氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚作為高級耐火磚在各種氣氛中正常使用溫度可達1500℃左右,所以Si3N4-SiC被廣泛應用于衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、電子陶瓷、建筑陶瓷、磨具及冶金等行業(yè),作為窯具亦有廣闊的市場。?
(1)鋼鐵冶金行業(yè)?
鋼鐵工業(yè)是氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚的最大用戶。隨著高爐的大型化,以及潔凈鋼、低碳鋼等特殊鋼種的發(fā)展,鋼鐵冶金對耐火磚提出了更高的要求。1976年美國Point、1977年法國Dunkerque公司等開始將氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚應用于高爐爐腰。在我國,1985年鞍鋼首次將氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚應用于高爐爐身下部、爐腰和風口區(qū)。新日本鋼鐵公司曾對高爐爐身下部用的不同耐火磚損毀速度進行了研究,結(jié)果表明,與粘土磚相比,高鋁磚損毀速度是其3/5,Si3N4-SiC的損毀速度是其1/5。氮化硅結(jié)合碳化硅磚在高爐渣侵蝕后外形完好,侵蝕不明顯,且抗鐵水溶蝕性能好,1425℃鐵水溶蝕60分鐘后,溶蝕結(jié)果為0。?
(2)有色冶金行業(yè)?
在銅合金熔煉領(lǐng)域,鎂質(zhì)坩堝存在抗熱震性能差、銅液易滲漏等不足。在鋁合金熔煉領(lǐng)域,長期采用的是鑄鋼、鑄鐵和石墨等材料。金屬坩堝在與鋁合金熔體接觸過程中會發(fā)生滲鐵現(xiàn)象,降低冶金質(zhì)量。石墨坩堝在使用過程中存在嚴重氧化現(xiàn)象,提高了生產(chǎn)成本。隨著先進有色冶金技術(shù)的發(fā)展,對所用耐火磚的質(zhì)量和性能都提出了更高的需求。?
Si3N4-SiC制品與有色金屬熔體不潤濕,在性能上明顯優(yōu)于氧化物陶瓷,此外,Si3N4-SiC材料具有導熱率高、抗熱震穩(wěn)定性好、抗沖刷、抗金屬蒸汽侵蝕等優(yōu)點,因此廣泛應用于鉛、鋅、鋁、銅等有色冶煉工業(yè)的冶煉爐中。其用途包括,豎罐鋅蒸餾爐的蒸餾罐爐壁以及冷凝器轉(zhuǎn)子,鋅蒸餾塔塔壁、冷凝器和各種通道等部位的工作層,以及決定煉鋅連續(xù)精餾精煉設(shè)備使用壽命的塔盤;承受鉛霧沖刷和化學侵蝕作用的鉛鋅密閉鼓爐鉛霧室側(cè)墻;煉鋁反射爐放鋁口,流鋁槽及其襯體,鋁電解槽側(cè)墻等;精銅熔化豎爐爐壁工作層和燒嘴區(qū)等易損部位。Si3N4-SiC的使用顯著提高了有色冶煉爐的壽命,降低了耐火磚消耗,提高了冶煉效率。?
需特別指出的是,Si3N4-SiC材料目前己廣泛應用于鋁電解工業(yè)。作為鋁電解槽側(cè)墻內(nèi)襯的氮化硅結(jié)合碳化硅磚,為延長鋁電解槽壽命和大型鋁電解槽的開發(fā)做出了重要的貢獻,促進了鋁電解槽技術(shù)的進步及鋁電解工業(yè)的發(fā)展。SiC不與鋁液發(fā)生反應,較傳統(tǒng)陰極碳塊明顯更耐電解質(zhì)腐蝕和抗空氣氧化,其電阻率也遠遠高出傳統(tǒng)陰極側(cè)壁內(nèi)襯材料。SiC熱導率高,用作電解槽的側(cè)壁材料時可以形成保護性的側(cè)部凝固槽幫。此外,應用碳化硅材料可以降低槽水平電流、增加槽側(cè)壁散熱和降低槽溫,提高電流效率。選用SiC質(zhì)耐火磚側(cè)壁可以使側(cè)壁厚度降低,有助于擴大槽膛,增大鋁的產(chǎn)量。?
(3)衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、電子陶瓷、建筑陶瓷、砂輪行業(yè)?
用窯具由于衛(wèi)生陶瓷燒成溫度高、荷重大,一般材質(zhì)的輥棒不能滿足輥道窯燒成衛(wèi)生陶瓷的要求,因此Si3N4-SiC或Sialon-SiC輥棒是較為理想的選擇。目前,日用陶瓷越來越多地采用冷煤氣、天然氣、液化石油氣進行明焰燒成。Si3N4-SiC材質(zhì)的窯具可明顯降低窯具與制品的重量比,使用壽命長,節(jié)約能源消耗且提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。?
電子陶瓷行業(yè)對窯具質(zhì)量的要求越來越高,要求窯具高溫強度高、熱穩(wěn)定性能好、使用壽命長、價格適宜,這為Si3N4-SiC材料提供了廣闊應用空間。?
建筑陶瓷近年來向著高檔化、大型化方向發(fā)展,要求輥道窯傳動支托輥棒在1250℃以上溫度使用,高溫抗折強度在50MPa以上,Si3N4-SiC是較理想的選擇。且該材質(zhì)的燒嘴套管使用壽命長、價格適中,有很好的發(fā)展前景。?
砂輪的燒成溫度高,燒成周期長,且所用窯具荷載大,因此砂輪行業(yè)對窯具,特別是棚板的要求很高。傳統(tǒng)砂輪生產(chǎn)廠家多采用50mm厚的粘土板或粘土結(jié)合SiC板,不僅占用裝爐空間,降低了生產(chǎn)效率,而且使用壽命較短。若采用Si3N4-SiC或Sialon-SiC材料棚板,不僅厚度可降至25mm左右,而且可以提局傳熱率,延長窯具壽命。?
(4)垃圾焚燒爐?
從十九世紀下半葉開始,西方發(fā)達國家己著手設(shè)計和開發(fā)垃圾焚燒設(shè)備。當時應用垃圾焚燒技術(shù)和設(shè)備的主要目的是,在高溫下進行垃圾的無害化處理,同時將垃圾中含有的能量轉(zhuǎn)換為蒸汽、電能或者熱水加以利用,以盡可能低的成本進行垃圾的焚燒處理。世界上第一臺固體廢棄物焚燒設(shè)備誕生在第二次技術(shù)革命時期的歐洲。1870年,第一臺垃圾焚燒爐在Paddington市投入運行。今年我國部分城市也開始建設(shè)垃圾焚燒爐,以解決城市垃圾圍城的困境。?
垃圾焚燒爐的工作溫度一般不超過1400℃,但是工作環(huán)境較為復雜,如氣體侵蝕嚴重,垃圾在高溫移動過程中對爐體內(nèi)部的磨損和沖擊。因此垃圾焚燒爐要求耐火磚具有良好的高溫強度、耐磨性、耐酸堿腐蝕性、抗熱震穩(wěn)定性、抗CO、Cl2、SO2、HCl、堿金屬蒸汽侵蝕等性能。目前Si3N4-SiC材料已廣泛應用于垃圾焚燒爐,并有令人滿意的表現(xiàn)。?
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