·1148· 工程科学学报，第40卷，第10期 (1) (2) (3) (a) 铁 空气 铁 孔器 82.9° 基片 50m 基片 铁 孔隙 最 基片 50用 基片 铁 孔隙← 基片 (b) 图22钢液与耐火材料的局部侵蚀.（a)钢液与耐火材料局部侵蚀的受力示意图：(b)实验得出的钢液与耐火材料的局部侵蚀[46] Fig.2 Local erosion of molten ste and refractories (a)force diagram for local e(b)local eroson during experiment] 140 K时，Lee等[s计算得出J,的值为约1，这意味着铁 1202 液表面的氧含量比钢液中高约1030倍.表面上较 高的氧含量会导致出现氧的过饱和度，使得有足够 100 的驱动力在铁液表面上形成FO.铁液表面氧的活 化趋势可能导致铁液表面的不稳定状态，这意味着 60 Fe在热力学上易在Fe表面上氧化成FeO.Al作为 40 脱氧元素，铁液表面的A!含量比铁液中的A!含量 20 约高1.7倍.因此，可以认为能促进在耐火材料和 铁液之间的界面处A山，O3的形成.实际浇铸过程中， 60 70 80 90 100 在浇铸初期形成的F0层可以与耐火材料反应形 基片中碳的质量分数% 成熔体层，侵蚀耐火材料. 图23不同碳含量的A20,-C基片与纯铁液滴在1873K下的接 触角52 3.3界面处的Marangoni效应对耐火材料的侵蚀 钢渣界面耐火材料的局部腐蚀是短钢铁冶炼过 Fig.23 Contact angle of liquid steel and Al2-C substrates with different carbon contents at 1873 K[s2] 程中耐火材料使用寿命的重要因素之一.Marangoni 效应在钢渣界面处的耐火材料的局部侵蚀中起重要 来衡量.Lee等s定义了氧的表面活度Jo,其定义 作用.Marangoni对流是由通过沿着两个相邻流体 式如下. 相（气-液或液-液）的界面的浓度梯度或温度梯度 -( =(RTT)哈 (17) 引起的.这种界面的对流伴随着较高的流速，使得 相关相之间或与相邻相间的界面处的质量传递急剧 式中：X。和X分别为氧和铁的质量分数；T为纯 增加 铁对氧的吸附系数；为无限稀释时氧的吸附系 图24为固液界面处耐火材料的侵蚀示意 数：R为气体常数，8.314J小mol1.K-1 图4-5].由于炉渣易润湿耐火材料，所以熔渣以高 众所周知，这些值可以非常高，并且界面处的表 度为h(cm)的凹入（毛细管上升）的方式向耐火材 面活性物质的含量通常比钢液中高几千倍.在1823 料运动，如图24(a)所示.钢液含有一定的溶解氧工程科学学报,第 40 卷,第 10 期 图 22 钢液与耐火材料的局部侵蚀. (a)钢液与耐火材料局部侵蚀的受力示意图;(b)实验得出的钢液与耐火材料的局部侵蚀[46] Fig. 22 Local erosion of molten steel and refractories:(a)force diagram for local erosion;(b)local erosion during experiment [46] 图 23 不同碳含量的 Al2O3 鄄鄄C 基片与纯铁液滴在 1873 K 下的接 触角[52] Fig. 23 Contact angle of liquid steel and Al2 O3 鄄鄄 C substrates with different carbon contents at 1873 K [52] 来衡量. Lee 等[53]定义了氧的表面活度 JO,其定义 式如下. JO = - ( 鄣酌 鄣X ) O XFe寅1 = (RT祝 O Fe)v 肄 O (17) 式中:XO和 XFe分别为氧和铁的质量分数;祝 O Fe 为纯 铁对氧的吸附系数;v 肄 O 为无限稀释时氧的吸附系 数;R 为气体常数,8郾 314 J·mol - 1·K - 1 . 众所周知,这些值可以非常高,并且界面处的表 面活性物质的含量通常比钢液中高几千倍. 在 1823 K 时,Lee 等[53]计算得出 JO的值为约 1,这意味着铁 液表面的氧含量比钢液中高约 1030 倍. 表面上较 高的氧含量会导致出现氧的过饱和度,使得有足够 的驱动力在铁液表面上形成 FeO. 铁液表面氧的活 化趋势可能导致铁液表面的不稳定状态,这意味着 Fe 在热力学上易在 Fe 表面上氧化成 FeO. Al 作为 脱氧元素,铁液表面的 Al 含量比铁液中的 Al 含量 约高 1郾 7 倍. 因此,可以认为能促进在耐火材料和 铁液之间的界面处 Al 2O3的形成. 实际浇铸过程中, 在浇铸初期形成的 FeO 层可以与耐火材料反应形 成熔体层,侵蚀耐火材料. 3郾 3 界面处的 Marangoni 效应对耐火材料的侵蚀 钢渣界面耐火材料的局部腐蚀是短钢铁冶炼过 程中耐火材料使用寿命的重要因素之一. Marangoni 效应在钢渣界面处的耐火材料的局部侵蚀中起重要 作用. Marangoni 对流是由通过沿着两个相邻流体 相(气鄄鄄液或液鄄鄄液)的界面的浓度梯度或温度梯度 引起的. 这种界面的对流伴随着较高的流速,使得 相关相之间或与相邻相间的界面处的质量传递急剧 增加. 图 24 为 固 液 界 面 处 耐 火 材 料 的 侵 蚀 示 意 图[54鄄鄄55] . 由于炉渣易润湿耐火材料,所以熔渣以高 度为 h(cm)的凹入(毛细管上升)的方式向耐火材 料运动,如图 24( a)所示. 钢液含有一定的溶解氧 ·1148·