Szilícium-nitrid alkalmazása a tűzálló iparban

A szilícium-nitrid alkalmazása a tűzálló iparban
A szilícium-nitrid kerámiákat ígéretes magas hőmérsékletű-szerkezeti anyagoknak tekintik, mivel kiváló magas-hőmérsékletű tulajdonságaik, például nagy szilárdság, jó kopásállóság és korrózióállóság. Az erős kovalens kötések és az alacsony diffúziós együttható magas hőmérsékleten szükségessé teszik a magas hőmérséklet és nagy nyomás, valamint szinterezőszerek alkalmazását a szilícium-nitrid kerámiák előállításához. Ezeket a gyártási költségeket és a berendezések korlátait a kohászati ​​ipar nehezen tudja elfogadni, ezért a tűzálló anyagokkal kapcsolatos kutatások viszonylag későn kezdődtek, és nem olyan mélyrehatóak. Sok elmélet a kerámiából származik, különösebb innováció nélkül. Jelenleg a szilícium-nitrid a tűzálló anyagokban kötőfázisként létezik, amely a fémek nitridációs szinterezésével egyesíti a nyersanyagokat, például a korundot vagy a szilícium-karbidot, ezzel elérve a tűzálló anyagok összekapcsolásának célját. Például az alumínium elektrolitikus cellákban használt szilícium-nitriddel kötött szilícium-karbid anyagok mindegyike nitridálással előállított Si3N4-et használ kötőfázisként, és a Si3N4-et gyakran por alakban adják be tűzálló anyagokba.
(1) Alkalmazás vasgyártási tűzálló anyagokban
Az elmúlt években jelentős előrelépések történtek a nagy kohókban használt korund{0}}szilícium-karbid-szilícium-nitrid-szén termékek terén. A szilícium-nitridből, szilícium-oxinitridből vagy szilícium-{4}}kötésű szilícium-karbidból készült tűzálló termékeket széles körben alkalmazzák a nagy kohók középső részében és a kokszolókemencék teherviselő-részeiben. Ezenkívül a korund{7}}szilícium-karbid-szilícium-nitrid-szén tűzálló anyagokat egyre gyakrabban használják a torpedóautókban, amelyek kiváló erózióállóságot, kopásállóságot és súrlódásállóságot mutatnak. Ez nagymértékben megnövelte a torpedókocsik tűzálló burkolatának élettartamát.
Jelenleg a külföldön működő nagyolvasztók körülbelül 61%-a alkalmaz Si3N4-et tartalmazó tűzálló anyagokat, különösen a 12-15 mm-es kandallóátmérőjű nagy kohók esetében, ahol az alkalmazási arány elérte a 68%-ot. A statisztikák szerint az elmúlt 10 év során több mint 3500 tonna ilyen jó minőségű terméket{15}szereltek be 127 nagyolvasztóba. A nagyolvasztó kemencék többsége egyenként 270-800 tonnát használ, az alkalmazások a fúvókától, a boshtól, a deréktól a kazal középső és alsó részéig terjednek. A szilícium-nitrid kötésű termékek főként nagyolvasztók középső részében való felhasználásra kerülnek. A japán Kobe Steel furukawa acélgyára kis mennyiségű tiszta -Si3N4-et ad a keverőkocsin lévő AI2O3-SiC-C téglához. A kísérlet kimutatta, hogy salakállósága és oxidációval szembeni ellenállása jelentősen javult.
(2) Alkalmazás acélgyártási tűzálló anyagokban
Az elmúlt években a szilícium-nitridet egymás után alkalmazták az acél üstök alján található csúszólap anyagokra mind hazai, mind nemzetközi szinten. A szilícium-nitrid anyagoknak a csúszólemezhez való hozzáadása javította a kopásállóságát, az erózióállóságát és az élettartamát, csökkentve az acél tonnánkénti költségét az üstös finomítás során;
(3) Alkalmazás tűzálló anyagokban színesfémek, például alumínium, réz és cink olvasztásához
A szilícium-nitrid kerámiák nem nedvesednek fémoldatokkal magas hőmérsékleten, ezért alkalmasak magas hőmérsékletű komponensként történő felhasználásra nem{-vasfém olvasztási eljárásokban, például hőmérsékletmérő hőelem-burkolatok, olvasztókemencék bélései, különféle tartályok bélései és olvasztótégelyei. A szilícium-nitrid kerámiatermékek jó hősokkállósággal rendelkeznek, és hosszú ideig stabilan használhatók magas hőmérsékleten vagy magas-hőmérséklettől alacsony{4}}hőmérsékletig terjedő ciklusokban.
(4) Alkalmazás fojtó anyagokban
A kerámialapok szilícium-nitrid{0}}kötésű szilícium-karbid anyagok, amelyeket szilícium-karbid-részecskék és finom szilíciumpor reagáltatásával és szinterezésével állítanak elő magas-hőmérsékletű nitrogénatmoszférában, jelentősen javítva az anyag teljesítményét. Az agyag-kötésű szilícium-karbid burkolatokhoz képest ezek az anyagok nagymértékben jobb magas hőmérsékleten-teljesítenek, és megoldják a burkolat tágulását és a szilícium-karbid használat közbeni oxidációja által okozott károkat.