Einfluss der C-H-O-Atmosphäre auf die Vorhersagbarkeit der Korrosionsbeständigkeit feuerfester Erzeugnisse

Trotz mannigfaltiger Bemühungen ist es bisher nicht gelungen, die zerstörerische Einwirkung von Kohlenmonoxid auf feuerfeste Erzeugnisse quantitativ zu erfassen. In vielen Fällen liegen widersprüchliche Forschungsergebnisse vor. Auch der genormte „CO-Test“ führt zu stark streuenden Ergebnissen, wodurch die Beurteilung des untersuchten Feuerfestmaterials sehr unsicher ist. Die Untersuchung des Kristallisationsverhaltens des pyrolytisch abgeschiedenen Kohlenstoffes in feuerfesten Erzeugnissen war daher zwingend notwendig, um das allgemeine Verständnis für die Kohlenstoffeinlagerung zu verbreitern und eine bessere Vorhersage des Versagenspotentials einer Zustellung im Einsatz zu ermöglichen.

Hierfür wurden Modellversuche an reinen Katalysatorsubstraten bei unterschiedlichen Auslagerungsbedingungen in einem Röhrenofen durchgeführt. Variiert wurde die Gaszusammensetzung zwischen 100 und 92 % CO, wobei mit Wasserstoff und CO₂ verdünnt wurde. Ferner wurde die Temperatur zwischen 100 und 700 °C variiert. Mit 5 % H₂ wurde die höchste Abscheidungsrate ermittelt, welche mit rund 10.000 % Massezuwachs exorbitant ist und in keinem Verhältnis zu den ansonsten typische 800 bis 1000 % steht. Morphologisch unterscheidet sich der abgeschiedene Kohlenstoff nicht, wenn die Temperatur und die Gaszusammensetzungen modifiziert werden. Über 375 °C entstehen wurmartige Kohlenstoffstrukturen, die sich unter dem Transmissionselektronenmikoskop als zopfartig verflochtenen Kohlenstoffnanoröhren darstellen. Durch die Änderung der Gaszusammensetzung kann also kein Einfluss auf die Morphologie der Kohlenstoffabscheidung genommen werden. Damit kann eine Morphologieänderung des Kohlenstoffes als Grund für stark streuende Ergebnisse im CO-Test gemäß ISO 12676 ausgeschlossen werden.

Mit den neuen Erkenntnissen kann die allgemeine Auffassung widerlegt werden, dass die Kohlenstoffabscheidung zu einem späteren Zeitpunkt zum Stillstand kommt und kleinere Mengen an katalytisch wirksamen Verunreinigungen deshalb nicht für eine zerstörerische Kohlenstoffabscheidung relevant sind. Gerade im Dauerfutterbereich von feuerfesten Zustellungen, wo oftmals ideale Temperaturbedingungen für die Kohlenstoffabscheidungen bestehen können auch kleinere Mengen an katalytisch wirksamen Verunreinigungen zu einem zu frühen Ausfall führen. Durch die hier durchgeführten Untersuchungen wurden ausreichend fachlich fundierte Erkenntnisse gewonnen, die eine fachliche Überarbeitung der bestehenden Prüfnorm ISO 12676 zwingend erforderlich machen. Die Nnorm muss so umgearbeitet werden, dass zukünftig mit einem CO-H₂-Gasgemisch gearbeitet und die vier Klassen auf zwei, „beständig“ und „unbeständig“, reduziert werden müssen. Durch die hier gewonnenen Erkenntnisse werden zukünftig die Ergebnisse der Korrosionstests unter CO-Atmosphäre stets nachvollziehbar sein.