自然界中天然的碳化硅很少,工業(yè)上使用的多為人工合成原料,俗稱金剛砂,是一種典型的共價鍵結合的化合物。碳化硅是耐火材料領域中常用的非氧化物耐火原料之一。
碳化硅在耐火材料領域的應用
碳化硅用于耐火材料時有如下特性:
1、還原氣氛下使用溫度一般可達1760℃;
2、抗熱震性能好,能承受溫度急劇變化,防爐襯出現裂紋或斷裂
3、因熱態(tài)強度高,中高溫條件時可承受一定應力,可作為結構材料
4、耐磨性能好,在一定溫度下,可作為耐磨襯體
5、能耐受一定熔渣或熱態(tài)金屬,包括堿金屬熔液的侵蝕和滲透
6、可承受一些爐氣的作用,能用于氣氛爐。
其中,碳化硅應用于耐火材料的關鍵技術有以下四種方式:
1、氧化物結合:以硅酸鋁、二氧化硅等為結合劑;
2、氮化物結合:氮化硅、氧氮化硅和賽隆結合;
3、自結合:按碳化硅的當量比例加入石墨和金屬硅,高溫下反應生成;
4、重結晶:碳化硅顆粒之間通過蒸發(fā)凝聚原理在高溫下燒結而成。
碳化硅在耐火材料領域主要應用在以下幾方面:
1、有色金屬冶煉
主要用于有色金屬冶煉高溫設備的內襯材料,如鋁電解槽側墻磚、鋅精餾塔塔盤、塔壁等。其表現出的特點是有較高的熱穩(wěn)定性和導熱性;不會被有色金屬潤濕;抗侵蝕性能好;導熱系數大。
2、鋼鐵工業(yè)
主要用作煉鐵高爐冷卻壁鑲磚、爐腹磚和風口組合轉 ;鐵水包;出鐵溝溝襯材料;代替硅鐵作脫氧劑等。 其表現出的特點是耐渣和鐵水、堿金屬侵蝕;高溫下耐磨、耐沖刷性好;能夠提升容器壽命。
3、窯具
主要應用于磨具和陶瓷的燒成窯,用作棚板、匣缽、墊板、立柱等。其表現出的特點是因高溫強度高,使部件截面縮小,窯車有效容積增加,熱容減少;熱震性好,不易出現裂紋、斷裂;比普通粘土質耐火材料壽命明顯延長。
碳化硅在耐火材料中使用中常見問題
1、氧化:碳化硅在高溫下可與氧氣發(fā)生反應,此反應800℃開始。在氧化氣氛下,碳化硅易氧化,只有形成SiO2保護膜時,才能減緩材料的氧化。
2、水蒸汽的作用:高溫下可與水蒸氣發(fā)生反應,碳化硅上有大量的SiO2、Si或C出現,導致材料破壞。
三、剛玉在耐火材料中的應用
剛玉用于耐火材料的特性主要有這幾個特點:
1、較高的強度和耐磨性;
2、抗酸性渣的侵蝕和滲透:各類剛玉主晶相為a-Al2O3,具有較好的抗酸性渣的侵蝕和滲透能力。煉鐵過程中產生的渣一般為酸性渣,SiO2含量較高而CaO含量較低。煉鐵行業(yè)普遍采用Al2O3基耐火材料作為內襯,如高爐本體的高鋁磚、出鐵溝的Al2O3-SiC-C質耐火材料(澆注料和搗打料)、炮泥(Al2O3-SiO2-SiC-C質)、鐵水包等用Al2O3-SiC-C質耐火材料(澆注料和耐火磚)等。
3、材質和性能的多樣性:剛玉主晶相為a-Al2O3,可以和許多氧化物和非氧化物相復合,提升了自身的一些性能,如抗熱震性,抗渣(酸性或堿性)侵蝕性等。與SiO2復合形成剛玉莫來石質耐火材料,與MgO復合形成剛玉-尖晶石質質耐火材料,與鋯英砂(ZrO2和SiO2)復合形成Al2O3-SiO2-ZrO2質耐火材料,與碳化硅和碳復合形成Al2O3-SiC-C質耐火材料等等;
4、結合方式的多樣性,剛玉和各種結合劑相容性較好,可以采用多種結合方式,比如高溫燒結、低溫結合等等,可以賦予材料不同的特性。
剛玉在耐火材料中主要分為定型產品和不定型產品兩大類。
定型產品主要有:
1、剛玉質耐火材料制品:Al2O3百分之98以上,自結合固相燒結高純剛玉制品,結合相主要是剛玉,還有少量莫來石等,主要應用在石化工業(yè)氣化爐、炭黑反應爐、造氣爐、氨分解爐、二段轉化爐、耐火陶瓷工業(yè)的高溫高溫窯爐、冶金工業(yè)的高爐等。
2、改性高鋁磚:①低蠕變高鋁磚:對于蠕變溫度為1500℃-1550℃的高鋁磚,加入部分電熔剛玉和硅石原料可制得低蠕變率高鋁磚。②磷酸鹽結合高鋁磚:以高鋁礬土熟料為主要原料,磷酸溶液或磷酸鋁溶液為結合劑,加入少量電熔剛玉、莫來石等,強化基質,于400-600℃熱處理而制成的化學結合耐火制品。 主要應用在煉鐵熱風爐、水泥窯、電爐頂、鋼包等。
3、剛玉-莫來石制品:采用電熔白剛玉、板狀剛玉、電熔莫來石等原料,經配料、混料、高壓成型,高溫窯中燒制而成。制品主晶相為剛玉,結合相為莫來石。主要應用在陶瓷工業(yè)的高溫燒成窯及其推板、承燒板等窯具。
不定型產品:
各類剛玉原料可作為制備不定形耐火材料產品的骨料和粉料,根據不同結合劑,按施工方式可分為以下類別:
耐火澆注料:剛玉質、剛玉-尖晶石質、剛玉-SiC-C質
耐火可塑料:剛玉質,骨料:各類剛玉