Einfluss der Permeabilität feuerfester Erzeugnisse auf ihre CO-Beständigkeit

Das Problem auf Seiten der Wirtschaft war, dass Wissen darüber fehlte, wie die physikalisch-chemische Zersetzungsprozesse von feuerfesten Zustellungen beim CO-Bursting von der Permeabilität, also der Wegsamkeit des CO innerhalb der feuerfesten Erzeugnisse, beeinflusst werden. Somit kann die CO-Beständigkeit auch nicht gezielt verbessert werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Kohlenstoffabscheidung in feuerfesten Materialien unter CO-haltiger Atmosphäre von einem Zusammenspiel aus katalytischer Aktivität (Hämatit-Gehalt), Porenstruktur (offene Porosität) und mikrostrukturellen Prozessen abhängt:

Kritische Schwellenwerte: Erst für einen Hämatit-Gehalt von 0,175 Ma.-% konnte in den Ergebnissen festgestellt werden, dass die Poreneigenschaften einen rele-vanten Einfluss auf die Kohlenstoffabscheidung haben. Bei hohen Verunreini-gungsgraden mit Hämatit zeigte sich besonders bei höheren zugrundeliegenden offenen Porositäten eine verstärkte Kohlenstoffabscheidung – sowohl hinsichtlich der Menge an abgeschiedenem Kohlenstoff als auch der Geschwindigkeit, in der er im Material abgeschieden wird. Bei niedrigeren Verunreinigungsgraden sind diese Einflüsse nicht im gleichen Ausmaß ersichtlich. Hier lassen sich zwar marginale Unterschiede bzgl. der Abscheidungsmengen feststellen, aber kein eindeutiger Trend.

Offene Porosität: Sie steuert nicht nur die Menge, sondern auch die Kinetik der Kohlenstoffabscheidung. Dies führen wir auf die verbesserte Durchströmbarkeit des Materials zurück. Dadurch erhöht sich die Konzentration an CO innerhalb des Werkstoffgefüges und mehr katalytisch wirksame Partikel (eisenhaltige Oxide) werden vom reduzierenden Gas erreicht. Auch die Bildung von Rissen durch Kohlenstoffabscheidung erhöht im weiteren Verlauf die offene Porosität des Gefüges und sorgt somit für eine verstärkte Kohlenstoffabscheidung.

Permeabilität: Die Permeabilität zeigte in unseren Untersuchungen keinen gezielten und direkten Einfluss auf die Kohlenstoffabscheidung. Es lässt sich jedoch feststellen, dass die erhöhte Zugabe von Fasermaterial und damit die Steigerung der Permeabilität zu einer marginalen Verringerung der Abscheidungsmenge an Kohlenstoff führt. Diese Annahme wird durch verringerte Mengen an nachweisbaren CNTs in der Probenmitte unterstrichen. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass die Permeabilität – anders als die offene Porosität – für durchgehende Gastransportwege im Gefüge sorgt und somit CO-Gas statt in den offenen Poren zu verbleiben, durch den Probenkörper hindurch strömt und somit nicht im gleichen Maß zur Reduzierung an den Hämatit-Körnern beiträgt.

Für die praktische Anwendung bedeutet dies, dass die Kontrolle der Porosität und die Minimierung katalytisch aktiver Verunreinigungen entscheidend sind, um die Lebensdauer feuerfester Materialien in CO-haltigen Umgebungen zu verlängern. Zudem sollte die Faserzugabe als Möglichkeit zur Beeinflussung der Permeabilität und damit der Kohlenstoffabscheidung weiter erforscht werden.