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.

 

 

 

 

Теплоизоляционные огнеупоры  ̶  это огнеупоры с высокой пористостью, низкой насыпной плотностью и низкой теплопроводностью, обладающие определенным эффектом теплосохранения, из-за малого веса теплоизоляционные огнеупоры обычно называют также легкими огнеупорами.

I. Представление о широко используемых теплоизоляционных и огнеупорных материалах
1. Волокнистые материалы: вакуумная изоляционная плита, одеяло из керамического волокна, вата, войлок, ткань и т.д.
2. Огнеупорные кирпичи: легкие огнеупорные кирпичи, легкие высокоглиноземистые кирпичи, легкие глиняные кирпичи.
3. Литейные изделия: легкие высокоглиноземистые литейные изделия.
Для каждого вида теплоизоляционных и огнеупорных материалов существуют свои технические характеристики, поэтому мы кратко представим их:
1.Вакуумная изоляционная плита.
1.1Характеристики вакуумных изоляционных панелей:
1) Удобная конструкция, малый вес, экономия средств.
2) Высокая термостойкость, высокая прочность на сжатие, длительный срок службы.
3) Хорошие характеристики высокотемпературной изоляции.
4) Хорошая устойчивость к тепловым ударам, высокая механическая прочность.
2. Изделия из керамического волокна.
3. Легкий огнеупорный кирпич.
3.1 Свойства легковесного огнеупорного кирпича:
1) Малая плотность, высокая пористость, малый вес.
2) Низкая теплопроводность, хорошие теплоизоляционные характеристики.
3) Экономичность, широкий спектр применения.

Ⅱ. Характеристики теплоизоляционных огнеупорных материалов
1.Малая насыпная плотность, распределение пор, высокая пористость, малая теплопроводность.
2. Стабильные характеристики теплоизоляционных материалов, с четкой теплопроводностью, применимы в широком диапазоне температур.
3. Хорошая химическая стабильность, отсутствие коррозионного эффекта.
4. Хорошие водонепроницаемые характеристики, небольшое поглощение влаги.
5. Огнестойкость, малое количество горючих компонентов, негорючесть или самозатухание.
6. Хорошая стойкость к тепловому удару.
7. Легкая обработка, удобная для использования конструкция.

Ⅲ. Принцип работы теплоизоляционных огнеупорных материалов
Промышленные печи, построенные из обычных огнеупорных материалов, обычно имеют низкую энергоэффективность. Теплопроводность является важной характеристикой, необходимой для проектирования высокотемпературного теплового оборудования; увеличив применение теплоизоляционных материалов кладки печи, можно уменьшить теплопотери стены, повысить тепловую эффективность, увеличить производительность теплового оборудования, снизить энергопотребление, сделать работу более рентабельной.

IV. Область применения теплоизоляционных огнеупорных материалов
Теплоизоляционные огнеупорные материалы используются в нагревательных печах (стенки печи, дно и крыша), открытых печах, печах термообработки, коксовых печах (камеры сгорания, камеры аккумулирования тепла), печах отжига, закалочных печах и т.д. в металлургии, нефтехимии, машиностроении, электронике и других отраслях промышленности. Внутренняя футеровка и используется наружный слой огнеупорного слоя, а теплоизоляционные материалы различных высокотемпературных трубопроводов также могут быть использованы в качестве высокотемпературных уплотнительных материалов. Он также может быть использован в качестве теплоизоляционного и теплосохраняющего слоя теплового оборудования, а качественный теплосохраняющий огнеупорный материал может заменить общую плотную огнеупорную кладку, что позволяет экономить энергопотребление и снижать стоимость строительства.

