氧化物基耐火材料抗熔渣侵蝕研究進(jìn)展

高靖紅 史雨晨 于廣鎖 蘇暐光 李 耀 張俊先

1）寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 寧夏銀川 750021

2）華東理工大學(xué) 潔凈煤技術(shù)研究所 上海 200237

3）山東兗礦國拓科技工程股份有限公司 山東濟(jì)寧 273500

據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵、有色、玻璃和陶瓷、石油和能源等工業(yè)領(lǐng)域分別消耗約70%、3%、10%、17%的耐火材料，耐火材料市場也預(yù)計(jì)將從2016年的331億美元增長到2021年的406億美元［1-2］。耐火材料在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)特別是高溫工業(yè)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。氧化物基耐火材料因具有高溫力學(xué)性能強(qiáng)、抗熱震性好等特點(diǎn)，通常被用于高溫、高壓和強(qiáng)氧化還原氣氛等極端環(huán)境中。但在這種條件下，熔渣滲透和化學(xué)侵蝕是導(dǎo)致其損毀的主要因素。

熔渣主要由CaO、FeO、Fe2O3、MgO、Al2O3、TiO2等氧化物構(gòu)成，還可能含有少量氯化物、硫酸鹽等其他類型的化合物［3］。熔渣對(duì)氧化物基耐火材料的侵蝕涉及固相反應(yīng)以及與液相的相互作用，其過程不僅限于材料表面的溶解作用，而且熔渣還能通過氣孔或通過耐火材料的液相、固相擴(kuò)散滲入基體中，使耐火材料表面附近的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變，從而造成耐火材料的蝕損。Lee等［4］提出熔渣對(duì)耐火材料的侵蝕過程可分為4個(gè)階段：1）熔渣在耐火材料表面潤濕；2）熔渣通過材料表面和內(nèi)部氣孔開始滲透；3）化學(xué)反應(yīng)破壞耐火材料鍵合；4）熔融的液態(tài)渣侵蝕耐火材料成分。耐火材料的渣蝕不僅會(huì)降低其使用壽命，還可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事故，致使工廠計(jì)劃外停車，造成不可預(yù)估的損失。因此，研究熔渣對(duì)氧化物基耐火材料的侵蝕機(jī)制與滲透過程，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中提高耐火材料的使用壽命以及促進(jìn)高溫工業(yè)的發(fā)展尤其重要。

本文中，詳細(xì)總結(jié)了熔渣對(duì)單相氧化物、多相氧化物和氧化物-碳復(fù)合耐火材料侵蝕滲透的主要過程及其反應(yīng)機(jī)制，探討了熔渣組分以及液相黏度對(duì)侵蝕的重要影響，并對(duì)今后耐火材料的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向進(jìn)行了分析和展望。

1 熔渣對(duì)單相氧化物耐火材料的侵蝕

1.1 Al2O3基耐火材料

Al2O3基耐火材料包括耐火黏土和Al2O3含量高的高純氧化鋁耐火材料，因其耐高溫和良好的抗熔渣侵蝕性被廣泛應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱器［5］、高爐爐膛和風(fēng)口［6］以及石化工業(yè)反應(yīng)器襯里［7］等。在大型鋼包用高純?cè)现?，剛玉抗酸性和堿性熔渣的性能良好，是一種應(yīng)用十分廣泛的耐火原料。

Song等［8］研究了SiO2-MgO-FeO-CaO-Al2O3渣對(duì)Al2O3基耐火材料的潤濕和侵蝕行為，加熱后固體熔渣逐漸熔化成液態(tài)，同時(shí)接觸角減小。最初熔渣沒有完全熔化，并且由于存在固相，熔渣的表面張力相對(duì)較高，抑制了Al2O3的溶解。隨著溫度的升高，爐渣的表面張力明顯降低，接觸角相應(yīng)減小，然后保持穩(wěn)定。潤濕是引起Al2O3基耐火材料侵蝕的第一步，當(dāng)熔渣熔化成液態(tài)時(shí)，加速了Al2O3從基材中的溶解；同時(shí)熔渣中的Mg2+和Ca2+會(huì)向基材擴(kuò)散，與Al2O3發(fā)生反應(yīng)。侵蝕過程概括為三個(gè)階段：熔化和潤濕、溶解和擴(kuò)散、結(jié)晶。良好的潤濕性和Al2O3在熔渣中的溶解是導(dǎo)致侵蝕的兩個(gè)主要因素。

