耐火材料的隐形杀手：一氧化碳侵蚀机理与检测策略演进

在高温工业环境中，尤其是在高炉、气化炉等关键设备内部，耐火材料的服役寿命直接关系到生产的安全与效率。除了高温、高压和化学熔融物的侵蚀，一种更为隐蔽的破坏形式——一氧化碳（CO）侵蚀，正扮演着材料“隐形杀手”的角色。这种侵蚀并非简单的化学反应，而是一种足以导致材料内部结构崩解的物理破坏过程。

所谓抗CO侵蚀性，正是衡量耐火材料在这种特定气氛下，抵抗结构开裂与粉化的核心性能指标。当耐火材料处于400~700°C的温度区间，并遭遇高浓度的CO气氛时，一场源于材料内部的破坏便悄然启动。CO在此温度下会发生歧化反应（2CO → CO₂ + C），分解出的游离碳会选择性地在材料内部的铁或其氧化物触媒点周围沉积。这些不断积聚的碳，如同在材料微观孔隙中生长的楔子，产生巨大的内应力，最终导致材料从内部开裂、强度锐减，直至崩裂损坏。因此，从材料设计的源头降低显气孔率和控制氧化铁等催化性杂质的含量，是提升其抗CO侵蚀能力的根本路径。

然而，如何精准评估这种破坏，长期以来一直是行业内的一个挑战。国际上对此尚未形成统一的测试标准。传统的评价方法，如美国的ASTM C288-87和英国的BS 1902:3.10，主要依赖于宏观的定性观察。这些方法通常将试样置于特定温度（前者为495~505°C，后者为450°C）和高浓度CO气氛中，持续侵蚀长达200小时，最后通过目测裂纹的产生和碳素沉积的程度来判断材料的受损情况。这种方式虽然直观，但其周期长、效率低，且主观性强。其他一些方法，例如膨胀测量法，对于由微量碳沉积引发的早期、细微损伤又难以做出灵敏的评价。

显然，仅凭肉眼观察已无法满足现代工业对材料性能的精细化要求。研究人员开始探索更为量化的评价体系。例如，通过对比CO侵蚀前后试样的常温耐压强度、显气孔率和质量变化等一系列物理性能参数，可以更客观、更精确地判定材料的损伤程度。这种综合性的耐火材料性能检测，为材料的筛选和质量控制提供了更为可靠的数据支撑。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），专业的权威第三方检测机构，央企背景，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

更进一步的挑战在于，实验室的纯CO环境与真实的工业环境存在差异。以高炉为例，其内部气氛实际上是一种含有约7%氢气的混合气体。氢气的存在可能会显著影响CO的分解动力学。那么，能否在实验室中更真实地模拟工况，并同时解决测试周期过长的问题？

针对这一课题，研究者以高炉喷补料为对象，进行了一项关键的对比实验。他们分别在纯CO气氛和95% CO + 5% H₂的混合气氛中测试了材料的抗CO侵蚀性。结果揭示了一个重要现象：在含有氢气的混合气氛中，材料的侵蚀过程被显著加速。同一试样在95% CO + 5% H₂气氛中反应24小时后所呈现的损伤状态，与在纯CO气氛中经历200小时侵蚀的结果高度相似。

这一发现为抗CO侵蚀性测试带来了革命性的改变。它证明了使用CO-H₂混合气氛不仅能够更准确地模拟高炉等实际工况，还能将测试时间从200小时大幅缩短至24小时，极大地提升了研发和质检效率。这种加速测试方法的建立，是耐火材料质量控制解决方案中的一个重要进步，使得快速、准确地评估高炉耐火材料等关键产品的性能成为可能。