|
В зависимости от количества
содержания карбида кремния и вида связки изделия этой системы делятся на
высококарбидкремниевые с содержанием 80—90 % SiC и специальные
карбидкремниевые с содержанием ^90 % SiC при использовании специальной
связки. Из чистого карбида кремния (типичного соединения с ковалентной связью
атомов вследствие слабого развития диффузионных процессов) даже при температурах,
близких к его разложению, не удается получить плотные изделия обычным
спеканием порошковых композиций. Распространение получили главным образом
карбидкремниевые огнеупоры на различных связках, вводимых в исходную шихту
либо синтезируемых непосредственно в ходе термической обработки. В
карбидкремниевых огнеупорах этого типа можно выделить следующие основные
группы: изделия на минеральных, органических связках, без связок, например
нитридкремниевые.
Большинство карбидкремниевых огнеупорных изделий изготавливают
на алюмосиликатных связках. При введении глины в карбид- кремниевую массу
изделия получаются более плотными, а потому более теплопроводными и менее
окисляющимися. Но при большом количестве глины теплопроводность изделий
снижается и повышается температура начала их деформации под нагрузкой в
нагретом состоянии вследствие увеличения содержания стекловидной фазы.
Поэтому рекомендуют некоторое оптимальное содержание глины в шихте, равное
5—10 %, в зависимости от назначения изделий.
Имеются еще так называемые полкарбидкремниевые (или
карбид- кремнийсодержащие) огнеупоры, например ковшовый и стопорный припасы
шамотной или графитовой системы, в который добавляют 10-—30 % SiC.
Карбидкремний содержащие изделия получают смешиванием
доведенного до соответствующей^ зернистости карбида кремния со связками
последующего формования и обжига. При этом, хотя само сырье имеет большое
значение, все-таки качество продукции во многом зависит от связки.
Изделия системы SiC характеризуются высокой удельной
теплопроводностью, хорошей устойчивостью к растрескиванию при хорошей
износостойкости. Благодаря своим особым свойствам карбид- кремниевые
огнеупоры находят широкое применение в черной и цветной металлургии,
химической и керамической промышленности. Высокая сопротивляемость механическим
воздействиям предопределяет их использование для футеровки загрузочной зоны
доменной печи, глиссажных направляющих в нагревательной печи. Стойкость
изделий к расплавам цветных металлов (несмачиваемость) обусловила их
применение в цветной металлургии для футеровки свода, подины и стенок печей.
Целесообразно использовать карбидкремниевые огнеупоры в муфелях,
высокотемпературных рекуператорах, при изготовлении капсюлей и этажерок для
обжига керамических изделий, чехлов для термопар, визирных трубок и т. д. В
последнее время из износоустойчивых огнеупоров пробуют выкладывать стенки
печей для сжигания мусора.
Отправным моментом для расширенного применения изделий
системы SiC послужила разработка износо- и кислотостойких огнеупоров.
Значительно возросли запросы на поставки таких изделий.
Обычно плотность является хорошим показателем, по которому
можно судить о свойствах готовой продукции. Характеристика изделия
(прочность, удельная теплопроводность, износостойкость) считается
удовлетворительной при теоретической плотности —3,21 г/см3. Поэтому лучше не
прибегать к связкам из других материалов. В последнее время стали чаще
использовать самосвязку для создания плотной структуры.
Карбид кремния, служащий сырьем для указанных изделий,
обладает весьма высокой твердостью и превосходной жаропрочностью. Это
карбидное соединение часто называют карборундом (торговая марка продукции
фирмы США «Карборандум»). Такой искусственный минерал получают в электропечи
путем синтеза кремнезема, содержащего ^98 % Si02 с углеродным сырьем, в
частности с малозольным нефтяным пеком. Известны р- и а-модификации
кристаллической структуры карбида кремния, р-модификация весьма
мелкозерниста. Политипная а -модификация представляет сложную структуру:
выявлено свыше 20 различных упаковок.
В зависимости от сырья и технологического процесса
получают бесцветные, зеленые и черные кристаллы карбида кремния. Чистый
карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. Однако прамышленная
продукция весьма насыщена примесями, изменяющими ее цвет. Эти примеси —
включения чужеродных элементов в состав кристалла. Избыток кремния придает
зеленую, избыток углерода — черную окраску. Зеленый SiC более чистый, чем
черный. Черный уступает зеленому по абразивным свойствам.
