耐火材料廣泛應(yīng)用于高溫工業(yè)，如鋼鐵、陶瓷、玻璃、電力、有色金屬、化學(xué)工業(yè)、石油和環(huán)境保護(hù)等高溫爐窯中，是支撐這些工業(yè)的基礎(chǔ)。作為高溫爐窯內(nèi)襯所用定形或不定形耐火材料，在使用中都受到高溫或溫度激變、氣氛變化以及粉塵、蒸汽和液體的腐蝕和/或爐渣的侵蝕、腐蝕，使用條件非?？量?，蝕損形態(tài)極為復(fù)雜。其損毀形式主要體現(xiàn)為同爐渣、處理劑反應(yīng)所引起的蝕損和因熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋(龜裂)所引起的剝落損毀。其中，耐火材料的剝落通?？梢苑譃閱渭冇蔁釕?yīng)力引起的高溫剝落(也稱(chēng)熱剝落)和由于爐渣滲透等所造成的組織變化與熱應(yīng)力復(fù)合作用所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)剝落。通過(guò)對(duì)不同使用條件的觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)高溫爐窯用各種耐火材料的損毀不只是渣蝕(連續(xù)型)，還往往有斷裂和剝片(非連續(xù)型)。一般的損毀方式，按概念歸納為三種最基本的類(lèi)型，如圖1-1所示。

圖1 爐窯耐火內(nèi)襯損毀的概念圖

方式Ⅰ稱(chēng)為熱的、機(jī)械的剝片，它是由爐窯熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力所產(chǎn)生的耐火內(nèi)襯不規(guī)則的龜裂，從而導(dǎo)致耐火內(nèi)襯的過(guò)快損毀。

方式Ⅱ稱(chēng)為結(jié)構(gòu)剝落，它是由于熔渣的浸透和加熱面上發(fā)生溫度波動(dòng)使其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，因而形成特有的變質(zhì)結(jié)構(gòu)層，在原質(zhì)層與變質(zhì)層的界面上產(chǎn)生同加熱面平行的裂紋，進(jìn)而使耐火內(nèi)襯呈層帶剝落損毀。

方式Ⅲ稱(chēng)為熔流，它是由于同鋼水、鐵水和熔渣等反應(yīng)生成熔點(diǎn)較低的物質(zhì)所產(chǎn)生的熔流或磨損，主要是由于產(chǎn)生液相而使表面層蝕損等。

除此之外，整個(gè)耐火內(nèi)襯由于其體積收縮所引起的砌縫擴(kuò)展或拉開(kāi)，也是造成耐火內(nèi)襯局部快速損毀的主要原因之一。

在上述各種損毀類(lèi)型中，其中方式Ⅰ及方式Ⅱ使?fàn)t窯用耐火材料的損毀形態(tài)復(fù)雜，并且往往成為加速其損毀的原因。

為了滿(mǎn)足鋼鐵冶煉技術(shù)迅速發(fā)展的要求，在氧化物系耐火材料的基礎(chǔ)上，添加如尖晶石(MgO·Al2O3、MgO·Cr2O3和2MgO·TiO2等)以及莫來(lái)石等化合物組分或者引入碳、碳化物、氮化物等非氧化物成分，在陶瓷領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的許多新型耐火材料品種，通過(guò)各種碳化物、氮化物、金屬間化合物的試用以及各種先進(jìn)工藝的積極采用，并對(duì)熔渣進(jìn)行控制，從而顯著地提高了耐火材料對(duì)熔渣、金屬熔損的抵抗(耐蝕性)等性能。然而，由于使用條件的不斷改進(jìn)，耐火材料的使用環(huán)境也在不斷變化。例如，對(duì)于轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)的不同鋼種以及熔融還原爐等應(yīng)用環(huán)境，由于熔渣、氣體、金屬相相互分散所形成的分散系的激烈沖刷，在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)使用環(huán)境非常困難。

另外，隨著耐火材料耐蝕性的提高，單一熔渣相、金屬相造成的熔損減少，而熔渣-氣體、熔渣-金屬界面或者耐火材料砌縫等部位的局部熔損現(xiàn)象卻明顯增加了。局部熔損是加速耐火材料蝕損的主要原因，則是物質(zhì)遷移系數(shù)(反應(yīng)速度常數(shù))因馬欒哥尼對(duì)流而明顯增大的結(jié)果。因此，只有通過(guò)對(duì)局部熔損進(jìn)行控制才能穩(wěn)定耐火材料的使用壽命。也就是說(shuō)，只有明確局部熔損機(jī)理以及采用相應(yīng)對(duì)策才能降低耐火材料的局部熔損，提高爐襯耐火材料的使用壽命。

各種爐窯耐火內(nèi)襯產(chǎn)生的蝕損均可通過(guò)對(duì)其使用后的殘余襯體進(jìn)行分析，也可在實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)熱力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和整理。

一般說(shuō)來(lái)，耐火材料在實(shí)際使用過(guò)程中在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。在這種情況下，耐火材料研究和開(kāi)發(fā)的目標(biāo)就是在耐火材料內(nèi)部建立起動(dòng)力學(xué)屏障，以抵抗最終不可逆的結(jié)構(gòu)和組成變化所引起的損毀，從而達(dá)到提高其使用效果的目的。