耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀和冲刷的能力。熔渣从广义上讲，指高温下与耐火材料相接触的炉渣、燃料灰分、飞尘、铁屑、石灰、熔融金属、玻璃液等。抗渣性是耐火材料重要使用性能，对于改善生产工艺、指导正确使用有重要意义。熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂，有化学反应、物理作用以及物理化学作用。一般包括有熔渣向耐火材料渗透，耐火材料在熔渣中溶解、反应，熔渣冲刷以及由此引起的剥落。

影响抗渣性的因素影响耐火材料抗渣性的因素有：耐火材料的物理化学性质及组织结构、熔渣的性质以及熔渣与耐火材料相互作用条件。

耐火材料的物理化学性质耐火材料的化学组成、矿物组成、抗热震性、抗氧化性等与耐火材料的抗渣性密切相关。不同化学组成的耐火材料具有不同的抗渣性，如酸性耐火材料对酸性熔渣有较强的抗渣性，而碱性耐火材料对酸性熔渣的抗渣性很弱。耐火材料一般为多相聚集体，其中的物相可分为两类：结晶相和玻璃相，两者构成了耐火材料的主晶相和基质。基质中杂质含量高，则耐火材料抗渣性差，而耐火材料抗渣性又大都取决于其基质的抗渣性。熔渣通过扩散进入耐火材料内部，与基质(液相)相互作用，是熔渣侵蚀耐火材料的主要途径。熔渣进入耐火材料与液相接触，两种熔液进行相互扩散与反应，构成了对耐火材料的侵蚀。熔渣在固相中扩散速度较小，不是渣蚀的主要原因。同一种固体或不同固体的两个颗粒与熔渣接触时，形成二面角(φ)，二面角的关系式为：

式中σs-s为两固体界面张力，N/m；σs-1为固体与熔渣界面张力。熔渣在σs-s的作用下进入晶界。耐火材料晶粒愈小，晶界愈多，通过晶界的侵蚀愈大。溶解过程由化学反应与扩散两个步骤构成。当扩散速度比化学反应速度慢得多时，过程受扩散步骤控制，称过程处于扩散控制范围；当化学反应速度比扩散速度慢得多时，过程受化学反应步骤控制，称过程处于化学动力学控制范围；当扩散与化学反应速度相当时，过程处于过渡范围控制。一般耐火材料在熔渣中的溶解过程处于扩散步骤控制范围。抗热震性也是影响抗渣性的重要因素，抗热震性差的耐火材料受到热冲击的影响，会出现裂纹或开裂剥落，熔渣易进入耐火材料中与其熔解和反应，使耐火材料抗渣性变坏。含碳耐火材料的抗氧化性也会影响抗渣性。抗氧化性差，表面氧化后形成脱碳层，结构疏松易脱落，从而降低其抗渣性。

耐火材料的组织结构指耐火材料中固相、颗粒及气孔的种类、数量、大小、形状、取向以及分布状况等。熔渣侵入耐火材料的途径有：通过固体扩散、晶界扩散，开口气孔进入。其中侵入速度最大的是通过开口气孔进入耐火材料。熔渣渗透进入耐火材料，其基质熔解反应后，残存的颗粒孤立突出，伴随熔融物的冲刷，耐火材料表面就会不断地被侵蚀而脱落。熔渣对耐火材料润湿程度愈大，侵蚀也越大，熔渣不润湿耐火材料，则耐火材料通常不会被熔渣熔解或侵入。熔渣侵入耐火材料后，形成变质层，易造成耐火材料的剥落。耐火材料中的开口气孔，可视为毛细管，是熔渣侵入的通道，由于表面张力作用，熔渣进入毛细管。熔渣通过气孔进入耐火材料的深度x可用贝克曼(Bilkerman)渗透深度公式表示：

式中σ为熔渣的表面张力，N/m；r为开口气孔半径，㎝；t为时间，s；θ为熔渣在耐火材料上的接触角，(。)；n为熔渣粘度，Pa•s。熔渣侵入耐火材料的速度随开口气孔率增加而增大。相同的显气孔率，气孔形状、大小和分布情况不同，对侵蚀速度也有影响。此外，侵入速度还与耐火材料的种类，熔渣的粘度有关。

