为什么要严格控制抗渗碳砖中氧化铁的含量?

　　为什么要严格控制抗渗碳砖中氧化铁的含量？

　　抗渗碳砖用于砌筑渗碳炉，可以是粘土质也可以是高铝质，严格控制氧化铁含量w(Fe₂O₃)≤1%。因渗碳炉内的还原气氛中的H₂和CO会使氧化铁发生还原性反应，在砌体中产生Fe.Fe₂C、C等新生结构使体积膨胀，引起砖层破坏、疏松、剥落，使其强度大大下降。抗渗碳砖分轻质和重质两种。萤质抗渗碳砖用于无罐气体渗碳炉的炉膛内表面层和受负荷较大易磨损的部位，轻质抗渗碳砖用于无罐气体渗碳炉的隔热层。

　　耐火材料中含有的这种不稳定氧化物超过一定量时，是不宜用于控制气氛炉和真空炉。因为Fe₂O₃会与炉气中的CO和H₂发生如下反应，即

　　Fe₂O₃+3CO = 2Fe+3CO₂

　　Fe₂O₃+3H₂ = 2Fe+3H₂O

　　而经还原生成的铁，又是如下反应的催化剂，即

　　2CO=CO₂+C

　　因而加速了CO的分解和炭黑的沉积过程。

　　上述反应结果，会导致：

　　1、使开炉时炉气碳势上升缓慢，给炉内碳势控制带来了困难，并且会产生大量炭黑沉积；

　　2、铁的生成，破坏了砖体的组织结构和砖内颗粒间的牢固结合，使砖体变得疏松，甚至碎裂；

　　3、Fe₂O₃被H₂还原而生成H₂O，使炉内露点上升，工件被氧化，达不到少无氧化加热的效果。

　　另外，实践还表明：当Fe₂O₃含量较高的砖用于氮基气氛炉时，砖内的氧会大量进入炉气，使炉气由原来的弱还原性变为氧化性，结果达不到工件光亮淬火加热的目的。

　　由此可见，用于控制气氛等要求较高的炉子，其耐火材料中的不稳定氧化物的含量，应给予限制。一般来说，对于渗碳气氛，砖内Fe₂O₃的质量分数应控制在1%以内；对于以氮气为基体的控制气氛炉，砖内Fe₂O₃的质量分数最好控制在0.5%以下。

　　(1) 高铝搁砖为了搁放、吊挂和相互隔开电热元件所使用的各种搁砖、硅砖、隔板砖、引出管等，均是电阻炉内较易损坏的耐火材料，这是因为这些砖直接接触电热元件，承受温度高，温度急变大，由于突出炉墙，容易遭到碰撞而被拆断。如在渗碳炉内或含有可控气氛炉内使用，容易造成积炭现象（碳渗入砖内或是炉内挂有炭丝），引起短路。因此，对这些材料要求耐火度高、高温结构强度大以及烧结良好。

　　一般要求高铝搁砖Fe₂O₃的质量分数不超过1.5%。氧化铁属于碱性，很容易与石英作用而生成硅酸铁（其熔点为1100℃)，在砖上形成黑点。被侵蚀之处逐步蔓延，形成更大的熔洞和渣蚀，以致引起电热元件的短路。氧化铁在450℃-550℃时，又是促进可控气氛中一氧化碳析出炭黑反应的催化剂。 炭黑沉积在砖中后使体积胀大，而导致砌体的强度下降和早期破坏。

　　采用高铝砖即可满足电阻炉用搁砖的要求，但最好不要采用耐火粘土砖。

　　(2) 抗渗碳砖普通耐火粘土砖的抗渗碳性气 氛能力差。其主要原因是砖中含有较多的Fe₂O₃，它与可控气氛中的CO和H₂在高温下发生如下化学反应：

　　3Fe₂O₃+CO = 2Fe₃O₄+CO₂

　　Fe₃O₄+CO= 3FeO+CO₂

　　FeO+CO = Fe+CO₂

　　3Fe₂O₃+H₂ = 2Fe₃O₄+H₂O

　　3Fe+C = Fe3C

　　2CO = C+CO₂

　　从以上反应式可以看出，由于Fe₂O₃不断还原，炉气中的水和CO₂含量增加，露点上升，影响炉内气氛的稳定性，延长炉内气氛从通气到恢复正常使用露点的时间。同时，Fe₃O₄、FeO、Fe和Fe3C的生成和转化，由于它们的密度不同导 致体积发生变化，使砖体疏松、脱落。此外，砖中的Fe₂O₃还原生成的Fe是2CO = C+CO₂反应的触媒，加速CO分解析出炭黑。炭黑在砖内沉积也造成体积胀大。

　　由此可见，耐火材料中Fe₂O₃质量分数的大小是抗渗碳能力好坏的重要标志。实践证明，Fe₂O₃的质量分数控制在1.0%以下就能满足要求，因此，把 Fe₂O₃质量分数在1.0%以下的耐火砖称为抗渗碳砖。

　　抗渗碳砖按照体积密度的不同，又可分为重质抗渗碳砖和轻质抗渗碳砖。对于重质抗渗碳砖，其气孔率要低，致密度要高。

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