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氮化硅在耐火材料工業(yè)中的應用
氮化硅陶瓷由于具有高溫強度高,耐磨性和耐蝕性好等優(yōu)異的高溫性能,被認為是很有發(fā)展前景的高溫結構材料。強共價鍵及高溫下的低擴散系數(shù),導致氮化硅陶瓷的制適必須借助于高溫高壓及燒結劑,否則很難生產(chǎn)出高質量的氮化硅材料。這些生產(chǎn)成本及設備的限制,冶金行業(yè)很難接受,所以,在耐火材料領域的研究起步較晚。研究也不深入,很多理論來源于陶瓷,沒有太多的創(chuàng)新。目前,氮化硅在耐火材料中以結合相的形式存在,通過金屬的氮化燒成,將剛玉或碳化硅等原料結合到一起,從而達到難燒結物相結合的目的。例如鋁電解槽用氮化硅結合碳化硅材料等等都是以氮化生成的Si3N4作為結合相,Si3N4也常常以粉料的形式引入到耐火材料中。
⑴在煉鐵耐火材料中的應用
近些年來,大型高爐所用的剛玉-碳化硅-氮化硅-碳制品有了長足的發(fā)展。而氮化硅、氧氧化硅或塞隆結合的碳化硅耐火制品在大型高爐的中段部位、焦爐承重部位已經(jīng)得到了大規(guī)模的應用。另外,剛玉-碳化硅-氮化硅-碳質的耐火材料在魚雷車的應用也越來越多,其抗侵蝕性良好,耐磨損,抗沖刷,魚雷車內(nèi)襯耐火材料的使用壽命大大提高。
目前,國外己有約61%的高爐采用含Si3N4的耐火材料,特別是爐缸直徑為12-15mm的大型高爐采用它的己有68%。據(jù)統(tǒng)計,在過去10年里,在127座高爐里砌筑了3500噸以上的此類優(yōu)質制品。多數(shù)高爐的使用量為每座270?800噸,使用部位從風口、爐腹、爐腰到爐身中下部,而高爐中段主要推廣使用氮化硅結合制品。日本神戶鋼鐵公司古川鋼鐵廠,在混鐵車上嘗試添加少量的純β-Si3N4到AI2O3-SiC-C磚中,實驗證明,其抗渣蝕性和抗氧化性都得到明 顯改善。
⑵在煉鋼耐火材料中的應用
近幾年來,氮化硅在國內(nèi)外先后應用于鋼包底部的滑板材料中。在滑板中添加氮化硅質材料,提高了滑板的耐磨性、抗沖刷性和使用壽命,降低了鋼包精煉的噸鋼成本;
⑶在鋁、銅、鋅等有色金屬冶煉耐火材料中的應用
氮化硅陶瓷在高溫下與金屬溶液不潤濕,所以其可用于有色金屬冶煉過程的高溫部件,如測溫熱電偶套管,冶煉爐爐襯及各種容器內(nèi)襯、鉗堝等。氮化硅陶瓷制品抗熱震性好,可以在高溫下,或者在高溫-低溫循環(huán)中穩(wěn)定的長期使用。
⑷在窒具材料中的應用
陶瓷棚板即是以碳化硅為顆粒原料,金屬Si為細粉,在高溫氮氣氣氛下進行反應燒結制備的氮化硅結合碳化硅材料,使材料的性能得到大幅度地提高。同粘土結合的碳化硅棚板相比,材料的高溫性能得到大幅度提高,并且解決了粘土結合碳化棚板使用時因碳化硅的氧化導致棚板膨脹破壞的問題。
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