Guha等［9］研究了在1 400～1 550℃的溫度下Al2O3與CaO-Al2O3-SiO2（CAS）熔渣的反應(yīng)。預(yù)計(jì)在1 400℃時(shí)，Al2O3中出現(xiàn)連貫性的CaAl4O7（CA2）反應(yīng)層，其后是富含鈉鈣石（C2AS）的邊界層，而在1 450℃及更高溫度下或隨著時(shí)間增加，CA2與Al2O3反應(yīng)形成CaAl12O19（CA6）。Al2O3侵蝕界面中存在的主要物相是CA6和CA2，它們是由Al2O3基體與熔渣中的CaO直接反應(yīng)形成，或由中間產(chǎn)物Ca2Mg2Al28O46轉(zhuǎn)化而來，CA6相有利于致密CA2層的沉淀［10］。液相是熔渣滲透的驅(qū)動(dòng)力，形成的固體氧化物將形成阻礙熔渣進(jìn)一步滲透的屏障，由于CA6和Al2O3之間的摩爾體積差異巨大，界面崩解并使熔融的熔渣滲入Al2O3試樣的晶界。

在大型鋼包用高純?cè)现?，由于剛玉具備良好的抗酸性和堿性熔渣的性能，因此成為應(yīng)用范圍最廣的耐火材料。Fu等［11］觀察了微孔剛玉和板狀剛玉反應(yīng)界面的微觀結(jié)構(gòu)，并研究了其抗渣機(jī)制。在微孔剛玉周圍觀察到一個(gè)連續(xù)的隔離層，因此與板狀剛玉相比，其具有更好的抗渣性；在隔離層中形成CA6和CA2的柱狀晶體是造成兩者抗渣性不同的主要原因。

由上述研究可知，Al2O3在CAS熔渣中的初期溶解是通過化學(xué)反應(yīng)控制的直接溶解，但很快就轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓴U(kuò)散控制的間接溶解。隨著溶解的繼續(xù)，形成一個(gè)或多個(gè)固相，例如CA2、CA6和C2AS，導(dǎo)致熔渣進(jìn)一步滲透，從而使間接過程變得更加復(fù)雜。耐火材料由多孔骨料和基質(zhì)構(gòu)成，當(dāng)熔渣與其接觸時(shí)，由于基質(zhì)的平均孔徑較大，熔渣會(huì)優(yōu)先沿著基質(zhì)中的大孔向材料內(nèi)部滲透［12］。

1.2 MgO基耐火材料

MgO基耐火材料廣泛應(yīng)用于二次精煉工藝中。Dai等［13］認(rèn)為熔渣對(duì)MgO材料的侵蝕可分為以下幾個(gè)步驟：1）固態(tài)渣層可防止液態(tài)熔渣與耐火材料直接接觸，保護(hù)耐火襯里不受侵蝕；2）初始界面區(qū)域與液態(tài)渣之間的濃度梯度導(dǎo)致固態(tài)渣與液態(tài)渣之間的傳質(zhì)，使得固態(tài)渣層在達(dá)到一定溫度后逐漸熔化，當(dāng)其消失時(shí)，液態(tài)渣開始直接與耐火襯里接觸；3）液態(tài)渣和耐火材料之間的濃度梯度導(dǎo)致它們之間的質(zhì)量傳遞恒定，MgO顆粒開始在界面處沉淀；4）MgO顆粒逐漸在液態(tài)熔渣中熔化，一段時(shí)間后界面區(qū)域的組成與液態(tài)熔渣的組成一致，耐火材料從外到內(nèi)被侵蝕；5）固態(tài)渣層和界面層完全消失，耐火材料溶解到熔渣中。

