В данной статье описаны свойства кирпичей из карбида кремния на основе нитрида кремния, которые не только обладают высокой плотностью, высокой прочностью, хорошей устойчивостью к термоударам, высокой температурой размягчения под нагрузкой, хорошей теплопроводностью и высоким значением сопротивления, но и имеют отличную стойкость к плавлению и эрозии криолита, фторида алюминия, фторида натрия и фторида кальция, а также стойкость к окислению. В основном используется в строительной санитарной керамике, керамике повседневного использования, электрокерамике, производстве алюминия, меди, цинка, стали и сталепроката, выплавке чугуна, термообработке металлов, защите окружающей среды и других областях.
1. Введение
Кирпич из карбида кремния на связке с нитридом кремния – это современный огнеупорный материал, основным сырьем которого является песок из карбида кремния, а связующей фазой – нитрид кремния. Поскольку SiC и Si3N4 являются ковалентно связанными соединениями и их спекание затруднено, в промышленном производстве их обычно получают методом реакционного спекания. SiC в качестве заполнителя, добавляют порошок металлического кремния, выбирают рациональную градацию частиц, систему смешивания и процесс формования, после сушки заготовки в специальном обжиговом оборудовании, обжиг в атмосфере азота. В процессе обжига образуется Si3N4 (связующая фаза матрицы) в виде серо-белых кристаллов, который эффективно связывает частицы (агрегаты) SiC между собой, образуя пространственную сетевую структуру, что придает кирпичу характеристики, несравнимые с другими огнеупорными материалами. Нитрид кремния в сочетании с карбидом кремния – это разновидность специального кирпича из карбида кремния, используемого в зарубежных развитых странах в 1970-х годах в шлифовальных кругах, керамике, электрофарфоре и других отраслях промышленности. Такие как США, компания Norton, Carborundum, Германия ̶ An-nawevrk, компания HTK, Япония ̶ TKR, компания NGK и др. Этот материал появился в Китае в середине 1980-х годов, и после многих лет продвижения и применения постепенно пришло понимание превосходных характеристик нитрида кремния в сочетании с карбидом кремния.
2. Свойство
Высокотемпературная прочность при изгибе нитрида кремния в сочетании с карбидом кремния в 4-8 раз выше, чем у обычных огнеупоров; Коэффициент теплового расширения в два раза меньше, чем у высокоглиноземистых огнеупоров; Теплопроводность в 7-8 раз выше, чем у обычных огнеупорных материалов, а прочность увеличивается с повышением температуры. Когда температура повышается до 1400℃, прочность начинает снижаться; Но при понижении температуры до 1500℃ все еще сохраняются показатели прочности на изгиб при комнатной температуре, теплопроводность материала с повышением температуры постепенно снижается, плотность высокая, прочность высокая, устойчивость к тепловому удару, высокая температура размягчения под нагрузкой, хорошая теплопроводность, высокое электрическое сопротивление, обладает отличной стойкостью к криолиту, обладает отличной стойкостью к криолиту; Кроме того, он обладает отличной стойкостью к плавлению и эрозии криолита, фторида алюминия, фторида натрия и фторида кальция, а также стойкостью к окислению. Производительность описывается следующим образом:
- Кирпичи из карбида кремния на основе нитрида кремния имеют твердую текстуру и твердость по шкале Мооса около 9, что является высокой твердостью среди неметаллических материалов, а по твердости уступает только алмазу.
- Кирпичи из карбида кремния на основе нитрида кремния обладают высокой прочностью при комнатной температуре и сохраняют почти такую же прочность и твердость, как при комнатной температуре, при высоких температурах 1200-1400°C. Кирпичи могут использоваться при температурах до 1650-1750°C. При использовании различных атмосфер самая высокая температура безопасного использования может достигать 1650-1750 ℃.
- Малый коэффициент теплового расширения, высокая теплопроводность по сравнению с карбидом кремния и другими кирпичами, нелегко создавать тепловые напряжения, хорошая устойчивость к тепловым ударам, длительный срок службы. Стойкость к высокотемпературной ползучести, коррозионная стойкость, устойчивость к экстремальному холоду и жаре, стойкость к окислению, легкость придания высокой точности размеров в соответствии с требованиями, предъявляемыми к кирпичу.
3. Применение
3.1 Керамическая промышленность
3.1.1 Производство строительной санитарной керамики
На данном этапе обжига керамических изделий в большинстве случаев используется роликовая печь для обжига санитарной керамики и облицовочной плитки, а роликовый стержень печи в основном представляет собой нитрид кремния в сочетании с карбидом кремния. Применение нитрида кремния в сочетании с роликовым прутком из карбида кремния решает проблему высокой температуры обжига и большой нагрузки, эффективно снижает энергопотребление изделия и улучшает его качество.
