氮化硅铁加入量对无水炮泥烧后性能的影响
发布日期： 2020-10-20 08:49:19 阅读量（400） 作者：郑玉 罗旭东等随着高炉炼铁技术的不断更新，对出铁口的要求也越来越严格。为了使出铁口稳定，延长出铁时间，要求炮泥的体积稳定性、烧结性和开口性能要良好，同时对抗熔渣侵蚀和抗氧化性也有较高的要求。因此，国内外研究者试验各种添加剂来提高无水炮泥的性能。氮化硅铁就是一种新型的外加剂，是在一般非氧化物的基础上把金属Fe和金属间化合物Fe3Si引入到其中的复合材料，具有良好的高温性能、耐磨性和烧结性、较高的热导率、热膨胀系数小等特点。本试验中研究了氮化硅铁加入量对无水炮泥烧后性能的影响。
1.1原料
主要原料为：w(Al2O3)≥95%的棕刚玉，粒度≤3和≤0.074mm;w(SiC)≥97%的碳化硅，粒度≤0.074mm;w(C)≥80%的焦粉，粒度≤1mm;w(Al2O3)≥34%、SiO2≥49%(w)的黏土;软化点为90~120℃的沥青;氮化硅铁为添加剂，其主要化学组成(w)：Si≥48%，N≥30%，Fe≥12%，O≤2.5%;以焦油为结合剂。
1.2试样制备
具体配方见表1。按照表1称取原料后放入搅拌锅中搅拌5min，外加焦油作为结合剂均匀混合20~30min，然后制成40mm×40mm×160mm的试样，脱模后干燥72h，在分别在800、1000、1250、1450℃埋炭条件下保温3h进行热处理，之后自然冷却到室温。
表1试验配方
1.3性能检测
按照国家标准检测无水炮泥烧后的体积密度和显气孔率(GB/T2997—2000)、高温抗折强度(GB/T3002—2004)、常温耐压强度(GB/T5072—2008)。
2.1氮化硅铁对炮泥显气孔率的影响
显气孔率是炮泥的重要指标之一。显气孔率过大会导致铁水侵入，降低炮泥抗侵蚀能力，显气孔率过小会导致炮泥致密度过高，使用过程中不易开口。氮化硅铁的加入量对无水炮泥显气孔率的影响如图1所示。在800和1000℃热处理后，试样显气孔率增大的速度较快。因为无水炮泥结合剂焦油和沥青中的有机物质在挥发、分解和炭化过程中产生大量CO、CO2、CH4和H2O等气体。热处理温度超过1000℃时，在高温烧结作用下，炮泥的显气孔率下降，同时炮泥中氮化硅铁在高温下反应会放出少量的N2使显气孔率升高，这二者的共同作用，导致显气孔率随着氮化硅铁加入量的增加呈现先减小后增大的趋势。从图中可以看出，当氮化硅铁加入量为20%(w)时，炮泥的显气孔率最小，当继续增加氮化硅铁显气孔率明显增大。
图1不同温度热处理后，氮化硅铁加入量对炮泥显气孔率的影响
2.2氮化硅铁对炮泥高温抗折强度的影响
高炉开铁口后，铁水和熔渣对炮泥有一定的冲刷作用。因此，无水炮泥的高温抗折强度是一个重要的指标。从图2可以看出，试样的高温抗折强度随着氮化硅铁加入量的增加而增大。当氮化硅铁加入量小于20%(w)时，从800℃至1450℃热处理后试样的高温抗折强度减小趋势缓慢。1200℃时，氮化硅铁中Fe3Si从开始出现液相，在1450℃时完全生成液相，能够促进物料烧结。当氮化硅铁加入量达到25%(w)时，生成了过多的液相，并且产生一定量的气体，使炮泥气孔率过大而导致高温抗折强度降低。
图2不同温度下氮化硅铁加入量对炮泥高温抗折强度的影响
2.3氮化硅铁对炮泥常温耐压强度的影响
图3为氮化硅铁加入量对无水炮泥的常温耐压强度的影响曲线。炮泥的烧后耐压强度并不是越高越好，强度过高会对高炉炉前开口造成困难。从图中1000℃的曲线可以看出，随着氮化硅铁的加入量的增加，试样的常温耐压强度变化不明显。这是由于1000℃时烧后耐压强度主要来自于未被氧化的碳、骨料和基质之间的结合强度，以及试样在冷却过程中所形成的结构应力。当氮化硅铁的加入量大于15%(w)时，高温下强度过高，导致炉前不易钻孔开口。当氮化硅铁的加入量小于15%(w)时，1450℃下的耐压强度适中，既能满足高温下铁水和炉渣的冲刷，又能便于炉前钻孔开口。
图3不同温度下氮化硅铁加入量对炮泥常温耐压强度的影响
(1)显气孔率随着氮化硅铁加入量的增加呈现先减小后增大的趋势。当氮化硅铁加入量为20%(w)时，炮泥的显气孔率最小，再增大氮化硅铁加入量炮泥的显气孔率明显增大。
(2)高温抗折强度随着氮化硅铁加入量的增加而增大，当氮化硅铁加入量小于20%(w)时，从800℃至1450℃热处理后试样的高温抗折强度减小趋势缓慢;当氮化硅铁加入量达到25%(w)时，由于生成了过多的液相，高温抗折强度降低。
(3)添加氮化硅铁显著提高了炮泥在1450℃下的高温抗折强度，其适宜加入量为20%(w)左右。
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