一些研究人員使用不同的方法研究了固體MgO顆粒在CaO-Al2O3-SiO2熔渣中的溶解行為。Huang等［14］研究了燒結(jié)MgO耐火材料在合成的50%（w）CaO-45%（w）Al2O3-5%（w）SiO2液態(tài)熔渣中的溶解速率。結(jié)果表明，在相同的氣體流量下，燒結(jié)MgO的溶解速率最高，液態(tài)熔渣的滲透對(duì)MgO耐火材料的溶解有很大影響；在較低的氣體流量下，滲透渣中MgO的傳質(zhì)可能是控制侵蝕速率的關(guān)鍵。Matsui等［15］也研究了熔融燒結(jié)MgO與CAS熔渣的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)將MgO溶解到熔渣中是一個(gè)擴(kuò)散控制的過程，在MgO表面形成尖晶石，阻礙熔渣的進(jìn)一步滲透，并且Fe在多晶燒結(jié)MgO中的晶界擴(kuò)散比熔融MgO中的體積擴(kuò)散更快。

Han等［16］研究了靜態(tài)條件下MgO在CaO-FeOCaF2-SiO2熔渣中的溶解，發(fā)現(xiàn)MgO的溶解度隨熔渣中CaF2含量的增加而增加。這很可能是由于氟化物破壞了熔渣中連接的硅酸鹽鏈而導(dǎo)致硅酸鹽熔體黏度降低，加劇了MgO在熔渣中的溶解。Mukai等［17］通過XRD和滲透試驗(yàn)后樣品的SEM 分析，研究了CaO-FeOx-SiO2（CFS）和CaO-Al2O3-FeOx-SiO2（CAFS）對(duì)MgO的滲透行為，結(jié)果表明，由于Fe離子具有較快的擴(kuò)散速度，含F(xiàn)e熔渣會(huì)迅速滲透到耐火材料中，在孔表面與耐火材料中的MgO顆粒反應(yīng)形成（Mg，F(xiàn)e）O固溶體層，從而減小耐火材料的孔徑。在這里要考慮的另一個(gè)因素是立方MgO的開放晶體結(jié)構(gòu)，它可以從熔渣中吸收Fe，從而阻礙滲透。隨著耐火材料的孔徑和表觀孔隙率的增加、熔渣中Fe的濃度和溫度的升高、熔渣堿度的降低，熔渣的滲透率增加。Zhang等［18］建立了一個(gè)侵蝕模型來描述MgO骨料的熔渣滲透過程，研究了晶界尺寸和爐渣中CaO與SiO2的質(zhì)量比（簡稱為鈣硅比）對(duì)爐渣滲透的影響，發(fā)現(xiàn)MgO中大量的晶界為熔渣的滲透提供了通道。當(dāng)爐渣鈣硅比低于1.5時(shí)，隨著爐渣鈣硅比的增加，MgO的溶解速率下降得更快；對(duì)于鈣硅比大于1.5的熔渣，MgO骨料表現(xiàn)出優(yōu)異的抗熔渣性能?？偠灾?，MgO的大多數(shù)侵蝕都與富Fe渣中形成菱鎂鐵礦結(jié)合層和富鋁氧化鉻渣中形成尖晶石層有關(guān)。

1.3 ZrO2基耐火材料

氧化鋯不用作單相耐火材料，但它具有出色的耐化學(xué)侵蝕性能，因此常被用于耐火材料侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域［19］。在給定溫度下，氧化物和熔渣成分是影響熔渣對(duì)氧化鋯侵蝕機(jī)制的重要因素。CaO穩(wěn)定的ZrO2噴嘴在鋼水和熔渣中的侵蝕情況表明，較低的堿度會(huì)提高熔渣的滲透速率，并降低開始滲透的溫度［20］。在這種情況下，侵蝕機(jī)制為：1）熔渣滲入噴嘴中；2）熔渣中的SiO2與ZrO2中的CaO發(fā)生反應(yīng)使其不穩(wěn)定，ZrO2從立方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕啵?）單斜ZrO2顆粒易被熔融鋼渣侵蝕。

