Toepassing van siliciumnitride in de vuurvaste industrie

Toepassing van siliciumnitride in de vuurvaste industrie
Siliciumnitride-keramiek wordt beschouwd als veelbelovende structurele materialen voor hoge- temperaturen vanwege hun uitstekende hoge- temperatuureigenschappen, zoals hoge sterkte, goede slijtvastheid en corrosieweerstand. De sterke covalente bindingen en de lage diffusiecoëfficiënt bij hoge temperaturen maken het gebruik van hoge temperaturen en hoge druk, evenals sintermiddelen, noodzakelijk voor de productie van siliciumnitride-keramiek. Deze productiekosten en apparatuurbeperkingen zijn moeilijk te aanvaarden voor de metallurgische industrie. Daarom is het onderzoek op het gebied van vuurvaste materialen relatief laat begonnen en niet-diepgaand. Veel theorieën zijn zonder veel innovatie afgeleid van keramiek. Momenteel bestaat siliciumnitride in vuurvaste materialen als een bindingsfase, die grondstoffen zoals korund of siliciumcarbide combineert door nitridatie-sinteren van metalen, waardoor het doel van het aan elkaar binden van vuurvaste materialen wordt bereikt. Siliciumnitride-gebonden siliciumcarbidematerialen die in elektrolytische cellen van aluminium worden gebruikt, gebruiken bijvoorbeeld allemaal Si3N4 gegenereerd door nitridatie als bindingsfase, en Si3N4 wordt vaak in vuurvaste materialen in poedervorm geïntroduceerd.
(1) Toepassing in vuurvaste materialen voor de ijzerproductie
De afgelopen jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van korund-siliciumcarbide-siliciumnitride-koolstofproducten die in grote hoogovens worden gebruikt. Vuurvaste producten gemaakt van siliciumnitride, siliciumoxynitride of sialon-gebonden siliciumcarbide worden op grote schaal toegepast in het middengedeelte van grote hoogovens en last-dragende delen van cokesovens. Bovendien worden korund-siliciumcarbide-siliciumnitride-koolstofvuurvaste materialen steeds vaker gebruikt in torpedowagens, wat een uitstekende erosieweerstand, slijtvastheid en schuurweerstand aantoont. Dit heeft de levensduur van de vuurvaste bekleding in torpedowagens aanzienlijk verbeterd.
Momenteel gebruikt ongeveer 61% van de hoogovens in het buitenland vuurvaste materialen die Si3N4 bevatten, vooral voor grote hoogovens met een haarddiameter van 12-15 mm, waar het gebruikspercentage 68% heeft bereikt. Volgens de statistieken is er de afgelopen tien jaar ruim 3.500 ton van zulke hoogwaardige producten-in 127 hoogovens geïnstalleerd. De meeste hoogovens gebruiken elk 270-800 ton, met toepassingen variërend van blaaspijpen, bosh-, taille- tot het midden- en onderste deel van de stapel. Siliciumnitride-gebonden producten worden voornamelijk gepromoot voor gebruik in het middengedeelte van hoogovens. De Furukawa-staalfabriek van Kobe Steel in Japan heeft geëxperimenteerd door een kleine hoeveelheid pure -Si3N4 toe te voegen aan AI2O3-SiC-C-stenen op de mengwagen. Het experiment heeft aangetoond dat de slakbestendigheid en oxidatiebestendigheid aanzienlijk zijn verbeterd.
(2) Toepassing in vuurvaste materialen voor de staalproductie
De afgelopen jaren is siliciumnitride achtereenvolgens toegepast op de glijplaatmaterialen aan de onderkant van stalen gietpannen, zowel in eigen land als internationaal. De toevoeging van siliciumnitridematerialen aan de glijplaat heeft de slijtvastheid, erosieweerstand en levensduur verbeterd, waardoor de kosten per ton staal bij het raffineren van gietpannen zijn verlaagd;
(3) Toepassing in vuurvaste materialen voor het smelten van non-ferrometalen zoals aluminium, koper en zink
Siliciumnitride-keramiek wordt bij hoge temperaturen niet bevochtigd met metaaloplossingen, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik als hoge--temperatuurcomponenten in non--smeltprocessen voor non-ferrometalen, zoals thermokoppelbehuizingen voor temperatuurmeting, bekledingen van smeltovens, diverse containerbekledingen en smeltkroezen. Siliciumnitride-keramische producten vertonen een goede thermische schokbestendigheid en kunnen stabiel worden gebruikt gedurende lange perioden bij hoge temperaturen of in cycli van hoge -temperatuur tot lage- temperatuur.
(4) Toepassing in verstikkende materialen
Keramische schuurplaten zijn siliciumnitride-gebonden siliciumcarbidematerialen die zijn vervaardigd door het laten reageren en sinteren van siliciumcarbidedeeltjes en fijn siliciumpoeder in een stikstofatmosfeer met hoge- temperatuur, waardoor de prestaties van het materiaal aanzienlijk worden verbeterd. Vergeleken met klei-gebonden siliciumcarbide schuurplaten vertonen deze materialen sterk verbeterde prestaties bij hoge- temperaturen en pakken ze het probleem aan van uitzetting van schuurplaten en schade veroorzaakt door de oxidatie van siliciumcarbide tijdens gebruik.