V. Температура использования и классификация теплоизоляционных огнеупорных материалов
1. В зависимости от рабочей температуры：
1) Низкотемпературные теплоизоляционные материалы с температурой эксплуатации ниже 900°C, такие как теплоизоляционный кирпич на основе кизельгура, асбест, вспученный вермикулит, шлаковая вата и т. д.
2) Среднетемпературные теплоизоляционные материалы, с температурой эксплуатации 900 ~ 1200 ℃, такие как керамзитовый перлит, легкие глиняные кирпичи и огнеупорные волокна и т. д.
3) Высокотемпературные теплоизоляционные материалы, температура использования 1100℃-1500℃, такие как легкий теплоизоляционный высокоглиноземистый кирпич, легкие корундовые кирпичи и изделия из полых шаров, а также высокотемпературные огнеупорные волокна и т. д.
2. По насыпной плотности:
1) Изоляционные материалы общего назначения с насыпной плотностью от 0.3 до 1.3 г/см3;
2) Сверхлегкие изоляционные материалы с насыпной плотностью менее 0.3 г/см3.
3. В соответствии с формой материала:
1) Порошковые гранулированные теплоизоляционные материалы: вспученный перлит, порошок оксида алюминия, легкие литейные материалы, легкие огнеупорные бетоны.
2) Определенные теплоизоляционные материалы: легкие огнеупорные кирпичи.
3) Волокнистые теплоизоляционные материалы: асбест, стекловолокно, керамическое волокно.
4) Композитные изоляционные материалы: изоляционные плиты, изоляционные покрытия.
4. По способу изготовления:
1) Пористые изделия сырьевого метода: т.е. использование пористых материалов, изготовленных из продуктов, например, кизельгура и его продуктов.
2) Метод соединения легкого сырья с полным сгоранием: изделия, изготовленные методом соединения горючих материалов, добавляют легко сгорающие опилки, углеродный порошок и другие вещества в шлам, так что спеченные изделия имеют определенную пористость, в основном легкий кремнезем.
3) Пенный способ получения пористых легковесных изделий: пористые изделия из пены, добавление пенообразователя в шлам и механические способы получения пористых легковесных огнеупорных изделий.
4) Химические пористые продукты: химические продукты, добавляют карбонат и кислоту, едкую щелочь или металлический алюминий в шлам, с помощью химической реакции выделяющегося газа образуются пористые продукты и изготавливаются изделия.
5. В соответствии с химическим минеральным составом или производством сырья:
Кремнистые, глинистые, высокоглиноземистые, магнезиальные, диатомитовые, перлитовые, алюмосиликатные волокнистые, глиноземистые и другие теплоизоляционные огнеупорные материалы.

VI. Как выбрать подходящие теплоизоляционные огнеупорные материалы?
1. В соответствии с температурой использования печи.
2. Максимальная температура использования теплоизоляционных огнеупоров
3. Адиабатические свойства, включая теплопроводность, насыпную плотность, удельную теплоту и т.д.
4. Экономические преимущества, включая цену, конструкцию и долговечность.
VII. Меры предосторожности при использовании теплоизоляционных огнеупорных материалов
1. Запрещается укладка товаров на теплоизоляционный огнеупорный материал.
2. Устанавливать в сухом и проветриваемом месте и хорошо выполнять работы по защите от влаги и дождя.
3. В соответствии с требованиями проекта разумно использовать соответствующие характеристики теплоизоляционных огнеупорных материалов и методы строительства.
4. Резать волокнистые продукты, использовать столько, сколько нужно, не рвать по желанию.

Высокоэффективные теплоизоляционные огнеупоры не только обеспечивают нормальную работу печи, но и снижают теплопотери. Более того, уменьшение теплопотерь снижает эксплуатационные расходы печи и замедляет эрозию футеровки печи.

 

В пирометаллургическом рафинировании, срок службы огнеупоров — важный производственный показатель, серьезно влияющий на скорость работы печи и себестоимость продукции. Среда, в которой используются огнеупорные материалы, требует, чтобы они были способны противостоять температурным повреждениям, разрушениям от термических напряжений и коррозии среды. Поэтому выбор подходящих огнеупорных кирпичей и продление срока их службы играют важную роль в повышении эффективности производства и снижении производственных затрат.

