L'operació moderna d'alts forns exigeix grans exigències a l'argila del forat i als refractaris. Els cicles tèrmics repetits, el fregat de ferro fos, la infiltració d'escòries i l'alta pressió del forn sovint provoquen esquerdes del forat, erosió ràpida i ritme de toc inestable. Aquests problemes augmenten la càrrega de treball de manteniment i augmenten el risc d'aturada de producció no planificada.
Nitrur de ferrosilici(FeSiN, material compost Fe-Si₃N₄) es produeix per la reacció de nitruració dealiatge de ferrosilicisota atmosfera de nitrogen a alta temperatura. Durant l'última dècada, s'ha convertit en un additiu funcional principal per a l'argila i els sistemes refractaris que contenen carboni.
A diferència del farciment inert ordinari, el nitrur de ferrosilici genera una xarxa unida per nitrur in situ a temperatura de servei. Millora la resistència a alta temperatura de la matriu, la resistència als xocs tèrmics i la propietat anti-infiltració d'escòria de l'argila del forat Al₂O₃-SiC-C, els fundibles de corredor de ferro i les barreges de batuda.
En la producció real, molts formuladors de refractaris només se centren en l'índex de contingut de nitrogen, ignorant el nivell d'oxigen, la distribució de la mida i el control d'impureses. Fins i tot amb una fórmula base ben dissenyada, una selecció inadequada de FeSiN conduirà a un rendiment insatisfactori al lloc.
Mecanisme de treball del nitrur de ferrosilici en argila i refractaris
Durant el procés d'escalfament de l'alt forn, feSiN participa en la reacció físico-química dins de la matriu refractària i aporta tres efectes funcionals bàsics:
Forma fases d'unió de nitrur
Al rang de temperatures de 1250-1450 graus, es formen fases cristal·lines de Si₃N₄ estables per reforçar els límits de gra dins dels sistemes refractaris Al₂O₃-SiC-C. La resistència a alta temperatura es promou sense sacrificar la resistència al xoc tèrmic.
Restringir la penetració de l'escòria
La xarxa de nitrur densa formada redueix els porus oberts dins del cos d'argila del forat. Impedeix que l'escòria líquida penetri a l'estructura interna, alenteix la corrosió química i l'escallada superficial durant els cicles repetits de toc.
Optimitzar el rendiment de sinterització
Les fases fines de ferro dispers descompostes de FeSiN admeten una sinterització moderada de la matriu d'argila del forat. Manté la integritat estructural sota un cop continu, mentre que manté un rendiment adequat d'obertura de l'aixeta, evitant l'enduriment excessiu del forat o el fracàs enganxat.
Llevat de l'argila del forat, el nitrur de ferrosilici també s'utilitza àmpliament per a colables de corredor de ferro, mescles de batut i blocs refractaris parcials prefabricats, especialment per a grans alts forns destinats a operacions de campanya llarga.
Especificacions tècniques clau del nitrur de ferrosilici de grau refractari
El contingut de nitrogen no pot reflectir completament el rendiment real del servei. El contingut d'oxigen, el contingut de ferro lliure, les impureses nocives i la distribució de la mida tenen una gran influència en la treballabilitat de la barreja i la vida útil final del refractari.
La taula següent mostra les qualitats comercials típiques per a la fabricació d'argila, juntament amb la influència pràctica en els productes finals.
| Paràmetre | Grau estàndard (N28-30) | Grau N alt (N30-32) | Grau estabilitzat baix-O | Impacte pràctic sobre l'argila del forat |
|---|---|---|---|---|
| Nitrogen (N) | 28‑30 % | 30‑32 % | 30‑33 % | Determina la capacitat de formació en fase de nitrur; N més alt aporta un millor potencial d'enllaç |
| Silici total (Si) | 47‑51 % | 49‑52 % | 50‑53 % | Base bruta per a la generació de Si₃N₄, utilitzada per al càlcul de la fórmula |
| Ferro lliure (Fe) | 13‑17 % | 12‑15 % | 11‑14 % | Fe moderada admet la sinterització; L'excés de ferro lliure produeix fases d'impureses de baix punt de fusió |
| Oxigen total (O) | Inferior o igual al 2,5 % | Menor o igual al 2,0 % | Menor o igual a 1,2 % | Índex de control crític. High-O FeSiN crea porus addicionals a la calor i accelera la penetració de l'escòria |
| Sofre i fòsfor | Inferior o igual al 0,05 % cadascun | Inferior o igual al 0,04 % cadascun | Inferior o igual al 0,03 % cadascun | L'alt S & P generen fases fràgils i escurcen el cicle de servei del forat |
| Humitat | Menor o igual al 0,5 % | Menor o igual al 0,5 % | Menor o igual al 0,4 % | L'excés d'humitat danya la plasticitat de l'argila del forat durant la barreja i provoca l'aglomeració d'emmagatzematge |
| Mida de partícula comuna | Pols de 200 malles | 200/325 de malla | 325 malles ultrafinas | La pols més fina millora la dispersió de la matriu; la pols massa fina augmenta el consum d'aglutinant |
Nota: Totes les dades anteriors són intervals de referència típics per al grau refractari. Sol·liciteu sempre un certificat d'anàlisi (COA) lot per lot als proveïdors abans de comprar a granel.