與CaO-ZrO2耐火材料相比，MgO-ZrO2耐火材料更加穩(wěn)定。Chen等［21］系統(tǒng)研究了MgO-ZrO2復(fù)合材料的抗熔渣侵蝕性能，結(jié)果表明，當(dāng)熔渣中SiO2濃度較低、鈣硅比較高時(shí)，在侵蝕過程中會(huì)形成高熔點(diǎn)物質(zhì)CaZrO3和C2S致密層。這些化合物會(huì)填充孔隙，阻礙渣的滲透通道，從而提高材料的抗侵蝕性能。Wang等［22］研究了CaO-SiO2-Al2O3-FetO熔渣對(duì)MgO-ZrO2的侵蝕作用，堿度較低的熔渣通過從ZrO2晶粒中浸出MgO來侵蝕MSZ，從而破壞立方結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低開孔率，并且在耐火材料表面形成致密的Mg（Al，F(xiàn)e）2O4反應(yīng)層，防止熔渣的進(jìn)一步滲透。

2 熔渣對(duì)多相氧化物耐火材料的侵蝕

2.1 Cr2O3-Al2O3-ZrO2基耐火材料

水煤漿氣化爐在高效、清潔利用煤炭資源方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，熱面耐火襯里是氣化爐的關(guān)鍵組成部分，因其直接與煤渣接觸，所以使用條件最為苛刻，故熱面耐火襯里一般選用Cr2O3含量在86%（w）以上的高純Cr2O3-Al2O3-ZrO2磚，俗稱高鉻磚。高鉻磚雖然具有優(yōu)異的化學(xué)和熱機(jī)械穩(wěn)定性，但其抗熱震性相對(duì)較差，熔渣會(huì)沿著氣孔和裂紋滲入耐火材料內(nèi)部，并與磚內(nèi)的化學(xué)成分反應(yīng)生成新的物相［23］。Cai等［24］在模擬煤氣化氣氛下，對(duì)Cr2O3-Al2O3-ZrO2磚與堿性煤渣相互作用的動(dòng)態(tài)侵蝕機(jī)制進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，堿性渣對(duì)高鉻磚的侵蝕主要包括對(duì)基質(zhì)的侵蝕滲透以及對(duì)試樣表面Cr2O3骨料的侵蝕。熔渣中MgO和FeO與磚中Cr2O3和Al2O3在反應(yīng)層中相互作用形成（Mg，F(xiàn)e）（Al，Cr）2O4尖晶石固溶體層，使基質(zhì)結(jié)構(gòu)逐漸致密，從而減緩熔渣的進(jìn)一步滲透。當(dāng)熔渣滲透到基質(zhì)中時(shí)，ZrO2直接溶解到熔渣中，并隨著熔渣的滲透而滲入基質(zhì)內(nèi)部，形成無ZrO2的區(qū)域，脫鋯層厚度取決于ZrO2在熔渣中的溶解度以及滲透渣的量。

Chen等［25］分析了侵蝕前后的Cr2O3-Al2O3-ZrO2耐火襯里的相組成和顯微結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，熔渣中SiO2和CaO沿孔隙進(jìn)入磚中與Al2O3反應(yīng)形成CaO·Al2O3·2SiO2，使得基體致密化；并且熔渣中FeO滲入耐火材料后也與Al2O3和Cr2O3反應(yīng)，形成了復(fù)合尖晶石FeO·Cr（Al）2O3，它是一種高熔點(diǎn)化合物，附著在耐火材料表面。此外，CO和Cl2的氣體混合物也滲入高鉻磚中，并通過與ZrO2、Al2O3和Cr2O3的反應(yīng)加速對(duì)磚的侵蝕。

