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郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司
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碳化硅砖种类及应用介绍

时间:2021-01-09 17:57 作者:耐火材料生产厂家点击:

碳化硅砖采用反应烧结,具有耐磨损,强度高,寿命长等特点,广泛用于有色金属、冶金工业,其价格美丽,物有所值。
 
碳化硅耐火砖是用碳化硅为主要原料烧成的耐火砖。其主要特征是共价结合,不存在通常的烧结性,依靠化学反应生成新相达到烧结,即反应烧结;SiC具有热导率高、高温强度大、耐磨性优、抗热震、耐侵蚀等特点,为钢铁、有色金属冶金工业使用的重要优质耐火材料
 
(1)粘土结合碳化硅砖
粘土结合碳化硅耐火砖是以碳化硅为主要原料,以粘土为结合剂烧成的耐火砖。其特征是热导率高、热膨胀系数小、抗热震性和耐磨性好,是碳化硅系砖中早开发出来的一种。
 
粘土结合碳化硅耐火砖用黑色碳化硅为原料,其化学成分:SiC 98.0%,游离C 0.5%,Fe 0.2%,游离SiO2 0.6%,用结合性能良好的软质粘土、纸浆废液作结合剂。以往用的结合粘土比例较大,一般为10%~15%,现在多用3%的粘土和5%的纸浆废液。粘土加入量少的碳化硅耐火砖热导率比多粘土结合的碳化硅耐火砖要高3~4倍,荷重软化温度和抗渣性也较高。
结合粘土为3%的粘土结合碳化硅耐火砖的制造工艺是,将粗、中、细SiC按可以获得大堆积密度的颗粒级配进行配制。先干混均匀后再加入粘土,干混3min后加入纸浆废液(密度1.26—1.28g/cm3)4%,进行混练。泥料水分约1.5%,困料12h后,泥料过4mm筛网,用压砖机成型。砖坯体积密度2.5—2.7g/cm3。在自然干燥条件下干燥2—4天,在隧道窑内烧成,烧成温度1400℃。该制品用做陶瓷窑窑具(棚板、支架、匣钵等),马弗炉用马弗罩,铝精炼炉用炉衬砖,锌蒸馏炉用蒸馏罐、水泥回转窑冷却器等。
 
(2)氮化硅结合碳化硅砖
氮化硅结合碳化硅耐火砖是用SiC和Si粉为原料,经氮化烧成的耐火砖。其特点是以Si3N4为结合相。Si3N4以针状或纤维状结晶存在于SiC晶粒之间,是一种重要的新型耐火材料。
 
利用反应烧结原理,以氮化反应使含硅粉的SiC坯体烧结,烧成过程在通入氮气、容易控制的密闭炉内完成。炉内温度、压力、气氛均要严格控制。主要工艺参数:氮化气体压力0.02—0.04MPa,炉内气氛含02量小于0.01%,终氮化温度1350—1450℃,氮化总时间随制品形状、尺寸不同而异。
 
氮化硅结合碳化硅耐火砖具有良好的耐碱侵蚀性、抗熔融冰晶石润湿性、抗氧化性、耐磨性、高导热性、抗热震性和极低的电导率。
 
氮化硅结合碳化硅耐火砖主要用做高炉下部炉身内衬,比使用传统耐火材料寿命提高l倍以上,此外,可用做铝还原电解槽内衬、陶瓷窑具,有节能、提高寿命、不污染环境等优点,还可用做高炉风口水冷管套砖。
 
(3)重结晶碳化硅砖
重结晶(再结晶)碳化硅耐火砖是以碳化硅为原料制成的碳化硅与碳化硅直接结合的耐火砖。其特点是无第二相存在,由100%α-SiC构成。制造重结晶碳化硅所用原料的化学组成如下:SiC 99.5%,游离C 0.2%,Fe 0.08%,游离Si02 0.08%。
 
重结晶碳化硅耐火砖主要用做窑具,有节能、增加窑的有效容积、缩短烧成周期、提高窑的生产效率、经济效益高等优点,还可用做烧嘴喷嘴头、陶瓷辐射加热管、元件保护管(特别是用于气氛炉)等。
 
