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氮化锆在电炉炉衬用镁质、碳质耐火材料中的应用

氮化锆(ZrN)是一种难溶化合物,呈金黄色晶体粉末。熔点2352,沸点4377,密度6.96。分解温度高,化学稳定性好,具有很好的耐高温、耐腐蚀、耐磨性,应用于原子能工业反应堆保护层合金材料(也可提炼核级锆),航天航空火箭发动机喷射口的耐高温合金材料,国防火炮、导弹的合金材料,也是石油化工还原性氯化物反应器或容器的耐腐性材料,还是良好的高温结构材料,也用作特高温电炉内衬的耐火耐高温材料,还用作耐压耐高温真空熔炼炉的炉衬材料,也是超硬工具材料及表面保护材料。
氮化锆在电炉炉衬上的应用
1.2铁合金电炉炉衬的分析
铁合金冶炼过程是一个高温条件下物理化学过程,铁合金的炉体构造必须充分满足使用的特殊条件的需要,尤其是电炉炉衬更为重要部分,在冶炼过程中不仅承受强烈的高温作用(1400~1800℃),还要承受炉料、高温炉气、熔融铁水和高温炉渣的物理化学侵蚀和机械摩擦冲刷,因而易被熔化、软化、溶烛甚至崩裂,炉衬的损坏会直接影响到冶炼过程的正常进行。
为了保证铁合金冶炼能在高温条件下有效进行,必须使用特殊材料来砌筑电炉炉衬,因此要求:①有较高的耐火度,能耐高温;②在高温低温下都有足够的强度;③能承受温度激变不致损坏,即具有很高的耐激冷激热性;④有足够的耐化学腐蚀性;⑤热容量大,导热学数要小,也就是绝热性能好;⑥体积膨胀学数小;⑦有一定的导电性或绝缘性。
1.3铁合金电炉炉衬材质
根据冶炼品种和渣型制度等因素,通常选用镁质耐火材料和碳质耐火材料,以及高铝砖、粘土砖、耐火混凝土等等。
①镁质耐火材料
一般含MgO80~85%以上,常用有镁砂、镁砖、镁铝砖、镁硅砖等。其耐火度高达2000℃,对碱性渣有极好的抗侵蚀能力,导热系数和高温下的导电系数较大荷重软化点较低(1470~500℃);耐激冷激热性差(仅1~2次);高温下会因水或水蒸汽的作用发生粉化。为了克服镁砖荷重软化温度低,耐急冷急热性差的问题,采用镁铬砖或镁铝砖棚筑炉顶。再将氮化锆粉混合在用无水乙醇稀释胶体溶液液中,刷在镁砖的表面,要刷得均匀,再将作为补炉衬料和捣打料使用的冶金镁砂,配上四分之一的氮化锆粉,修补炉墙、炉底、堵眼或制作打结锭模用材料,经过氮化锆处理过的炉衬能提高2~3倍的使用寿命。
②碳质耐火材料
以碳或碳化合物为基本组成物所组成的耐火材料,常用石墨碳砖、碳化硅等,其耐火度高达3000~4000℃(只要不氧化就不会坏)、抗压强度大、热膨胀系数少、耐磨性好(高温下机械强度不降低)、对酸碱都不怕、荷重转化温度高、耐急冷急热性好,不裂纹而且抗渣性特别好。但是碳砖在高温时极易氧化,有空气和氧化性气体水蒸汽等接触时500℃开始氧化,温度升高氧化极快,容易被某些元素所侵蚀。导热系数和导电系数较大,对保持炉体的热惯性和绝缘性不利。使用氮化锆粉混合在用无水乙醇稀释胶体溶液的液浆,均匀刷在碳砖表面,能很好的隔离氧化气体,水蒸汽的侵蚀氧化,也防止其他元素的侵蚀,如在背面再刷一层能起到更好的隔热性和绝缘性能,使碳衬的使用寿命提高到3倍以上。
氮化锆在电炉行业的推广应用
由于氮化锆具有熔点高,化学稳定性好,耐高温、耐腐蚀、耐磨性能好等特点,再加上是粉末状,能与冶金镁砂,石墨粉很好的混合,作为补炉衬料和捣打料,打结炉底料、修补炉墙、炉底、堵眼或制作打结锭模料等,能起到很好的作用,提高炉衬的强度耐腐度,耐磨度,提高炉衬的使用寿命,由氮化锆粉混合在用无水乙醇稀释胶体溶液成的浆液,刷在炉衬的表面起到了耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗氧化、抗水蒸汽接触碳砖,使电炉的寿命提高了3倍之多,如果能与炉衬材料熔合起来制作即会有更好的效果。但由于氮化锆是新产品新材料,大家对它还是不熟悉,所以需要加大宣传力度,国外已经使用了一段时间,有着非常好的效果,在国外把它当作保密技术全部封锁起来,因此在报导和文献上很少披露。
结语
氮化锆是冶金有色行业的新材料,由于它的优异性能对电炉炉衬起到延长寿命的作用非常清晰让我们尽快的使用起来,为了提高铁合金电炉炉衬的使用寿命,改变我国铁合金电炉炉衬的新材料的应用,有着非常重大的意义,同时还能节省成本,创造更好的效益。


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