Zhou等［26］觀察了Cr2O3-Al2O3-ZrO2耐火材料與滲入煤渣相互作用后顯微結(jié)構(gòu)的變化，還研究了溫度和熔渣黏度對(duì)熔渣滲透深度的影響。通過用后分析證實(shí)，在氧化性氣氛中熔渣中Fe的存在形式是Fe2O3，而不是還原性氣氛中的FeO，熔渣在較高溫度下的黏度較低，所以其滲透深度隨著溫度的升高而增加，較高含量的Fe2O3熔融溫度削弱了在氧化氣氛中的熔渣滲透和化學(xué)腐蝕。Chen等［27］研究了在氣化爐中使用4 200 h后Cr2O3-Al2O3-ZrO2耐火磚的侵蝕，結(jié)果表明，在磚的表面形成了一個(gè)主要由（Mg，Al）（Cr，F(xiàn)e）2O4復(fù)合尖晶石組成的隔離層，該隔離層有效抑制了爐渣中主要侵蝕成分（FexO、MgO）的滲透。此外，基于EDS對(duì)侵蝕/未侵蝕界面中的主要侵蝕元素進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)總侵蝕深度取決于FexO的滲透距離。

由上述研究發(fā)現(xiàn)，Cr2O3-Al2O3-ZrO2耐火材料的侵蝕主要由熔渣溶解和擴(kuò)散機(jī)制控制，熔渣與Cr2O3-Al2O3-ZrO2耐火材料之間的相互作用在渣/耐火材料界面形成了穩(wěn)定的（Mg，Al）（Cr，F(xiàn)e）2O4復(fù)合尖晶石層以保護(hù)耐火材料。

2.2 MgO-MA、Al2O3-MA基耐火材料

隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高以及對(duì)Cr6+危害認(rèn)識(shí)的加深，世界各國紛紛出臺(tái)了一系列限制含鉻耐火材料應(yīng)用的政策，研制新型無鉻耐火材料的呼聲越來越高，因含MgAl2O4的耐火材料具有耐熱沖擊性和高耐火度，而成為無鉻耐火材料的首選材料，并且已經(jīng)越來越多地被用于煉鋼和水泥窯中。Cho等［28］研究了Al2O3-尖晶石材料抗CaO-Al2O3-SiO2熔渣的滲透行為及侵蝕機(jī)制。結(jié)果表明：在熔渣-耐火材料界面由MgO-Fe2O3與MgO·Al2O3之間的反應(yīng)形成MgO·（Al，F(xiàn)e）2O3復(fù)合尖晶石，其含量與富鎂尖晶石中MgO的含量成正比，提高了滲入渣的熔融溫度和黏度，抑制了熔渣的直接侵蝕。Martinez等［29］發(fā)現(xiàn)，向氧化鋁澆注料中添加尖晶石可抑制熔渣的滲透，因?yàn)樘砑拥募饩瘯?huì)迅速溶解，形成諸如CA6的化合物，在熔渣和尖晶石之間形成固溶體，從而改變?nèi)墼木植砍煞?。還使用回轉(zhuǎn)抗渣試驗(yàn)研究了爐渣成分對(duì)Al2O3-尖晶石澆注料蝕損的影響，發(fā)現(xiàn)耐火材料中尖晶石含量的增加可以降低蝕損率。

Junmo等［30］研究了不同耐壓強(qiáng)度的鎂鋁尖晶石耐火材料與高錳渣接觸時(shí)的蝕損行為，發(fā)現(xiàn)具有高耐壓強(qiáng)度的試樣比低耐壓強(qiáng)度試樣的抗熔渣侵蝕性能更好，這是由于高耐壓強(qiáng)度試樣中基質(zhì)與骨料的結(jié)合程度較強(qiáng)且氣孔率較低，從而能有效阻止熔渣的進(jìn)一步滲透。國內(nèi)外其他科研工作者也對(duì)高溫下熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石材料的侵蝕機(jī)制開展了大量的研究［31-32］，結(jié)果證實(shí)熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石的侵蝕方式以滲透為主，因此該材料還需要強(qiáng)化顆粒與基質(zhì)間的結(jié)合強(qiáng)度，以提高其抗熔渣滲透性能。

