Ferrokiselnitrid är ett ferrolegeringsmaterial som huvudsakligen består av kiselnitrid (Si₃N₄), åtföljt av fritt järn, mindre icke-kiselnitridfaser och ett litet antal andra komponenter. Det är en vanlig tillsats vid stålsmältning eftersom den innehåller kväve, och den är också en viktig råvara för framställning av stål med högt-kväveinnehåll. Dessutom har ferrokiselnitrid bra hög-temperaturbeständighet, vilket gör den effektiv i vissa eldfasta material med hög-temperatur, framför allt pistollera som används för att täppa igen tapphålet i masugnar.
Vad är ferrokiselnitrid?
| Komponent | Typiskt kommersiellt utbud | Roll |
|---|---|---|
| Kisel (Si) | 45-52% | Bildar Si3N4 och FeSi faser |
| Kväve (N) | 26-32% | Ger nitreringseffekt för stål och eldfast material |
| Järn (Fe) | Saldo, vanligtvis 10-20 % | Duktil förstärkning; främjar sintring |
| Kol (C) | Mindre än eller lika med 0,5 % | Kontrollerad rest |
| Storlek | 10-100 mm (klump/granulär) | Bulkladdning för ugnar och tapphålsblandningar |
Kommersiell ferrokiselnitrid för eldfast användning är ett ben-vitt eller brunt pulver, medan ståltillverkningskvaliteten är ett benvitt granulärt material. Den 10-100 mm granulära formen väljs när materialet laddas i ugnar eller blandas in i grova eldfasta blandningar såsom gun clay.
Varför Gun Clay behöver en hög-tillsats
Gun clay är ett kol-bundet eldfast material som används för att täppa igen tapphålet i masugnar. Det smälta järnet som passerar genom tapphålet är inte bara starkt korrosivt utan också extremt varmt, och det eroderar leran under varje tappningscykel. När masugnar utvecklas mot större storlekar och längre kampanjer har gun clay skiftat från ett enkelt förbrukningsbart eldfast material till ett funktionellt eldfast material vars prestanda direkt påverkar tapp-till-tillförlitligheten.
Att bara öka SiC-innehållet i pistollera för att förbättra dess-högtemperaturstyrka uppfyller inte längre kraven för moderna masugnar. Ferrokiselnitrid, som en ny typ av icke-oxid eldfast råmaterial, erbjuder utmärkta sintringsegenskaper, kemisk stabilitet, hög-temperaturstyrka och värmeledningsförmåga, vilket är anledningen till att det har introducerats som en funktionell tillsats.
Hur Fe–Si₃N₄ fungerar i Gun Clay
Ferrokiselnitrid förbättrar gun clay genom flera mekanismer. För det första, jämfört med tillsatser av SiC eller Si₃N4 enbart, höjer Fe-Si₃N4 den höga-temperaturböjhållfastheten hos tapphålsslammet i varierande grad över hela drifttemperaturområdet.
För det andra kan Fe-Si₃N₄ sönderdelas vid hög temperatur och frigöra kvävgas (N₂), vilket skapar diffusa mikroporer i leran. Dessa mikroporer är fördelaktiga för att förbättra pistollerans borrbarhet, vilket innebär att pluggen kan öppnas rent och snabbt vid nästa tapp.
För det tredje, den viktigaste skillnaden från SiC och Si₃N4 ligger i närvaron av duktil partikelförstärkning från metalliskt järn och den intermetalliska föreningen Fe₃Si inom Fe-Si₃N₄. Fe₃Si främjar sintring av leran och omvandlingen av -Si₃N₄ till -Si₃N₄, vilket förbättrar bindningsstyrkan mellan oxid- och icke-oxidfaser. Resultatet är en tapphålslera med bättre bindning, högre eldfasthet och mer konsekvent öppningsbeteende.
Jämförelse med SiC- och Si3N4-additioner
| Aspekt | Fe–Si3N4-tillsats | SiC- eller Si3N4-tillsats |
|---|---|---|
| Hög-böjhållfasthet | Förbättrad över driftstemperaturer | Förbättrad, men utan duktil fasfördel |
| Borrbarhet | Förstärkt av N2-mikroporbildning | Begränsad förbättring |
| Sintringskampanj | Fe₃Si underlättar sintring och → transformation | Mindre uttalad |
| Oxid/icke-oxidbindning | Starkare gränssnittsbindning | Måttlig |
Dessa skillnader förklarar varför ferrokiselnitrid gradvis har använts i högpresterande tapphålsblandningar.
Andra tillämpningar av ferrokiselnitrid
Utöver vapenlera används granulär ferrokiselnitrid huvudsakligen i kisel-orienterade stål och andra stål som är beroende av nitrider för att förbättra styrkan, såsom HRB400 armeringsjärn, där kvävetillsatsen främjar utfällningshärdning. Det är också en viktig råvara för smältning av hög-kvävestål. På eldfasta marknader används pulverformen i gjutgods och förformade former som behöver oxidationsbeständighet och termisk stabilitet.
Vanliga frågor
Vad är gun clay?Pistollera, även kallad tapphålslera eller kanonlera, är ett kol-bundet eldfast material som används för att täta tapphålet i en masugn mellan kranarna. Den ska tåla erosion av smält järn och vara lätt att öppna vid nästa kran.
Varför används den 10-100 mm granulära formen för tapphålslera?Den grövre fraktionen sprids jämnt genom den eldfasta blandningen och tillhandahåller en stabil källa för nitridfaserna under drift; finare pulver är mer typiska för gjutbara eldfasta material.
Hur gynnar kvävehalten stål?Kväve kombineras med element som vanadin eller aluminium för att bilda fina nitrider som stärker stålet genom utfällningshärdning, vilket är anledningen till att ferrokiselnitrid används i hög-kväve och armeringsstål.
Kan ferrokiselnitrid ersätta SiC i gun clay?Det är inte en enkel ersättning; de två materialen fungerar med olika mekanismer. Fe-Si₃N4 tillsätts vanligtvis för att komplettera eller delvis ersätta SiC och Si₃N4 för att förbättra hållfastheten, sintringen och borrbarheten.
Är ferrokiselnitrid farligt att hantera?Liksom andra nitrid- och legeringspulver bör det hanteras med dammkontroll och förvaras torrt. Undvik inandning av fina partiklar och följ säkerhetsdatabladet som medföljer produkten.
Vilka industrier förbrukar ferrokiselnitrid?Tillverkning av masugnsjärn (eldfasta material för tapphål), ståltillverkning för hög-kväve- och armeringsjärnskvaliteter och tillverkare av kiselstål.