熔渣的性质熔渣的种类很多，性质差别很大，概括分为酸性渣、碱性渣和中性渣3类。不同的渣对同种耐火材料的侵蚀各不相同。就是同一种渣，也会因渣的粘度、温度等的不同而对耐火材料的侵蚀不同。熔渣与耐火材料相互作用的温度、气氛接触时间、接触面积、操作条件等，对耐火材料的抗渣性都有影响。一般情况下，温度越高，耐火材料抗渣性越差，接触时间越长，侵蚀越严重。熔渣的流动对耐火材料的机械冲刷也会影响到耐火材料的抗渣性。

改善抗渣性的途径应针对熔渣的特点和性质，结合使用条件，选择与熔渣相适应的耐火原料和适宜的生产方法，以保证获得组织致密、结构均匀的耐火材料。

抗渣性的测定方法分静态法和动态法两类。

静态法包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。

(1)熔锥法。亦称三角锥法，将耐火材料与炉渣分别磨成细粉，按不同比例混合，制成截头三角锥，其形状、大小与标准测温锥相同，然后按耐火度试验方法(见耐火度)进行测试，以耐火度降低程度来表示耐火材料抗渣性的优劣。这是抗渣性测试中最简单的方法，它只能反映化学矿物组成对抗渣性的影响，而其他影响因素显示不出来。

(2)坩埚法。从耐火制品上切取大约边长为80mm，高度65mm的立方体，或钻取直径50mm、高50mm的圆柱体试样，在其顶面中心钻一直径30～40mm、深度30～40mm的孔(亦可由耐火材料直接制成这种坩埚)，装入一定量的炉渣，在规定温度下加热，并保持一定时间。冷却后，从钻孔的直径部位切开，观察炉渣对耐火材料的侵蚀情况，得出一个定性的结果。缺点是炉渣化学组成很快改变，粘度增大，且无流动冲刷作用。

(3)浸渍法。将耐火制品切成圆棒状，在规定温度下，浸入熔渣中，浸渍一定时间后，取出观察侵蚀情况，测定其体积变化，计算侵蚀百分率。

动态法包括回转渣蚀法、转动浸渍法、撒渣法、高温滴渣法和感应炉法。

(1)回转渣蚀法。将被检测的耐火制品切制成一定形状的试块，可以是6块或9块。砌在一个小型的回转炉内，炉体可自由倾斜，转速为0～10r/min。用燃气加热到试验温度。在一定时间内加入一定量的炉渣，视其渣蚀情况，持续一段时间，将渣倒出。冷却后，拆开砌在一起的试块，沿试块的长度方向垂直渣蚀面切开，测量试验前、后试块厚度变化，计算渣蚀量，用mm或%表示。这是比较好的一种动态测定耐火材料抗渣性的试验方法，特点是直观、对比性强、重复性好。缺点是炉内气氛较难控制，试验后试块的厚度测量不易掌握。中国(GB8931)、美国(ASTMC874)以及英国(BS1902：5•13)都规定用这种方法作为检测耐火材料抗渣性的标准方法。

(2)转动浸渍法。亦称旋棒法，与浸渍法不同点是将圆棒试样浸入熔渣中旋转一定时间后取出，观察侵蚀情况。

(3)撤渣法。将耐火材料切制成长方体试样，置于电炉内，加热到试验温度，将一定量的炉渣通过石英管分次均匀地撤布上试样顶面中心处，保温一定时间，冷却后，测量熔渣侵蚀前、后试样的体积变化，计算其侵蚀百分率。

(4)高温滴渣法。将炉渣压制成棒状，与水平面成10度角插入加热耐火材料试样的试验炉内，试样的受蚀面与水平面成30度角斜靠在炉壁上，当加热到试验温度时，渣棒熔化，不断向前移动，使渣滴落在试样的受蚀面上，流蚀成沟。冷却后，从试样下边缘38mm处切开，测量渣蚀的宽度和深度，并测量蚀损的体积。

(5)感应炉法。把要被检测的耐火材料作成小型感应炉衬，置于感应圈内，加入一定量的金属，待其熔化后，再加入一定量的炉渣，在试验温度下保持一定时间。冷却后，切开炉衬的断面，观察比较其侵蚀情况。这种方法比较好，特点是直观、对比性强、炉内气氛易于控制。缺点是设备复杂昂贵。