Selecció de grau s'adapta a les condicions de funcionament dels alts forns
No hi ha un grau de nitrur de ferrosilici únic. Els enginyers de fórmules refractàries han de seleccionar les especificacions de FeSi3N4 segons el volum del forn, la intensitat de la presa, la basicitat de l'escòria i l'objectiu de la campanya. L'adopció d'un grau superior de baix contingut en nitrogen per a forns petits no aportarà una millora òbvia del rendiment, però augmentarà considerablement el cost de les matèries primeres.
| Estat dels alts forns | Escala del forn i perfil d'operació | Grau FeSiN recomanat | Mida de partícula suggerida | Notes d'aplicació |
|---|---|---|---|---|
| Forn convencional petit i mitjà | Per sota de 2.000 m³, picadura intermitent, erosió moderada de l'escòria | Estàndard N28-30 | 200 malles | Bon equilibri cost-rendiment; adequat per a fórmules generals d'argila fosa anhidre |
| Forn gran d'alta càrrega | 2000-2500 m³, extracció semi-continua, escòria d'alta basicitat | Alt-N N30-32 | 200 malles / 325 malles | Actualitzeu la propietat anti-erosió en condicions de cops freqüents |
| Forn ultragran de campanya llarga | Per sobre de 2500 m³, 24 hores de col·locació contínua, requisit estricte de baix temps d'inactivitat | Grau estabilitzat baix-O | 325 malles ultrafinas | Redueix la generació de porus dins de la matriu, allarga la vida útil del forat sota càrrega pesada |
En la fórmula convencional d'argila de forat, la dosi d'addició de nitrur de ferrosilici es controla al 4 ~ 8% en pes. L'addició excessiva comporta un guany de rendiment limitat i pot provocar defectes d'alliberament de gasos si el sistema aglutinant no pot descarregar els components volàtils sense problemes durant l'escalfament.
Falles típiques in situ causades per una qualitat inadequada del nitrur de ferrosilici
Molts errors d'aplicació d'argila de forat arrelen en la qualitat de la matèria primera FeSiN no coincident en lloc de problemes d'agregats o aglutinants. S'han resumit els símptomes de camp comuns i l'anàlisi de les causes arrels a continuació:
Desgast ràpid del forat, vida útil curta
Utilitzant FeSiN baix en nitrogen i alt oxigen per a la fórmula d'alts forns grans. Una unió de nitrur insuficient no pot resistir l'atac químic de l'escòria fosa.
Esquerdament de la superfície del forat després de múltiples cicles de cops
Mida excessivament gruixuda o mala dispersió de pols. La distribució desigual d'estrès es produeix a l'interior de la matriu d'argila del forat sota un cicle tèrmic.
Penetració severa d'escòries al cos d'argila
El nitrur de ferrosilici amb alt oxigen es descompon a alta temperatura i forma microporus connectats, proporcionant canals per a la infiltració d'escòries.
Plasticitat inestable durant el pastat de l'argila del forat
Adoptant a cegues pols ultrafina de malla 325 en una fórmula de grau general. La pols superfina absorbeix més aglutinant de resina, augmenta el cost i canvia la propietat reològica de la barreja.
Pastissos en pols durant l'emmagatzematge del magatzem
Alt contingut d'humitat o embalatge no tancat. FeSiN enganxat no es pot dispersar uniformement a l'argila del forat durant el procés de pastat.
Pautes pràctiques de funcionament per a fabricants de refractaris
Distingeix FeSiN de grau refractari i de fabricació d'acer
El nitrur de ferrosilici per a l'aliatge de nitrogen per a la fabricació d'acer sol tenir un control d'oxigen fluix, que no és adequat per a la producció d'argila de forat.
Coincideix la mida amb l'equip de mescla existent
Si l'equip de pastat no té capacitat de dispersió d'alta cisalla, no busqueu pols ultrafina de 325 malles a cegues. 200-el producte de malla compleix amb la majoria de les línies de producció d'argila de forat normal.
Estandarditzar les condicions d'emmagatzematge del magatzem
Nitrur de ferrosilici en polss'emmagatzemarà en un ambient sec i segellat. Mantenir allunyat de l'atmosfera humida per evitar l'absorció d'humitat i l'aglomeració.
El nitrur de ferrosilici ofereix una millora notable del rendiment de l'argila del forn d'alt forn i dels materials refractaris que contenen carboni. El seu valor pràctic depèn de la concordança raonable del grau amb les condicions de treball reals.
Per als productors de refractaris i els equips d'adquisició de matèries primeres, a més de l'índex de nitrogen, el contingut d'oxigen, la distribució de la mida i el nivell d'impureses determinen igualment l'estabilitat del producte final. En seleccionar el grau de FeSiN adequat segons el volum de l'alt forn, el ritme de toc i les característiques de l'escòria, les plantes refractàries poden assolir objectius equilibrats d'antierosió, resistència al xoc tèrmic i control de costos de matèries primeres per a la fabricació de ferro d'alt forn de llarga campanya.