1. Типы огнеупорных кирпичей

В настоящее время наиболее распространенной классификацией огнеупорных материалов является классификация по химическому составу, которая может быть разделена на кремнеземные, алюмосиликатные, магнезиальные, доломитовые, углеродные композиции и другие огнеупорные материалы.

1.1 Кремнеземные огнеупоры

Кремнеземный огнеупор — это огнеупорный материал, основным компонентом которого является SiO₂, а массовая доля SiO₂ не менее 93%, который может быть как определенным, так и неопределенным огнеупорным материалом. Достоинствами данного огнеупора являются высокая теплопроводность, высокая температура размягчения под нагрузкой, сильная устойчивость к эрозии кислыми шлаками, но самым большим недостатком является низкая стабильность сопротивления тепловому удару. Поэтому данный огнеупор в основном используется в качестве конструкционных материалов для коксовых печей, стекловаренных печей, печей для выплавки кислых сталей и другого термического оборудования.

1.2 Алюмосиликатные огнеупоры

Алюмосиликатные огнеупоры – это огнеупоры, основными компонентами которых являются AI₂O₃ и SiO₂. В зависимости от содержания AI₂O₃ в составе огнеупоры можно разделить на полукремнистые (массовая доля 15%~30%), глинистые (массовая доля 30%~48%) и высокоглиноземистые (массовая доля >48%). Эти огнеупоры обладают такими преимуществами, как малый вес, термостойкость и хорошие теплосохраняющие свойства, однако температура их начальной деформации составляет 1400°С. Поэтому алюмосиликатные огнеупоры обычно используются в качестве теплоизоляционных материалов в металлургической промышленности и не применяются в рабочем слое.

1.3 Магнезиальные огнеупоры

Магнезиальные огнеупоры — это огнеупорные материалы, основной кристаллической фазой которых является периклаз, а массовая доля MgO превышает 80%. Под влиянием состава магниевого сырья основными компонентами магниевых огнеупоров являются MgO, FeO, Fe₂O₃, AI₂O₃, SiO₂, CaO, Cr₂O₃. Температура плавления MgO достигает 2800℃, а огнеупорность магниевых огнеупоров достигает 2000℃, поэтому магниевые огнеупоры обладают хорошей термостойкостью. К магниевым огнеупорам относятся магниевые кирпичи, магниевые оливиновые огнеупоры, магниево-алюминиевые шпинелевые огнеупоры, магниево-хромовые огнеупоры и огнеупорные материалы из белых нефритовых камней. Среди них магниево-хромовые огнеупоры изготавливаются из магниевого песка и хромита и имеют в качестве основного компонента магниевый песок.  По сравнению с традиционным магниевым кирпичом магниево-хромовые огнеупоры более термостойки и широко используются в печах для выплавки цветных металлов. Однако, поскольку шестивалентный хром представляет серьезную опасность для окружающей среды и здоровья человека, особенно для воды, поэтому при производстве и изготовлении необходимо строго контролировать щелочную среду и парциальное давление кислорода.

1.4 Доломитовые огнеупоры

Доломитовые огнеупоры — это щелочные огнеупоры, основным сырьем которых является доломит, а основными компонентами — MgO и CaO, причем массовая доля CaO составляет 40~60%, а массовая доля оксида магния — 30~40%. Температура огнеупорности доломитового огнеупорного материала превышает 1780℃, а температура начала размягчения при нагрузке 0.2 МПа составляет 1550℃, что свидетельствует о его хорошей термостойкости. Доломитовый огнеупор относится к сильнощелочным огнеупорам, который обладает сильной шлакоустойчивостью к щелочному шлаку, но слабой шлакоустойчивостью к кислотному шлаку. Поэтому данный огнеупорный материал в основном используется для изготовления стенок и подины плоских печей, обжигового пояса вращающихся печей и т. д.