粘土、氧化物结合碳化硅制品
(1)制品的生产。粘土结合的碳化硅制品是用耐火度和可塑性都较高的耐火粘土(质量分数为10%一15%)与SiC(质量分数为50%一90%),以及其他瘠性耐火材料配合,加密度为1.25—1.35心cm3的亚硫酸纸浆废液或糊精等作结合剂,使泥料含水约4%一5%,以生产粘土耐火制品的工艺方法制成。
配料中碳化硅颗粒应粗、中、细适当配合。极限粒度为3一0.5mm,依制品要求而定。细粉量多,坯体体积密度较高,但易氧化。可塑粘土量多和SiC细粉量适当减少,易成型,坯体较易致密化,制品不易氧化,但荷重软化温度低,蠕变大。.
制备泥料时,为防止SiC颗粒氧化,粘土可部分以泥浆形式加入。坯体的致密性高,有利于导热性和防氧化,因此应尽量减少泥料水分和高压成型。依结合粘土种类和数量,一般在氧化气氛下,经1 350—1 400~2烧成。
在配料中可以纯净Si02细粉代替结合粘土,并采用上述粘土结合碳化硅制品的生产方法制成氧化物结合碳化硅制品。Si02组分在坯体烧成时,在SiC颗粒表面形成sich薄膜,将SiC颗粒结合为整体。
(2)制品的性质。粘土结合和氧化物结合的碳化硅制品,含SiC的质量分数多为50%一90%,体积密度2.—2.55g/cm3,气孔率17%一24%,依制品组成和烧成温度而定。常温强度很高,上述密度的制品,一般耐压强度大于50一100MPa。热导率很高,在1000~2000下为3.99—10.58w/(m•℃),其中粘土结合者较低,纯净Si02结合者较高。制品的抗热震性很强。由于主要由SiC构成,故抗渣性和耐磨性也较高。
(3)制品的应用。此种制品可作为炼铁高炉炉腰、炉腹和炉身内衬,金属液的出液孔砖和输送金属液的通道砖和管砖,也可作为有色金属锌、铝等冶炼设备的内衬砖、铸造容器和各种加热炉内衬和换热器管材,还可用作焦炉碳化室和陶瓷窑具用耐火制品。
 
铝电解槽用碳化硅砖
现代铝电解槽的侧壁用碳化硅砖砌筑,代替原来的边部炭砖,其发展趋势愈加猛烈。在铝的正常电解过程中,有一层凝固的电解质(边部结壳)保护着侧壁。但在阳极效应发生时,或者槽电压不稳定时,这层凝固的电解质便会熔化。用碳化硅砖的导热性良好,向外散热量增多,因此侧壁内衬上电解质结壳趋于稳定,有利予生产过程。
 
铝电解槽用碳化硅砖应具有下列特性:
1、在侧壁的顶部和背部,对于高温500~600℃的空气,具有很大的抗氧化能力。
2、对于高温的950~970℃冰晶石熔液和铝液有良好的抗腐蚀能力。
3、对于铝湿润不良。
4、具有良好的导热能力和机械强度。
5、具有很大的电阻率,因此电流短路明显减少。
 
碳化硅砖与传统的边部炭块相比,有许多优良的性能。它的主要优点是抗氧化性能。此外,它具有良好的电阻率,可以防止经侧壁传导电流的短路现象。而且它具有良好的导热性能,侧壁的厚度原来是350~480mm(包括边部炭块和耐火砖),用碳化硅砖时可以减薄到85~115mm,因此经侧壁的散热量增多,电解质在侧壁上凝固了,生产过程趋于稳定,而且槽膛面积增大了,阳极炭块加长了,阳极在槽膛内的填充率增大,可使槽电流增大,铝产量增多。
 
碳化硅砖中的黏结剂有多种:氮化硅、赛隆、氧氮碳化硅、硅碳氧化物等,它们决定着碳化硅砖的化学和物理性能,选用适当的黏结剂可获得优质的碳化硅砖。
 
使用硅碳氧化物黏结剂时,可生成玻璃相,其中含有莫来石针状物;使用氧氮碳化硅黏结剂时,可生成Si2ON2桥;使用氮化物黏结剂时生成Si3N4针状物和纤维;而用碳化硅自黏结时,则生成SiC桥。
 
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