专利中将研制的矾土-氮化硅铁复合耐磨砖取代传统的尖晶石砖,用于大型水泥回转窑过渡带,价格更低廉,耐磨性更好,寿命可达5a以上,提高了大型水泥回转窑的运转率。炮泥炮泥是一种用于堵塞高炉出铁口的重要耐火材料,出铁时,渣、铁同时从出铁口排出。随着高炉的大型化和长寿化,高风温、富氧喷吹、高压等冶炼技术的不断强化,对出铁口炮泥的性能提出了更高的要求,如具有高的抗化学、渣和生铁侵蚀性,良好的烧结性、填充性,优良的抗热震性和高温体积稳定性,环境污染小,易开口,能延长出铁时间并保护炉缸。
氮化硅铁中少量的SiO2在高温下也消失了,少部分Si3N4转变为Si2N2O,与Fe3Si—起弥散于新相SiC之中!2无碳复合材料张勇等和PengDayan等在SiC颗粒中添加硅铁粉(FeSi2),加压成形后在氮化炉内直接氮化烧成氮化硅铁结合SiC复合材料时,发现硅铁粉的添加量应小于15%(w),而且还需通过控制氮化炉内氮的平衡分压和减缓升温速率的措施来控制氮化反应的进度,以此减缓氮化过程中试样内部的应力,防止试样的损坏。
加入氮化硅铁的炮泥在高温加热过程中,发生的反应除了沥青的分解、炭化和助烧结剂的液相烧结外,主要反应就是氮化硅铁在含碳材料中的反应,其气氛主要是含NOCO2和CO等的混合气体.其可能发生的主要反应如下:可见,加入氮化硅铁后,在高温下试样表面的Si3N4能氧化生成SiO2保护膜,阻碍炮泥的进一步氧化,提高炮泥的抗氧化性能。炮泥中的氮化硅铁在反应触媒——金属塑性相Fe和碳的参与下反应生成Si2N2O、SiC和AlN新相,强化了炮泥的基质和组织结构,提高材料的中温和高温强度.
梅钢高炉炮泥中添加氮化硅铁后,增强了炮泥的抗渣和抗冲刷性能,卡焦现象的发生也得以降低.但也有研究均认为氮化硅铁的加入量对炮泥的抗渣侵蚀性影响不大或很小。将氮化硅铁和金属相Al和Si同时加入到无水炮泥中,利用原位反应生成氮化物和氢氧化物,自修复和自增强被破坏的炮泥组织结构的原理,研制出高性能的无水炮泥,而且已成功应用于首钢、迁钢和首秦。亓华涛发现:炮泥中添加氮化硅铁后,与加入SiC或的炮泥相比,其各个温度下的高温抗折强度都有不同程度的提高,其原因在于氮化硅铁中存在延性颗粒增强体Fe和金属间化合物Fe3Si,Fe3Si促进了炮泥烧结和α-Si3N4向β-Si3N4的转变,提高了氧化物、非氧化物间的结合强度。
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氮化硅铁中的Si3N4具有不与渣和铁完全润湿的优点,可以改善铁沟浇注料的抗侵蚀性;Si3N4的氧化产物会在试样表面形成SiO2保护膜,阻碍了材料的进一步氧化,增强其抗氧化性能;金属塑性相Fe具有助烧结作用,可以改善浇注料的力学性能。陈俊红等比较了8%(w)的氮化硅和氮化硅铁对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料在1500℃时的防氧化行为!结果发现,高温氧化气氛下,表面氮化硅铁中的Si3N4首先氧化生成SiO2,构成氧化层的主体;随着铁相材料的氧化,形成的氧化铁(Fe,)降低了氧化层的熔点及熔体的黏度,增进了熔体在浇注料表面上的润湿性和流动性,形成了覆盖于浇注料表面的氧化层而阻止了炭素材料的氧化,使其具有比纯Si3N4更好的抗氧化性能.
而发现氮化硅铁加入量为9%(w)时,抗渣性能好;当氮化硅铁量过大时,反应过程中大量游离铁的出现会造成材料内部出现大量的低共熔点物,从而降低浇注料的抗渣侵蚀性能。2镁质浇注料镁质浇注料具有耐火度和荷重软化温度高,不污染钢水,抗碱性渣侵蚀性好等特点,在炼钢炉及其钢包等热工设备上应用较多。涂军波等以二氧化硅微粉为结合剂,研究了不同氮化硅铁细粉加入量对镁质浇注料常温物理性能和高温力学性能的影响。发现在氮化硅铁加入量为3%(w)时,1200和1500℃烧后的常温强度以及1400℃的高温抗折强度均达到大,这是由于氮化硅铁加热过程中氧化生成的SiO2与镁砂生成了镁橄榄石,增加了材料的强度,铁相物质与氧化镁固溶促进了材料的烧结。