3 熔渣對(duì)氧化物-碳復(fù)合耐火材料的侵蝕

MgO-C磚作為一種含碳耐火材料，既利用了鎂砂的高抗渣侵蝕能力，又利用了石墨的高導(dǎo)熱性和低膨脹性，另外，石墨的存在有效彌補(bǔ)了鎂砂耐剝落性能差的缺點(diǎn)。關(guān)于鎂碳磚的侵蝕機(jī)制，國內(nèi)外進(jìn)行了許多研究，通常認(rèn)為熔渣對(duì)MgO的溶解以及磚中碳的氧化是使其壽命縮短的主要原因［33-35］。Chen等［36］研究了Fe的添加對(duì)氧化氣氛下MgO-C材料抗渣侵蝕性的影響。結(jié)果表明，熔渣對(duì)MgO-C耐火材料的侵蝕都是通過典型的氧化-滲透-脫離機(jī)制發(fā)生。對(duì)于含F(xiàn)e的耐火材料，石墨的氧化優(yōu)先于鐵的氧化，這是由于石墨的間接氧化以及Mg蒸氣與界面處的氧氣反應(yīng)在熱面原位形成了致密的MgO層，有效地抑制熔渣的進(jìn)一步滲透，該保護(hù)層是氧化氣氛中MgOC耐火材料具備優(yōu)異的抗渣侵蝕性的關(guān)鍵因素。致密的MgO層的形成機(jī)制涉及兩個(gè)關(guān)鍵步驟：還原形成Mg蒸氣及其氧化和重結(jié)晶MgO［37］。Liu等［38-39］系統(tǒng)探究了熔渣在MgO-C耐火材料上的潤濕、擴(kuò)散和侵蝕行為。發(fā)現(xiàn)熔渣通過晶界和溶解MgO形成的通道以及熔渣與碳之間的氧化還原反應(yīng)形成的孔和通道滲入MgO-C耐火材料，MgO的溶解以及熔渣與耐火材料之間的化學(xué)反應(yīng)改變了潤濕和擴(kuò)散過程，加劇了對(duì)MgO-C耐火材料的侵蝕。此外，在界面附近發(fā)現(xiàn)了MgAl2O4，相關(guān)研究證實(shí)，原位形成MgAl2O4可以提高M(jìn)gO-C耐火材料的抗渣侵蝕性。

Al2O3-C耐火材料含有5%～30%（w）的碳，具備優(yōu)異的熱機(jī)械和熱化學(xué)性能，是常用的功能性耐火材料。Kumar等［40］研究了Al2O3-C耐火材料在1 550℃下與MnO-SiO2-Al2O3三元渣和MnO-SiO2二元渣接觸后的侵蝕行為，考察了侵蝕反應(yīng)的瞬態(tài)過程隨時(shí)間和耐火材料成分的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，兩種熔渣在耐火材料基體中都有明顯的滲透，三元渣的滲透深度隨著耐火材料中碳含量的增加而增加。侵蝕在很大程度上由界面區(qū)域的溶解反應(yīng)決定，剛玉在耐火材料中溶解，形成針狀剛玉晶體，在長時(shí)間接觸后轉(zhuǎn)變?yōu)橛心哿Φ木W(wǎng)狀剛玉晶體。

Kumar等［41］還在1 550℃下研究了ZrO2-C耐火材料與50%（w）MnO-25%（w）SiO2-25%（w）Al2O3的三元渣接觸時(shí)的損毀行為。ZrO2的原位碳熱還原和熔渣中可還原氧化物的存在顯著減少了碳，促進(jìn)了熔渣的進(jìn)一步滲透。熔渣與ZrO2之間的相互作用導(dǎo)致ZrO2顆粒中的Y2O3耗盡，從而加劇ZrO2在富渣區(qū)域的擴(kuò)散速率。

