? ? ? 目前氮化硅鐵主要用作高爐出鐵口炮泥、出鐵溝等炭系耐火材料中。由于Fe-Si₃N₄具有熱膨脹系數小、抗熱震性好及不易被熔渣滲透等特點，也被用于合成復合材料、鎂質澆注料、不燒無鉻耐火材料等。

1、在Al₂O₃-SiC-C系耐火材料中的應用

（1）在Al₂O₃-SiC-C質炮泥中的應用

? ? ? ?試驗和工業應用表明：氮化硅鐵不僅可以改善炮泥的物理性能、高溫強度，而且對炮泥的開口性能、抗侵蝕沖刷性能等。

? ? ? ?應用性能的提高具有很好的效果。近年來，全國重點大型鋼鐵企業2000m³以上高爐堵鐵口炮泥基本上都使用氮化硅鐵。添加氮化硅鐵的炮泥很好地滿足了大型高爐的需要，使高爐出鐵次數由18次普遍降低到12次，最低降到6次。炮泥的消耗量由每噸鐵1.2kg降低到0.5kg。

? ? ? ?但是氮化硅鐵在炮泥中的添加達到一定量以后，炮泥的綜合性能提高不明顯，因此，應控制好氮化硅鐵加入量。有研究認為，氮化硅鐵加入量控制在10%~20%(w)時，炮泥綜合性能最好。

? ? ? ?關于氮化硅鐵在高爐炮泥中作用機制的研究有不少報道。文獻中對氮化硅鐵在高爐出鐵口用炮泥料中的性狀進行了研究。結果發現：在1250℃開始放出隊;1300℃以上時，鐵常常發生硅鐵化;1400~1500℃時反應劇烈，放出大量氣體，基質中生成了SiC和AlN。分析認為，氮化硅鐵在炮泥中發生的反應如下：

9Fe+Si₃N₄→3Fe₃Si+2N_2??(1)

3Fe+Si₃N₄+2C→Fe₃Si+2SiC+2N_2??(2)

9Fe+Si₃N₄+Al₂O₃+3C→2AlN+3Fe₃Si+3CO+N_2??(3)

? ? ? ?可見，在炮泥中加入氮化硅鐵，高溫下在基質中生成SiC和AlN，增強了基質，同時產生大量氣體，可以提高炮泥的氣孔率，改善炮泥的開口性能和透氣性能，產生的氣體可以減少與鐵水接觸界面的摩擦，防止爐渣侵蝕。

? ? ? ?氮化硅鐵-碳體系中高溫下主要發生氮化硅向碳化硅的轉變，Fe對Si₃N₄向SiC轉化具有明顯的促進作用，是由于SiC-C復相材料的形成而強化了高爐炮泥的強度及抗熔渣侵蝕性能，使用性能大大提高。研究認為，高溫下Si₃N₄同金屬Fe反應生成的Fe₃Si增加液相量，不僅促進燒結，而且促進α-Si₃N₄向β-Si₃N₄轉變，形成長柱狀晶粒;另外，Si₃N₄同C反應生成SiC，大量Si₃N₄和SiC彼此交叉構成網絡結構，提高了炮泥的高溫強度。但也有人認為1300℃以上，氮化硅鐵并不一定發生硅鐵化，其認為氮化硅鐵首先分解為氮化硅與Fe，Fe容易氧化形成硅鐵的氧化物固溶體，而分解的氮化硅也可能發生氧化生成氮氧化合物，產生N₂，可以避免炭素被氧化，也可促進燒結過程中生成微小氣孔，有利于改善炮泥的透氣性能和開口性能。

（2）在Al₂O₃-SiC-C質鐵溝料中的應用

? ? ? ?將少量Fe-Si₃N₄加入到Al₂O₃-SiC-C質鐵溝料中，可改善材料的抗氧化性，提高材料的高溫強度，因而極大地提高了高爐出鐵溝的通鐵量。研究發現，氮化硅鐵可以顯著改善Al₂O₃-SiC-C質出鐵溝澆注料的抗氧化性，而且隨著氮化硅鐵加入量的增加，抗氧化能力增強。其抗氧化機制為：在高溫氧化氣氛下，表面氮化硅鐵中的Si₃N₄首先氧化生成SiO₂，構成氧化層的主體;隨著鐵相材料的氧化，形成的氧化鐵不但降低了氧化層的熔點，而且降低了熔體的黏度，增進熔體在材料表面上的潤濕性及流動性，形成覆蓋于材料表面的氧化層而阻止炭素氧化，使其具有比純Si₃N₄更好的抗氧化性能。但是加入氮化硅鐵，會使澆注料的加水量增加，常溫性能指標有所降低，因此要控制氮化硅鐵的加入量，以保證具有足夠的施工性能和脫模強度。

