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!
宋文等研究发现,氮化硅铁在AI2O3-C体系中高温下主要发生Si3N4向SiC的转变(α-Si3N4先转化为β-Si3N4,后转化为SiC),氮化硅铁中的Fe3Si颗粒在此过程中逐渐变小,分散于SiC新相和未转变完的β-Si3N4中,材料的组织结构致密!陈俊红等研究了Fe-Si3N4-C体系材料高温时的物相变化和Fe元素的作用机制,结果表明:与Si3N4-C材料相比,Fe-Si3N4-C体系中的Fe对Si3N4向SiC转化具有明显的促进作用,使SiC的生成温度大大降低;Fe-Si3N4中的Fe3Si在C存在条件下变为Fe-Si-C熔体,[Fe]的活度增加,继而与Si3N4反应并吸纳其中的Si而成为Fe-Si-C系高硅过渡中间相,且伴随过渡中间相的流动、渗透,继而与C反应生成SiC或在熔体中析出SiC结晶,实现Fe对Si3N4向SiC转化的促进作用;而SiC的形成也将铁粒子由大分割变小,终形成SiC新相中弥散着铁粒子的复相结构。
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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!
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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。
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!
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.