Zuo等［42］通過回轉(zhuǎn)抗渣法在1 450～1 550℃下研究了新型Al2O3-SiC-SiO2-C復(fù)合耐火材料對(duì)高爐熔渣的耐蝕性，并將其與常規(guī)剛玉耐火材料進(jìn)行比較。Al2O3和3Al2O3·2SiO2相的溶解可能是Al2O3-SiC-SiO2-C復(fù)合耐火材料侵蝕的主要原因，并且熔渣層中較高熔點(diǎn)的化合物可能在熱面襯里上結(jié)晶，形成了更穩(wěn)定的減輕侵蝕的保護(hù)層。與傳統(tǒng)的剛玉耐火材料相比，新型Al2O3-SiC-SiO2-C復(fù)合耐火材料中的碳和SiC相不易被熔渣潤濕，因此具備更好的抗渣侵蝕能力。

除了耐火材料的類型之外，試樣的微觀結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)是影響耐火材料抗熔渣侵蝕性的決定性因素［43-44］。在氧化物基耐火材料中添加一定量的碳質(zhì)材料后，能夠使耐火材料致密化，提高耐火材料的密度，盡可能減少其顯氣孔率，從而抑制熔渣向耐火材料內(nèi)部的滲透，顯著改善了耐火材料的抗渣侵蝕性和抗熱震性能。但是其也存在著較為明顯的缺點(diǎn)，主要是氧化物組分和炭素在高溫下很容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使耐火材料組織劣化。

4 結(jié)語與展望

熔渣在耐火材料中的擴(kuò)散速率主要受滲透渣黏度控制，如果在渣/耐火材料界面生成高黏度或高熔點(diǎn)的相，就能夠減緩熔渣對(duì)耐火材料的侵蝕；另一方面，可以調(diào)整控制耐火材料的組成，通過耐火材料與熔渣的反應(yīng)來改變滲透渣的成分，降低它對(duì)耐火材料的侵蝕與滲透；還可以通過替代工藝技術(shù)，生成被動(dòng)的保護(hù)性涂層，阻礙熔渣對(duì)耐火材料的侵蝕。

目前對(duì)氧化物基耐火材料抗渣侵蝕性能的研究仍然存在一些不足，在未來研究耐火材料抗渣侵蝕性的過程中，需要改進(jìn)和開展的研究可以集中在以下幾方面：1）利用目前對(duì)熔渣與耐火材料之間相互作用的理解，開發(fā)出更耐侵蝕的耐火材料，可以通過在耐火材料中形成受控邊界層或使用良性邊界層相來進(jìn)行。2）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室抗渣侵蝕測試的條件，使其更接近實(shí)際工況條件，改善表征技術(shù)，以期詳盡了解耐火材料的抗熔渣侵蝕機(jī)制。3）嘗試建立一個(gè)全面的高溫侵蝕理論模型，以及通過有限元分析對(duì)涉及的主要化學(xué)溶解現(xiàn)象進(jìn)行模擬計(jì)算。

高溫工業(yè)領(lǐng)域越來越重視生產(chǎn)能效和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對(duì)耐火材料也提出了更高的要求。隨著國內(nèi)外科研工作者的不斷深入研究，采用新技術(shù)、新工藝制備的耐火材料抗渣侵蝕性能不斷改善，耐火材料也從單一追求高性能轉(zhuǎn)向以長壽化、綠色化、功能化等為目標(biāo)導(dǎo)向。氧化物-碳復(fù)合耐火材料在高溫強(qiáng)度、抗侵蝕性、抗氧化性及抗熱震性等方面都有其自身顯著的優(yōu)勢，因此，氧化物-碳復(fù)合耐火材料已經(jīng)開始成為今后的研究熱點(diǎn)，有望發(fā)展成為新一代的優(yōu)質(zhì)高效耐火材料。