1.5 Углеродные композиционные огнеупоры

Углеродный композитный огнеупорный материал, также известный как углеродсодержащий огнеупорный материал, представляет собой многофазный композитный огнеупорный материал, изготовленный из двух или более тугоплавких оксидов с различными свойствами (MgO, CaO, aloo₃, ZrO₂ и т.д.) и углеродного материала и неоксидного материала в качестве сырья, с использованием углеродного материала в качестве связующего. Углеродные композиционные огнеупоры обладают высокой огнеупорностью, хорошей тепло- и электропроводностью, отличной температурой отклонения нагрузки и высокотемпературной прочностью, а также лучшей, чем у других огнеупоров, стойкостью к шлакованию и термоудару, однако этот вид изделий имеет такой недостаток, как легкость окисления. Поэтому данный огнеупорный материал в основном используется при выплавке нержавеющей стали, чистой стали, стали с низким содержанием серы и других высококачественных сталей.

 

При покупке огнеупорного кирпича мы обычно проверяем некоторые параметры и характеристики, чтобы решить, какой тип кирпича купить.Степень усадки – это один из пунктов, на который мы должны ссылаться, когда мы говорим о нем.Давайте проанализируем его скорость усадки ниже.

1 Усадка при высыхании: Когда кирпичи высыхают, испарение воды сближает частицы в кирпичах, образуя усадку.

2 Усадка при обжиге: физико-химические реакции и легкоплавкие примеси образуют жидкое состояние, а высушенные кирпичи обжигаются и заполняются между частицами, вызывая усадку сырого тела.

3 Требования: Линейная усадка сырья невелика, а огнеупорный кирпич с чрезмерной усадкой не следует сушить слишком быстро.

Выше приведены некоторые сведения о скорости усадки огнеупорного кирпича.Скорость усадки кирпича связана с его качеством, поэтому нам необходимо выполнить некоторую связанную работу, чтобы контролировать скорость усадки, чтобы скорость усадки кирпича могла быть в разумных пределах.

 

Существует большая разница между использованием огнеупорных бетонов для покрытия печи и использованием огнеупорных кирпичей для покрытия печи. Самая большая разница заключается в том, что использование огнеупорных бетонов для покрытия печи более целостно, чем использование огнеупорных кирпичей, и срок службы также больше.

Кроме того, для покрытия печи удобно использовать огнеупорный кирпич.Если покрытие печи заливается бетоном, анкеры должны быть приварены.В последние годы покрытие печи отливается целиком быстро. И время использования больше, чем период использования огнеупорных кирпичей для отливки на месте.

Соотношение технологических частиц литейного материала, используемого для крышки печи, больше, чем у обычного литейного материала, и толщина конструкции должна быть больше 200 мм.Однако, если это арочная крышка печи, форма будет относительно сложной, но арочная крышка печи имеет более длительный срок службы, чем крышка печи с плоским верхом. Если это сборная крышка печи, то после использования разумного технологического соотношения для изготовления ее заливают в форму того же размера, что и крышка печи для виброформования, и после снятия пленки обжигают при температуре 300°С. время выпечки должно быть не менее 6 дней, а эффект от использования лучше.

Если для покрытия печи используется огнеупорный кирпич, во время строительства между блоками будет 2-миллиметровый растворный шов.Если растворный шов опустится раньше времени, это повлияет на соединение огнеупорных кирпичей и явление падения кирпичей и золы. появятся стыки. Эффект от использования намного меньше, чем у литья или полной заливки.

Лучше всего добавить стальную фибру в литейную крышку печи, чтобы повысить прочность на растяжение, в том числе сборную крышку печи также добавить к смешанному материалу, добавив определенную разумную долю стальной фибры, чтобы крышка печи имела лучшую ударную вязкость. и более высокая износостойкость.

В крышке печи используются огнеупорные бетонные изделия, а в крышке печи используется огнеупорный кирпич, что представляет собой совершенно разные методы строительства.Плохая целостность конструкции из огнеупорного кирпича, а для обжига огнеупорной крышки печи требуется много времени. Срок службы не такой продолжительный, как у литой крышки печи или сплошной заливки.