了解了不同耐火原料化学的组成,对于铝硅系耐火材料抗还原性能的影响。随着原料中的SiO2含量以及 Fe2O3含量的增加,材料的抗还原性能越来越差。然而,耐火材料在还原气氛下的侵蚀速率不仅仅取决于材料的化学组成或是气孔率和孔隙结构,还包括还原气氛的组成、压力、温度和时间等。而且,在实际的还原性窑炉服役环境当中,由于每种炉直接还原的工艺不同,其所对应的炉内温度与压力也各有不同。因此,有必要对还原气氛的各项条件进行探寻。
分析认为,不同于纯H2还原,在混合气氛下,耐火材料的受损程度取决于还原反应与渗碳反应的共同作用,耐火材料中的Fe2O3会与H2和CO反应,被还原成FeO和单质Fe,进一步催化CO发生析碳反应析出碳(2CO(g)→CO2(g)+C(s)),CO在制品表面及内部(通过气孔进入)发生歧化反应,产生碳沉积,碳沉积伴随大量的体积膨胀导致耐火材料的结构受到严重破损,进而严重影响到耐火材料的相关服役性能。这也是导致含CO还原气氛下耐火材料性能下降更为明显的主要原因。如图所示,被还原后的高铝浇注料试样出现部分破损开裂的现象也证实了这一点。
关于H2和CO还原铁氧化物的表明,当温度在810℃以下时,CO的还原能力高于H2,而在810℃以上时则反之。虽然在更高的温度下时,H2在还原动力学要优于CO,但在当前的试验温度条件下,两者的还原能力相差并不大。另外,在铁氧化物的整个还原过程中,H2还原反应为吸热反应,将引起炉内环境温度的降低,由此派生的温度场效应也会在一定程度上阻碍还原反应的进行,降低还原速率;而CO还原反应为放热反应,将引起炉内环境温度的升高,派生的温度场效应会促进还原反应的进行。