3.1.2 Промышленность керамики ежедневного использования
Повседневная керамика обжигается двумя способами: первый ̶ в печи типа “sagger” или аналогичной печи с использованием челночного обжига. Другой ̶ аналогичный обжигу строительного санитарного фарфора роликовый обжиг. Использование нитрида кремния в сочетании с карбидом кремния в качестве материала печи позволяет значительно снизить качество печи и соотношение кирпича, экономить энергию, а также повысить качество продукции и квалификационный показатель. Использование роликовой печи для обжига керамики ежедневного использования, использование нитрида кремния в сочетании с роликовым стержнем из карбида кремния позволяет увеличить срок службы печи.
3.1.3 Электрокерамика и электронная керамика
Электрокерамика и электронная керамика требуют высокой температуры и высокой прочности, хорошей термической стабильности, длительного срока службы, цена подходит для печных материалов, которые для печных применений нитрида кремния в сочетании с карбидом кремния обеспечивают широкий рынок.
3.2 Металлургическая промышленность
3.2.1 Алюминиевая, медная, цинковая и другие отрасли промышленности
Использование высококачественного нитрида кремния в сочетании с карбидом кремния позволяет заменить традиционные углеродные материалы, используемые в боковой стенке электролитического бака, а также в качестве корпуса термопары, футеровки алюминиевой плавильной печи, футеровки алюминиевой жидкой “булки”, тиглей, насосов для транспортировки алюминиевой жидкости, трубопроводов, клапанов, форм для литья алюминия, формирования автомобильной ступицы трубки восходящей жидкости и т.д.
3.2.2 Сталеплавильное и прокатное производство
В сталеплавильном производстве появляются новые технологии, применяются новые процессы, к огнеупорным материалам сталеплавильного ковша выдвигаются более высокие требования, футеровка сталеплавильного ковша от первоначально доминирующего высокоглиноземистого кирпича и т.д. переходит к более качественным коррозионностойким материалам, нитрид кремния сочетается с карбидокремниевыми материалами. В Европе, США и других развитых странах он применяется в сталеразливочных ковшах и позволяет получить значительный экономический эффект. Нитрид кремния в качестве огнеупорного материала в сталеплавильной промышленности наиболее часто используется в качестве разделительного кольца для горизонтальной непрерывной разливки стали. Кроме того, существует множество промышленных печей и обжиговых установок, в которых для предотвращения перегрева определенных частей разрушения часто используются меры по водяному охлаждению труб, для которых наилучшим материалом является нитрид кремния в сочетании с кирпичами из карбида кремния.
3.2.3 Железоделательная промышленность
В последние годы доменная печь с нитридом кремния в сочетании с карбидокремниевым кирпичом получила бурное развитие, около 61% доменных печей используется за рубежом, в частности, диаметр цилиндра 12-15м для больших доменных печей составляет 68%. Согласно статистике, за последние 10 лет в Китае насчитывается 127 доменных печей с более чем 3500 т такого высококачественного кирпича, большинство доменных печей используют по 270-800т, при этом используются части печи от вентиляционного отверстия, брюха печи, талии печи до середины нижней части корпуса печи и так далее.
3.2.4 Промышленность термической обработки металлов
Условия работы при термообработке металлов разнообразны, и условия работы относительно суровы. Хотя нитридкремниевая керамика не всегда применима для различных условий, но при определенных условиях нитридкремниевая керамика находит хорошее применение. Например: закалка шестерен для оборудования на оправке, при вакуумной термообработке в качестве приспособления для заготовок и крюка теплогенератора и т.д.
4. Индустрия защиты окружающей среды
В настоящее время в отрасли защиты окружающей среды в проектах сероочистки и денитрификации подавляющее большинство сопел изготавливается из нитрида кремния в сочетании с материалами из карбида кремния, использование материала в форме для производства сопел с точными размерами, коррозионной стойкостью, хорошей устойчивостью к очистке, отличными характеристиками распыления, а также более длительным сроком службы и другими превосходными характеристиками. В настоящее время отечественные и зарубежные форсунки для сероочистки и денитрификации растут год от года.
5. Заключение
Нитрид кремния в сочетании с карбидом кремния, обладающий высокой плотностью, высокой прочностью, хорошей устойчивостью к тепловым ударам, высокой температурой размягчения под нагрузкой, хорошей теплопроводностью, высоким сопротивлением, отличной стойкостью к криолиту, фториду алюминия, фториду натрия, фториду кальция и другим агрессивным веществам при плавлении, стойкостью к окислению и другими характеристиками, в производстве санитарной керамики, керамики повседневного использования, электрокерамики, цветной металлургии, прокате стали, выплавке чугуна, термической обработке, защите окружающей среды и других отраслях промышленности играет все более и более незаменимую роль. Она играет все более незаменимую роль в отраслях.
