為什么要嚴(yán)格控制抗?jié)B碳磚中氧化鐵的含量？

　　抗?jié)B碳磚用于砌筑滲碳爐，可以是粘土質(zhì)也可以是高鋁質(zhì)，嚴(yán)格控制氧化鐵含量w(Fe₂O₃)≤1%。因滲碳爐內(nèi)的還原氣氛中的H₂和CO會(huì)使氧化鐵發(fā)生還原性反應(yīng)，在砌體中產(chǎn)生Fe.Fe₂C、C等新生結(jié)構(gòu)使體積膨脹，引起磚層破壞、疏松、剝落，使其強(qiáng)度大大下降。抗?jié)B碳磚分輕質(zhì)和重質(zhì)兩種。螢質(zhì)抗?jié)B碳磚用于無(wú)罐氣體滲碳爐的爐膛內(nèi)表面層和受負(fù)荷較大易磨損的部位，輕質(zhì)抗?jié)B碳磚用于無(wú)罐氣體滲碳爐的隔熱層。

　　耐火材料中含有的這種不穩(wěn)定氧化物超過(guò)一定量時(shí)，是不宜用于控制氣氛爐和真空爐。因?yàn)镕e₂O₃會(huì)與爐氣中的CO和H₂發(fā)生如下反應(yīng)，即

　　Fe₂O₃+3CO = 2Fe+3CO₂

　　Fe₂O₃+3H₂ = 2Fe+3H₂O

　　而經(jīng)還原生成的鐵，又是如下反應(yīng)的催化劑，即

　　2CO=CO₂+C

　　因而加速了CO的分解和炭黑的沉積過(guò)程。

　　上述反應(yīng)結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致：

　　1、使開(kāi)爐時(shí)爐氣碳勢(shì)上升緩慢，給爐內(nèi)碳勢(shì)控制帶來(lái)了困難，并且會(huì)產(chǎn)生大量炭黑沉積；

　　2、鐵的生成，破壞了磚體的組織結(jié)構(gòu)和磚內(nèi)顆粒間的牢固結(jié)合，使磚體變得疏松，甚至碎裂；

　　3、Fe₂O₃被H₂還原而生成H₂O，使?fàn)t內(nèi)露點(diǎn)上升，工件被氧化，達(dá)不到少無(wú)氧化加熱的效果。

　　另外，實(shí)踐還表明：當(dāng)Fe₂O₃含量較高的磚用于氮基氣氛爐時(shí)，磚內(nèi)的氧會(huì)大量進(jìn)入爐氣，使?fàn)t氣由原來(lái)的弱還原性變?yōu)檠趸裕Y(jié)果達(dá)不到工件光亮淬火加熱的目的。

　　由此可見(jiàn)，用于控制氣氛等要求較高的爐子，其耐火材料中的不穩(wěn)定氧化物的含量，應(yīng)給予限制。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于滲碳?xì)夥眨u內(nèi)Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在1%以內(nèi)；對(duì)于以氮?dú)鉃榛w的控制氣氛爐，磚內(nèi)Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好控制在0.5%以下。

　　(1) 高鋁擱磚為了擱放、吊掛和相互隔開(kāi)電熱元件所使用的各種擱磚、硅磚、隔板磚、引出管等，均是電阻爐內(nèi)較易損壞的耐火材料，這是因?yàn)檫@些磚直接接觸電熱元件，承受溫度高，溫度急變大，由于突出爐墻，容易遭到碰撞而被拆斷。如在滲碳爐內(nèi)或含有可控氣氛爐內(nèi)使用，容易造成積炭現(xiàn)象（碳滲入磚內(nèi)或是爐內(nèi)掛有炭絲），引起短路。因此，對(duì)這些材料要求耐火度高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大以及燒結(jié)良好。

　　一般要求高鋁擱磚Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)1.5%。氧化鐵屬于堿性，很容易與石英作用而生成硅酸鐵（其熔點(diǎn)為1100℃)，在磚上形成黑點(diǎn)。被侵蝕之處逐步蔓延，形成更大的熔洞和渣蝕，以致引起電熱元件的短路。氧化鐵在450℃-550℃時(shí)，又是促進(jìn)可控氣氛中一氧化碳析出炭黑反應(yīng)的催化劑。 炭黑沉積在磚中后使體積脹大，而導(dǎo)致砌體的強(qiáng)度下降和早期破壞。

　　采用高鋁磚即可滿足電阻爐用擱磚的要求，但最好不要采用耐火粘土磚。

　　(2) 抗?jié)B碳磚普通耐火粘土磚的抗?jié)B碳性氣 氛能力差。其主要原因是磚中含有較多的Fe₂O₃，它與可控氣氛中的CO和H₂在高溫下發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

　　3Fe₂O₃+CO = 2Fe₃O₄+CO₂

　　Fe₃O₄+CO= 3FeO+CO₂

　　FeO+CO = Fe+CO₂

　　3Fe₂O₃+H₂ = 2Fe₃O₄+H₂O

　　3Fe+C = Fe3C

　　2CO = C+CO₂

　　從以上反應(yīng)式可以看出，由于Fe₂O₃不斷還原，爐氣中的水和CO₂含量增加，露點(diǎn)上升，影響爐內(nèi)氣氛的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)爐內(nèi)氣氛從通氣到恢復(fù)正常使用露點(diǎn)的時(shí)間。同時(shí)，F(xiàn)e₃O₄、FeO、Fe和Fe3C的生成和轉(zhuǎn)化，由于它們的密度不同導(dǎo) 致體積發(fā)生變化，使磚體疏松、脫落。此外，磚中的Fe₂O₃還原生成的Fe是2CO = C+CO₂反應(yīng)的觸媒，加速CO分解析出炭黑。炭黑在磚內(nèi)沉積也造成體積脹大。

　　由此可見(jiàn)，耐火材料中Fe₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小是抗?jié)B碳能力好壞的重要標(biāo)志。實(shí)踐證明，F(xiàn)e₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.0%以下就能滿足要求，因此，把 Fe₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%以下的耐火磚稱為抗?jié)B碳磚。

　　抗?jié)B碳磚按照體積密度的不同，又可分為重質(zhì)抗?jié)B碳磚和輕質(zhì)抗?jié)B碳磚。對(duì)于重質(zhì)抗?jié)B碳磚，其氣孔率要低，致密度要高。

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