同时,相对于氮化硅而言,氮化硅铁价格更低廉,也便于进行工业化推广和生产,因此已被用为耐火材料的原料、高温结合相和高温结构材料,现已广泛应用于高炉铁沟浇注料和炮泥中.近年来,对氮化硅铁材料及其在耐火材料中应用的研究越来越多,也取得了一些成果.在本文中,介绍了氮化硅铁的合成、特性及其在浇注料、炮泥和复合耐火材料中应用的研究进展,并对其进行了前景展望!目前氮化硅铁主要用于浇注料、炮泥和复合耐火材料等耐火材料中.
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!
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。
为了解决加入氮化硅铁后镁质浇注料不好烧结的问题,涂军波等又研究了B4C加入量对镁质浇注料力学性能的影响,结果表明,B4C的加入一方面促进了烧结,提高了试样中高温处理后的强度;但另一方面B4C在烧结过程中氧化产生液相,降低了颗粒之间的直接结合程度,使得试样的高温抗折强度下降。3高铝浇注料高铝浇注料具有力学性能好、抗渗透、耐侵蚀、抗冲击等优异性能,广泛用于电站、锅炉、熔铸炉、加热炉、均热炉、热处理炉和感应炉等炉衬的不同部位!
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高杰等以高铝矾土熟料为主要原料,以纯铝酸钙水泥为结合剂,研究了氮化硅铁加入量对熔铝炉用高铝质浇注料性能的影响。结果表明,随着氮化硅铁加入量的增加,因氮化硅铁氧化生成的SiO2与氧化铝反应生成莫来石,增加了烧后试样的常温强度;然而氮化硅铁的部分氧化会造成基质中出现孔洞,增加了熔渣对试样的渗透。当氮化硅铁加入量为5%(w)时,坩埚试样铝液渗透比较严重!复合耐火材料复合耐火材料是由两种或两种以上不同性质的耐火原料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的耐火材料!
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氮化硅铁在复合耐火材料中的应用主要侧重于含碳复合材料和无碳复合材料!1含碳复合材料王跃等发现在ASC砖中加入氮化硅铁时,氮化硅铁中的Si3N4在高温使用过程中会转化为Si2N2O;而且随着氮化硅铁加入量的增加,Si2N2O生成量增加,ASC试样的高温抗折强度和抗渣侵蚀性能不断提高。AI2O3-C系材料是冶金工业中常用的含碳复合材料,具有较高的强度、良好的抗热震性和抗渣性能,被广泛应用于连铸用功能性构件,如滑板。