熔渣易与耐火材料反应的关键在润湿和接触角

在高温熔体存在的情况下，耐火材料的损毁经常是化学侵蚀、机械作用和热应力作用的综合结果。化学侵蚀的表现形式主要为高温熔体向耐火材料中的渗透与耐火材料的熔解。熔渣通过气孔向耐火材料基质中的渗透速率最快，熔渣向耐火材料中的渗透程度与耐火材料的气孔孔径有着重要关系。随着气孔孔径的增大，熔渣驱动力随之增大，表明熔渣向耐火材料的渗透程度更深。熔渣的侵入量(渗透深度)与熔渣黏度和表面张力以及耐火材料的开口孔隙率、孔隙大小等密切相关，因此调控熔渣的组成或改变耐火材料的组成结构可以降低熔渣对耐火材料的润湿程度，阻止熔渣向耐火材料中的渗透。

润湿性是指1种液体在1种固体表面上铺展的能力或倾向性。两相之间的界面润湿性大小可由接触角来衡量，高温熔体的润湿行为是一个相对复杂的物理化学反应，熔渣对耐火材料的润湿性好，说明两者的亲和力较大，熔渣易与耐火材料反应，使耐火材料受到化学侵蚀。耐火材料的孔隙率相对较高，若熔渣对耐火材料的润湿性好，熔渣就极易通过耐火材料的气孔和裂隙等通道渗入耐火材料内部。当熔渣与耐火材料组成物相晶粒间的二面角为零时，熔渣还会沿晶界渗入扩散，肢解耐火材料骨料。渗入内部的熔渣与耐火材料相互作用，会形成与原来材料结构和性质不同的变质层。当温度发生剧烈波动时，变质层会发生崩裂脱落，这种崩裂脱落被称为结构脱落。结构剥落不像熔解和冲蚀只是对耐火材料表面的一步步侵蚀，而是几毫米甚至是几十毫米的大面积剥落损毁，对高温窑炉的炉衬寿命危害非常大。熔渣与耐火材料的润湿性越好，渗透也越深，变质层就越厚，结构剥落的危害也就越严重。因此，如何调控熔渣与耐火材料间的润湿性极为重要。

接触角是润湿性的关键指标。大部分物理润湿性的分析都基于它。它通常指的是一物体所形成的从液体表面到物体表面的最小角度，而这个角度深受两种不同液体的相互作用，而表示该液体的润湿性。首先从接触角来理解，接触角缩写是θc，源于英文Contact angle的缩写，是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θc,是衡量润湿程度的量度。接触角的大小跟润湿程度的参照详细如下：

（1）当θc=0，完全润湿；

（2）当θc﹤90°部分润湿或润湿，亲水；

（3）当θc=90°是润湿与否的分界线；

（4）当θc﹥90°不润湿，疏水；

（5）当θc=180°完全不润湿。

熔渣由多种复杂的金属氧化物组成，当熔渣与耐火材料不润湿时，提升材料表面的粗糙度，或降低耐火材料孔隙率，均可提高熔渣与耐火材料的接触角，阻止熔渣对耐火材料的进一步渗透和侵蚀。通过增大熔渣黏度、降低熔渣表面张力、引入与熔渣不润湿的组元、减小耐火材料气孔或气孔半径和增大耐火材料对熔渣的接触角都可以减小熔渣对耐火材料的润湿，从而降低熔渣对耐火材料的侵蚀，延长耐火材料的服役寿命。