Карборунд марки «С» состоит из кристаллов черного цвета,
полученных в результате измельчения слитков материала до соответствующей
крупности. Производство таких слитков осуществляют в электропечи, где идет
реакция взаимодействия между кремнеземистым сырьем (например, кварцевым
песком) и углеродистым материалом (нефтяным коксом и др.). Карборунд марки GC
(Green Carborundum), состоящий из кристаллов зеленого цвета, также получают
путем помола слитков, спеченных в электропечи на основе аналогичной реакции.
Но в данном случае исходным служит высокочистое кремнеземистое сырье с высоким
содержанием Si03 и углеродистый материал.
Связкой служит пластичная глина, которая является
пластификатором при прессовании и спекающим компонентом при обжиге. Можно
также в качестве связки использовать синтетический муллит и органические
добавки. В результате смешивания сырья со связками и добавками получают
тестообразную землистую массу, которую формуют прессованием и трамбованием.
Отформованные сырые-изделия сушат и обжигают.
Более подробно технологический процесс производства изделий
на алюмосиликатной связке показан на 72. Другие процессы производства
изделий с содержанием Si3N4 и на самосвязке показаны соответственно на 73 и
74.
Свойства карбидкремниевых изделий, обусловливающие их
применение, очень разнообразны. Общая характеристика следующая: очень высокие
твердость, удельная теплопроводностьтермомеханическая прочность и
износостойкость, превосходная стойкость к растрескиванию, хорошее
сопротивление к разъеданию кислыми шлаками, коррозионному действию паров
металлов и расплава, обладают определенным сопротивлением к действию кислот
при высокой температуре.
Типичные свойства изделий с алюмосиликатной связкой
приведены в табл. 100. Свойства изделий, содержащих нитрид кремния, отражены
в табл. 101, 102. Для справки в табл. 103 приводятся сведения о химической
стойкости карбидкремниевых изделий.
Поскольку свойства карбидкремниевых изделий различаются,
что объясняется различием природы связующих компонентов, их применение тоже
разнообразно. В последнее время возрос спрос на этот вид огнеупорных изделий
вследствие их хороших характеристик: высоких удельной теплопроводности,
механической прочности и износостойкости в рабочих условиях. Более других на
рынок поступает изделий на алюмосиликатной связке, затем содержащих нитрид
кремния и самосвязанных (без связки).
Изделия на алюмосиликатной связке используются для
футеровки печного оборудования промышленных печей (полки, стояки), муфельных
печей, камер горения, циклонов, и пылесборников, желобов коксовых печей,
цементообжиговых вращающихся печей, высокотемпературных рекуператоров,
дистилляционных печей при выплавке цинка, печей для рафинировочной плавки
алюминия, котлов- утилизаторов, для изготовления нагревательных элементов и
т. д. Изделия на собственной связке используются для футеровок атомных
реакторов, реактивных двигателей, печей доменных и для сжигания отходов.
Наряду с огнеупорами, содержащими преимущественно карбид
кремния, известны также материалы, в которые SiC вводят как один из
компонентов шихты. Карбид кремния добавляют (оптимально до 30 %) в шихты
шамотных, динасовых, тлиноземистых, графитовых и других материалов, с
которыми карбид кремния не взаимодействует при высоких температурах.
Считают, что срок службы футеровки ковша из
карбидкремнийсодержащих изделий в 6—8 раз больше, чем шамотных, которые более
склонны к образованию трещин, более газопроницаемы, что неблагоприятно блияет
и на качество жидкой стали.
Способ производства карбидкремнийсодержащих изделий
показан на 75. Карбид кремния и вторичное сырье очищают от примесей, дробят
и разделяют на фракции в соответствии с требованиями стан-
дартов, смешивают и полученную землистую массу формуют
прессом и трамбовкой. После сушки продукцию обжигают, но часть ее отгружают
без обжига.
Кроме ковшового припаса, карбидкремнийсодержащие изделия
практически в другом печном оборудовании не используются. Полагают, что сфера
применения этих изделий будет расширена. В табл. 105 приведены типичные
свойства изделий с содержанием карбида кремния.
|