氮化硅铁在Al2O3-SiC-C质高炉铁沟浇注料中的应用

  高炉铁沟是引导高温铁水和溶渣的通道，其耐火材料内衬受到铁水和渣液的高温、机械和化学侵蚀。首先是铁和渣流动时对耐火材料表层的冲刷作用；其次由于出铁时冷热的频繁交替或高温的长时间作用下，耐火材料产生微裂纹。这类微裂纹促进了铁水和渣液的渗透和结构破坏。因此，要求铁沟内衬材料耐铁水和熔渣的冲刷能力强；热展稳定性好；重烧体积变化小；抗氧化能力强；施工方便，不粘结渣铁，便于修理和拆除，具有均匀、高致密的结构，强度高；不沾渣铁，不产生有害气体，有利于环境保护。

  60年代以前，中小高炉铁沟都是以焦炭、黏土熟料和黏土为主，以焦油或糖浆搅拌的人工捣打料，并为各铁厂自行制造。这种铁沟衬的使用寿命短，通铁量小于1万吨。在长期生产实践中，人们逐渐认识到，添加碳化硅和石墨可以明显提高出铁沟的使用寿命。在耐火骨料方面，试验了刚玉料、高铝钒土、镁铝尖晶石料等。在结合剂方面，试验了树脂结合、水泥结合、黏土结合的各种铁沟料。经过不断的尝试，己逐渐形成适合于大、中、小高炉的各类铁沟料。对于高温、高压操作，其出铁量大、流速快、温度高(1500℃)法、出铁次数频繁、时间长、渣量大，出铁沟内衬材料使用条件恶劣。为此，开发了以Al2O3-SiC-C质为主的新一代铁沟料，基本上满足了生产的要求，通铁量在几万吨至10万吨。

  Al2O3-SiC-C质浇注料具有良好的抗渣侵蚀性和抗冲刷性能，在高炉出铁沟的主沟、撇渣器和支沟等部位得到了广泛应用。但由于冶炼技术的发展，高炉利用系数的不断提高和高炉长寿化的要求，Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料寿命的进一步提高也刻不容缓。而现阶段的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料在周期性熔渣、熔铁的化学侵蚀、热冲击和渣、铁的冲刷作用下容易出现脱落；同时铁沟浇注料中碳化硅和碳质材料在高温下的氧化也会造成材料的结构破坏，这些均会导致铁沟浇注料的损毁。

  近年来，撖化硅铁用在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的研究不断增多。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；金属相Fe具有助烧结作用，可以改善浇注料的力学性能。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(FexO)降低了氧化层的熔点及熔体的黏度，促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更好的抗氧化性能旧浇注料内部的Fe并不是以氧化铁(FexO)的形式存在，对高温性能不会有害。同时，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。