添加氮化硅铁对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料性能影响

  1.氮化硅铁加入量对Al2O3-SiC-C浇注料高温抗折强度的影响：
  加入Si3N4及Fe-Si3N4的试样1400℃×30min的高温抗折强度分析得出，氮化硅的加入对铁沟浇注料的影响不大，其高温抗折强度仅有少量的提高。添加氮化硅铁对Al2O3-SiC-C铁沟浇注料
  相对于氮化硅加入量为5%～10%的试样，加入3%Fe-Si3N4的高温抗折强度即能够与之持平。而且随着Fe-Si3N4加入量的增加，高温抗折强度增长较快。由此看出，Fe-Si3N4加入对高炉出铁沟浇注料的高温抗折强度影响是较大的。Fe-Si3N4中的铁促进了氮化硅向碳化硅的转化，增强了该体系浇注料的基质。
  同时，生成的高碳铁合金在基质中的弥散也促进了材料的烧结、致密化，提高了强度。将经高温抗折处理后的试样块在潮湿空气中长时间放置，发现试样块的断面上出现很多红色的Fe2O3均匀分散于基质中，很致密。
  2.氮化硅铁加入量对浇注料抗氧化性能的影响：
  从试验中具有不同Fe-Si3N4加入量的试样表面氧化膜的显微结构进行分析，得出，随着Fe-Si3N4加入量的增加，氧化后试样的表面越来越致密，表面所生成的氧化膜越来越平整，以致于覆盖了整个表面，从而有利于防止材料的进一步氧化，起到了抗氧化的作用。
  3.氮化硅铁对Al2O3-SiC-C浇注料防氧化行为机理分析：
  从各试样氧化层的图示分析显示，出铁沟材料表面的氮化硅及碳化硅氧化后，碳便成为与氧亲和力较强的组分，氧化层的碳则被氧化形成脱碳层，由此，材料表面的气孔也将增加。
  从材料氧化的动力学过程来看，在氧气通过脱碳层向内部扩散时，氮化硅铁氧化后剩余的铁相材料起到过滤部分氧气O2(g)的能力，生成氧化铁(FeO)；而FeO的生成，将使以SiO2、Al2O3-SiO2或SiO2-A2O3-CaO为主要成分的氧化层的熔点降低，流动性增强，从而形成致密均匀的氧化层，封堵气孔，阻止了氧向内部的扩散，达到了防止内部碳氧化的目的。
  由于氧化铁(FexO)的作用，添加氮化硅铁试样表面氧化层封闭较早，也就是说能够较早地形成覆盖于材料表面的氧化层而阻止碳素的进一步氧化。相同条件下，如果没有氧化铁(FexO)产物的参与，形成封闭氧化层所经历的时间较长，氧化层就会较厚。这说明了氮化硅铁对Al2O3-SiC-C体系材料具有很好的防氧化的作用。
  4.氮化硅铁对Al2O3-SiC-C浇注料抗渣浸蚀性分析：
  防氧化性能对Al2O3-SiC-C浇注料的使用是非常关键的，但是，如果材料内部的铁仍以氧化铁(FeO)形式存在，对高温使用性能则是非常有害的。因此有必要研究Fe-Si3N4加入量对铁沟浇注料抗渣侵蚀性的影响以及材料内部铁的存在形式。从氮化硅铁加入量不同时试样的渣侵深度试验看出，Fe-Si3N4加入量(质量分数)在8%以内，不影响材料的抗渣侵蚀性。
  试验在使用条件下(1450℃)，材料内部的氧分压为1.077×10-16MPa。此时并没有发生反应氧化反应，即铁不能以氧化铁(FeO)形式存在。另外，由于氮化硅铁含铁量(质量分数)为12%～17%，在Al2O3-SiC-C浇注料中氮化硅铁加入量(质量分数)仅为5%～8%，所以，不影响材料的抗渣铁侵蚀性。