耐火材料在還原性窯爐服役環(huán)境下，還原性氣體會通過氣孔進入耐火材料內(nèi)部，與鋁硅系耐火材料中的部分組分以及氧化鐵等雜質(zhì)發(fā)生還原反應，進而引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，影響服役性能，因此，對鋁硅系耐火材料的主要化學成分進行還原氣氛下的化學反應熱力學模擬計算，能夠明確不同組分在還原氣氛下的穩(wěn)定性情況，指導耐材選取。
熱力學模擬的的主要對象包括 Al2O3、Fe2O3、SiO2、A3S2、MgO、CaO、TiO2、CA6等；主要氣氛條件包括純氫氣氛以及兩種還原性的爐內(nèi)氣氛。
下表所示為鋁硅系耐火材料典型組分以及雜質(zhì)成分在500℃ ~1500℃的溫度區(qū)間內(nèi)與 H2/CO 還原氣體之間可能發(fā)生的潛在化學反應，使用Reaction 模塊對上述潛在反應進行了模擬計算，得出在模擬溫度區(qū)間內(nèi)，典型組分中的 Al2O3、CaO、CA6、MgO 與 H2/CO 還原氣體之間發(fā)生反應的ΔG 始終大于0，反應不易發(fā)生，說明這些組分在 H2/CO還原氣氛條件下能夠保持較高的穩(wěn)定性。
除了表中所能發(fā)生的潛在反應外，在還原氣氛條件下，少量的雜質(zhì) Fe2O3會與鋁硅系耐火材料中的主要組分發(fā)生如式 3-1 至 3-3 的化學反應，進而影響材料的性能。
Al2O3+Fe2O3+H2---FeAl2O4+H2O （3-1）
SiO2+Fe2O3+H2---Fe2SiO4+H2O （3-2）
Al6Si2O13+Fe2O3+H2---Fe2SiO4+FeAl2O3+H2O （3-3）
鋁硅系耐火材料主要成分在純氫以及 H2/CO 混合氣氛下的熱力學平衡，經(jīng)過計算和分析可以得到以下結(jié)論：
（1）在 500℃~1500℃的溫度區(qū)間內(nèi)，純氫氣氛條件下，鋁硅系耐火材料的主要成分均可被還原為單質(zhì)和低價化合物。而在混合氣氛條件下，鋁硅系耐火材料的主要成分中的Al2O3、MgO、CaO和CA6等組分幾乎不會被還原，而A3S2、SiO2、TiO2、Fe2O3等組分會較容易被還原。
（2）在常壓及高壓下，各組分被氫氣還原的反應均可以發(fā)生。在500℃~1500℃的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，還原反應更容易發(fā)生，還原反應平衡正向移動。
（3）熱力學模擬計算結(jié)果表明，各氧化物組分在氫氣環(huán)境下的抗還原穩(wěn)定性排序為 MgO>CaO>Al2O3≈CA6>A3S2≈SiO2>TiO2>Fe2O3。
（4）鋁硅系材料發(fā)生莫來石分解和鐵、鈦化合物的還原反應可能導致材料的 微觀結(jié)構(gòu)和物理性能的大幅度變化。Fe2O3極易被還原，應控制其在材料當中的含量。