（3）在Al₂O₃-SiC-C磚中的應用

? ? ? ?在魚雷車用Al₂O₃-SiC-C磚中加入氮化硅鐵，提高了高溫抗折強度，原因是加入氮化硅鐵后，在高溫下生成S₂N₂O，且隨著氮化硅鐵加入量的增多，Si₂N₂0增多，高溫抗折強度增大。

2、Fe-Si₃N₄-SiC復合材料

? ? ? ?Si₃N₄-SiC材料具有良好的理化性能和高溫性能，廣泛用于高爐、鋁電解槽等高溫領域，具有很好的使用效果。與純氮化硅相比，氮化硅鐵具有更好的燒結性，可用作高溫結合相。如以質量分數分別為90%和10%的工業SiC和硅鐵粉為原料，外加2%(w)的黃糊精，經1380℃5h氮化燒成制備出Fe-Si₃N₄結合SiC復合材料，生成的物相除巧為、SiO₂外，還含有少量硅鐵(FeSi)和單質Fe。以質量分數分別為12%和88%的FeSi粉和SiC為主要原料，通過直接氮化反應燒結，成功制備出Fe-Si₃N₄-SiC復合材料，其主要物相為SiC、α-Si₃N₄、β-Si₃N₄和Fe3Si，硅鐵金屬間化合物均呈直徑小于10μm的類球狀，均勻分布的硅鐵金屬間化合物可以作為金屬塑性相。合成的Fe-Si₃N₄-SiC制品的常溫耐壓強度和高溫抗折強度均優于Si₃N₄-SiC材料。Fe-Si₃N₄-SiC復合材料不僅含有高溫增強相SiC和氮化硅，還含有金屬塑性相(Fe、FeSi或Fe3Si)，可改善材料的抗熱震性，該材料有望在高溫領域有良好的應用前景。

3、在其他耐火材料中的應用

? ? ? ?氮化硅鐵含有氮化硅和Fe相，具有高溫性能好，熱膨脹系數小，抗熱震性好以及不被熔渣滲透等一系列優異性能，也已被用到其他耐火材料中。北京科技大學利用氮化硅鐵含有高溫增強相氮化硅和金屬塑性相Fe，以剛玉、尖晶石為原料，將碳化硅鐵以細粉形式添加，根據過渡塑性理論制備出低成本的抗氧化、抗侵蝕性好的無鉻不燒耐火材料。該耐火材料具有優良的物理性能，良好的抗氧化性和鋼水侵蝕性，可用來代替鎂鉻磚用于RH精煉爐。將一定量的氮化硅鐵引入到鎂質澆注料中，改善了鎂質澆注料的中高溫處理后的強度以及熱態抗折強度，這是因為氮化硅鐵在加熱過程能部分氧化成SiO₂，進而形成纖維狀的鎂橄欖石，增大強度;鐵相物質能和方鎂石固溶，促進燒結。將氮化硅鐵引入到高鋁質澆注料中制備高熱震性和抗侵蝕性好的高鋁澆注料，期望可以代替用于與鋁液接觸的部位(要求具有高的化學穩定性和良好的抗熱震性)的高鋁磚。結果發現，加入氮化硅鐵后，干燥和燒后材料的顯氣孔率降低，體積密度、強度增大，雖然熔渣對試樣的滲透增大，但是熔渣對試樣的侵蝕減輕。

? ? ? 鄭州真金公司致力于水泥、石灰、有色、鋼鐵、玻璃及化工行業耐火材料的研發研制、技術解決方案設計、施工及配套產品提供等一站式總包服務，是一家集產銷研出口一體化的高溫窯爐整體解決方案服務商。服務鏈貫穿前期咨詢、方案設計、研發生產、筑爐施工及安全生產等整個項目的生命周期，通過對各種牌號產品的優化組合，滿足不同工藝要求，切實為客戶創造價值。

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