而且过量铁元素的存在也会使试样在高温时的液相量增多,导致试样强度下降!陈俊红等研究发现,当氮化硅铁加入量为12%(w)时,有助于提高炮泥的高温抗折强度和抗冲刷性,延长出铁时间!邱海龙等和占华生等分别将含氮化硅铁5%和10%(w)的Al2O3-SiC-C无水炮泥在3200、580、260和2000m3等大中型高炉上进行了成功应用,无水炮泥的中高温强度和抗侵蚀冲刷性能得到了明显提高,炮泥使用过程中的扩孔速度慢,开口性能好,出铁时间延长到120min以上,减少了出铁次数,大幅降低了炉前工人的劳动强度!
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炮泥已从单纯的消耗性耐火材料转变成功能性耐火材料,其质量的好坏直接关系到高炉生产能否顺行。传统的炮泥已经不能适应现代冶炼要求,开发高性能炮泥势在必行!Si3N4具有熔点高、强度高、抗热震性好和结构稳定的特点,在一定程度上提高了炮泥的高温强度、抗氧化性、抗侵蚀和抗冲刷性能,但炮泥的开口性能改善不明显,而且Si3N4价格又比较昂贵,限制了其在炮泥中的使用。氮化硅铁具有Si3N4的所有特性,含有的金属塑性相Fe能促进烧结,在一定程度上又能解决Si3N4难烧结的问题,而且价格比Si3N4低廉,故对氮化硅铁在炮泥中应用的研究越来越多!
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氮化硅铁结合SiC复合材料在1100~1300℃的氧化主要是SiC与Si3N4的氧化,氧化产物SiO2能起到保护膜的作用,阻止进一步的氧化;而且,氧化反应初期单位面积的质量变化符合直线规律,氧化中期符合二次曲线规律,氧化后期符合抛物线规律.研究还表明,相比Si3N4结合SiC复合材料,氮化硅铁结合SiC复合材料中的Fe还可以提高材料的抗热震性!朱晓燕等以FeSi75和SiC为主要原料,直接氮化烧结,在1450℃成功制备了性能优异的氮化硅铁结合SiC复合材料,此材料的耐压强度为145MPa,荷重软化开始温度为1750℃,其主要物相组成为SiC、α-Si3N4和Fe3Si,氮化产物以α-Si3N4为主,并有少量的β-Si3N4;而且Fe并未参加氮化,而是以稳定的金属间化合物Fe3Si的形式分散于晶界中!
这些新物相的形成增强了颗粒与基质之间以及基质内部的结合,提高了材料的力学性能!李勇等以过渡塑性理论为基础,成功研制出不烧氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料和不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料,无需高温烧成,生产工序简单,原料价格低廉,大大降低了生产成本,同时产品具有强度高、抗热震性好、抗侵蚀性好、寿命长等特点,满足了RH精炼用耐火材料无铬化的需求!同时还研制出不烧氮化硅铁-氧化铝复合无碳滑板,无需高温烧成,无需浸油工序,大大降低了生产成本,且滑板内因不含AI4C3和AlN,具有良好的抗水化性能,满足了洁净钢连铸的需求.
而浇注料内部的Fe并不是以氧化铁(FexO)的形式存在,对高温性能不会有害.刘斌的研究也得出同样的结论,并且发现氮化硅铁中的Si3N4在高温下氧化生成的N2和炭素材料氧化生成的CO会堵塞材料的内部气孔,从而有效地防止了进一步氧化.有研究表明:添加5%(w)的氮化硅铁可以提高Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的高温抗折强度、高温抗氧化性能!邢春山发现,随着氮化硅铁加入量的增加,铁沟浇注料的抗渣侵蚀性能略有提高.