碳化硅（SiC）在耐火磚、耐火澆注料中主要起到

發(fā)布時(shí)間：2022-03-17

SiC因具有熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、高溫強(qiáng)度大、抗渣性好和可形成保護(hù)性氧化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用作高性能耐火材料或作為提高耐火材料性能尤其是抗渣性和熱震穩(wěn)定性的添加物使用。

半SiC質(zhì)制品是以SiC為次要成分或輔助成分的含SiC耐火制品。按其材質(zhì)不同，它可分為粘土熟料SiC制品、高鋁SiC制品和剛玉SiC制品等。由于這類制品含有SiC，因此其熱震穩(wěn)定性，導(dǎo)熱性和強(qiáng)度顯著提高。如在粘土熟料SiC制品加入少量SiC，對(duì)提高制品的熱震穩(wěn)定性有顯著效果，且隨著配料中SiC細(xì)粉含量增加，制品的熱震穩(wěn)定性逐漸提高;在高鋁SiC制品加入適量SiC(最適宜加入量是30%)，并加入適量磷酸，制品具有高的熱震穩(wěn)定性與良好的熱傳導(dǎo)性，其強(qiáng)度亦較高;在剛玉SiC制品加入少量SiC細(xì)粉可顯著改善其熱震穩(wěn)定性，隨著SiC細(xì)粉量增加，熱震穩(wěn)定性有規(guī)律地提高，如以棕剛玉為骨料，加入10%SiC細(xì)粉，用磷酸為結(jié)合劑，經(jīng)高壓成形，到1450℃熱處理而制得的軋鋼加熱爐用滑軌磚，應(yīng)用效果良好。

在不定形耐火材料中，SiC既可以作為主成分制成SiC質(zhì)澆注料，也可以作為添加成分來改善其它澆注料的性能，尤其是抗渣性和熱震穩(wěn)定性。本文主要研究SiC為添加成分時(shí)對(duì)澆注料性能的影響，故僅就此方面進(jìn)行綜述。SiC對(duì)澆注料性能改善的研究主要集中在剛玉質(zhì)澆注料和高鋁質(zhì)澆注料等方面。

在1999年研究開發(fā)了Al2O3-SiC-C質(zhì)高爐出鐵溝自流澆注料，該澆注料具有強(qiáng)度高、耐侵蝕性好、通鐵量高以及良好的抗熱震性和抗氧化性能等。針對(duì)國(guó)內(nèi)大中型高爐出鐵溝的使用條件，對(duì)傳統(tǒng)的鐵溝澆注料的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)研究了碳化硅的加入量、減水劑和中溫?zé)Y(jié)劑對(duì)澆注料性能的影響，在此基礎(chǔ)上研制成功了一種具有優(yōu)異中、高溫性能的澆注料，在1050m3高爐上一次通鐵量達(dá)10萬t，使用效果良好。SiC在不定形耐火材料中的應(yīng)用最常見的是用于高爐出鐵溝工作襯，已有20余年的歷史，使用效果良好。目前，國(guó)內(nèi)外較大型高爐普遍采用的都是Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料，使鐵溝的使用壽命得以大大延長(zhǎng)。此外，含SiC不定形耐火材料還廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)的鐵水預(yù)處理器襯體、沖天爐和感應(yīng)爐襯體;垃圾焚燒爐的燃燒室側(cè)墻襯體和鍋爐管保護(hù)襯;水泥工業(yè)的水泥窯預(yù)熱器襯體;火電廠的旋風(fēng)分離器襯體、循環(huán)流化床爐的燃燒室、內(nèi)襯及高溫分離器;陶瓷行業(yè)的燒成窯棚板以及出硅口和出鋁口等。

通過研究SiC加入量(0%、2%、4%、6%和8%)對(duì)礬土基澆注料高溫強(qiáng)度及熱震穩(wěn)定性的影響，指出加入SiC后(4-16%)有利于提高澆注料的高溫強(qiáng)度和熱震穩(wěn)定性。為了提高高鋁澆注料的燒結(jié)物理和耐火性能，ZawrahM.F等人研究了SiC加入量(0%、2%、4%、6%和8%)對(duì)高鋁質(zhì)澆注料性能的影響，研究表明增加SiC的含量可改善高鋁質(zhì)澆注料的燒結(jié)、物理和耐火性能，但是對(duì)半成品的強(qiáng)度有所影響。研究了加入非氧化物(SiC，SiAlON)對(duì)礬土基澆注料基質(zhì)流變性和澆注料流動(dòng)性的影響。結(jié)果表明：加入適量的SiC細(xì)粉(不超過8%)有利于提高澆注料流變性;SiAlON細(xì)粉對(duì)澆注料流變性有不利影響。研究了SiC加入量和粒度對(duì)耐火澆注料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在澆注料基質(zhì)內(nèi)加入6%的150目SiC可以改善耐火澆注料的抗熱震穩(wěn)定性。

綜上可見，加入SiC后可以改善Al2O3-SiO2系澆注料的高溫強(qiáng)度和熱震穩(wěn)定性。但對(duì)SiC抗鉛渣侵蝕性能的研究還未見報(bào)道。因此，本文選用SiC為添加物，探討SiC加入量對(duì)Al2O3-SiO2系澆注料抗鉛渣侵蝕性能的影響。

SiC作為非氧化物還能在眾多領(lǐng)域中有著廣泛用途，主要是因?yàn)樗茉谄浔砻嫔梢粚又旅艿腟iO2保護(hù)膜而具有良好的抗氧化性能。但SiC在熱力學(xué)上其實(shí)很容易與空氣中的氧氣反應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在高溫、低氧壓和長(zhǎng)時(shí)間的作用下，SiC氧化速度非常快。因而從本世紀(jì)60年代以來，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)SiC的氧化問題進(jìn)行了長(zhǎng)期大量的研究工作。

通過對(duì)SiC表面高溫氧化層的微觀結(jié)構(gòu)的研究，發(fā)現(xiàn)SiC材料在1040~1560℃范圍內(nèi)，產(chǎn)生的氧化層對(duì)其高溫下的抗氧化性能的影響有如下特點(diǎn)：

1、在1360℃以下，SiC顆粒表面形成的氧化層很薄，微觀結(jié)構(gòu)無明顯變化，抗氧化性能較好，處于抗氧化的穩(wěn)定階段。

2、當(dāng)超過1360℃后，隨著溫度的提高，SiC表面的氧化層厚度明顯增加。所形成的氧化層存在許多孔洞，但是由于氧化層的逐步增加，SiC仍然表現(xiàn)出足夠高的抗氧化性能，此階段為過渡階段。

3、高于1520℃后，氧化層的厚度較大且外表面較為平坦。但處于熔融態(tài)的SiO2流動(dòng)能力較強(qiáng)，使SiC顆粒的棱角處氧化層變薄，SiC氧化反應(yīng)的氣體易于由此逸出而形成孔洞，為氧的進(jìn)入提供了通道，使SiC的氧化速度加快，該階段為快速氧化階段。

4、表面所形成的SiO2層與SiC基體之間無明顯過渡區(qū)域。

對(duì)各種純SiC及含有少量雜質(zhì)的SiC在不同條件下的氧化行為進(jìn)行了全面系統(tǒng)的綜述，對(duì)今后SiC氧化行為的研究具有一定的指導(dǎo)意義。

但SiC添加到Al2O3-SiO2系澆注料中的氧化動(dòng)力學(xué)問題還無人對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究。且由于SiC氧化本身的復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)條件不同，得出的結(jié)論也有所不同，至今許多問題尚未達(dá)成共識(shí)，有待進(jìn)一步深入研究。