中國粉體網(wǎng)訊  隨著鋼鐵冶煉等高溫技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)高效耐火材料及原料的開發(fā)及研究迫在眉睫,，合成原料作為一種具有發(fā)展前途的耐火材料得到越來越多的應(yīng)用,。氮化硅鐵(Fe-Si₃N₄)是近些年來出現(xiàn)的一種新型合成原料，它是以FeSi75鐵合金為原料,，利用氮化技術(shù)和高溫合成工藝來制備的,。

氮化硅鐵的特性

耐火材料用氮化硅鐵是一種灰白色(或茶褐色)的粉末，煉鋼用氮化硅鐵是灰白色粒狀物,。氮化硅是氮化硅和鐵的混合物,，一般含有75%～80%(w)的Si₃N₄，12%～17%(w)的Fe,，游離的Si不大于1%(w),。氮化硅鐵中的Si₃N₄有α和β兩種晶型，均為六方晶體,，鐵元素以α-Fe或(和)鐵的硅化物形式存在,。

(圖片來源：安陽市紅興氮化材料有限公司)

氮化硅鐵因含有Si₃N₄相，而具有Si₃N₄的一些優(yōu)異性能,，如高的耐火度,，良好的抗侵蝕性，高的力學強度,，良好的抗熱震性,，較低的熱膨脹率，較高的抗氧化性等一系列優(yōu)點,；又因其含有Fe塑性相而具有良好的燒結(jié)性能,。同時，相對于氮化硅而言,，氮化硅鐵價格更低廉,，也便于進行工業(yè)化推廣和生產(chǎn),，因此已被用為耐火材料的原料、高溫結(jié)合相和高溫結(jié)構(gòu)材料,，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高爐鐵溝澆注料和炮泥中,。近年來，對氮化硅鐵材料及其在耐火材料中應(yīng)用的研究越來越多,。

氮化硅鐵的合成方法

氮化硅鐵的合成方法主要有直接氮化法,、碳熱還原氮化法、氣相沉積法,、熱分解法,、自蔓延高溫燃燒合成法、閃速燃燒合成法,、微波合成法,、硅鐵熔體氮化法等。合成方法及工藝不同,，氮化硅鐵的物相組成和結(jié)構(gòu)也不盡相同,。

（圖片來源：安陽市恒安冶金耐材有限責任公司）

1、閃速燃燒合成法

閃速燃燒合成法（立式連續(xù)燃燒合成法）早期應(yīng)用于金屬氮化領(lǐng)域,，新近引入耐火材料領(lǐng)域，用以制備氮化硅鐵,。在制備過程中,，硅鐵合金細粉顆粒群與上升的氮氣氣流充分接觸發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)放出大量的熱量維持反應(yīng)的自我持續(xù)進行,。閃速燃燒合成工藝效率高,，合成的氮化硅鐵中不含游離硅，產(chǎn)物純度好,，成本低,，適宜于大批量連續(xù)生產(chǎn)。

閃速燃燒合成裝置剖面圖

2,、自蔓延高溫燃燒合成法

自蔓延(SHS)又稱燃燒合成,，是一種利用反應(yīng)物之間高化學反應(yīng)熱的自加熱和自傳導過程來合成材料的一種新技術(shù)。自蔓延高溫燃燒合成法制備出的氮化硅鐵,，物相中除含有β- Si₃N₄和α- Si₃N₄外,，還含有大量的Si₂N₂O和FexSi等，其中未完全氮化的FexSi含量較多,；微觀結(jié)構(gòu)為致密的氮化硅塊體,，塊體表面覆蓋有Si₂N₂O膜，塊體的間隙存在晶形細小的氮化硅晶體,，含鐵組分鑲嵌在致密的塊體中,；外觀結(jié)構(gòu)致密,，性質(zhì)穩(wěn)定。此工藝具有生產(chǎn)成本低和更適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點,，但其操作工藝嚴格,，工藝復雜，氮化反應(yīng)難于控制,，且存在氮化壓力高,，對設(shè)備要求苛刻，難以連續(xù)生產(chǎn)和產(chǎn)量低等缺點,。

3,、碳熱還原氮化法

中國地質(zhì)大學的研究人員以鐵精礦粉、石英粉和焦炭粉等為主要原料(其粒度均小于0.3mm),，外加常溫結(jié)合劑,，按一定比例混合，在合適的溫度制度下進行碳熱還原氮化燒結(jié),，冷卻后將產(chǎn)物破碎和磨細,，得到可應(yīng)用于各種炮泥耐火材料的高性能Fe-Si₃N₄耐火原料。

4,、直接氮化法

直接氮化法是直接采用硅鐵粉在高溫下進行氮化反應(yīng),，它是一種傳統(tǒng)的制備方法，具有工藝簡單,，所需設(shè)備少,，反應(yīng)溫度較低，是氮化反應(yīng)方法中比較簡單易行并廣為采用的一種試驗手段,。缺點是氮化率低,，氮化時間長，能耗高,。此外,，要得到高含量的β- Si₃N₄，必須長時間高溫氮化,，使得能耗大增,。

氮化硅鐵在耐火材料中應(yīng)用

目前氮化硅鐵主要用于澆注料、炮泥和復合耐火材料等耐火材料中,。

1,、澆注料

氮化硅鐵在澆注料中的應(yīng)用主要側(cè)重于Al₂O₃-SiC-C鐵溝澆注料、鎂質(zhì)澆注料和高鋁澆注料等,。

2,、炮泥

炮泥是一種用于堵塞高爐出鐵口的重要耐火材料，出鐵時,，渣,、鐵同時從出鐵口排出,。隨著高爐的大型化和長壽化，高風溫,、富氧噴吹、高壓等冶煉技術(shù)的不斷強化,，對出鐵口炮泥的性能提出了更高的要求,，如具有高的抗化學、渣和生鐵侵蝕性,，良好的燒結(jié)性,、填充性，優(yōu)良的抗熱震性和高溫體積穩(wěn)定性,，環(huán)境污染小,，易開口，能延長出鐵時間并保護爐缸,。

含氮化硅鐵的炮泥在實際使用過程中鐵流穩(wěn)定,，無噴濺、紅點等異�,，F(xiàn)象,，高溫抗折強度高，耐鐵水沖刷性強,，可實現(xiàn)穩(wěn)定出鐵60min以上,，能夠完全堵塞鐵口，無鉆風跑火現(xiàn)象,。

3、復合耐火材料

復合耐火材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的耐火原料,，通過物理或化學的方法,，在宏觀(微觀)上組成具有新性能的耐火材料。氮化硅鐵在復合耐火材料中的應(yīng)用主要側(cè)重于含碳復合材料和無碳復合材料,。

參考來源:

[1]袁若寒等.氮化硅鐵及其在耐火材料中的應(yīng)用

[2]徐勇.氮化硅鐵及其在耐火材料中應(yīng)用的研究進展

[3]趙瑞等.氮化硅鐵的性能,、制備及其在耐火材料中的應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除