碳化硅磚生產(chǎn)工藝

粗 、中、細SiC的配方應(yīng)為5：1：4。制造碳化硅磚原料一般選用黑色SiC，其化學(xué)成分如下：SiC 98.0%，游離C 0.5%，F(xiàn)e 0.2%，游離SiO₂ 0.6%。由于結(jié)合方式不同，工藝過程有差異。不同結(jié)合方式的簡要工藝是：

(1)氮化硅結(jié)合碳化硅磚：用粗、中、細碳化硅顆粒和細硅粉成型的坯體，在純N₂氣體中，在1370℃產(chǎn)生一種以&α-SiC為骨架和以&α和&β-Si₃N₄。為基質(zhì)的氮化硅結(jié)合碳化硅磚。在基質(zhì)中尚有少量殘留硅和SiO2N2在制品中，這些組分的相對含量隨制造工廠不同而異。

(2)結(jié)合碳化硅磚：將SiC、硅粉、炭粉按一定配比，混合、成型，在1400℃還原氣氛中燒成。在大多數(shù)情況下采用埋炭燒成。在燒成過程中，產(chǎn)生一種以&α-SiC為骨架，以細晶粒&β-SiC為基質(zhì)的&β-Si₃N₄結(jié)合SiC磚。&β-SiC是在燒成過程中，細硅粉與細碳粉反應(yīng)生成的，這種產(chǎn)品也含有少量殘留硅和碳。

(3)氧氮化硅結(jié)合碳化硅磚：這種磚配料時，細硅粉配比要少于碳化硅。

碳化硅磚熱導(dǎo)率高，有良好的耐磨性、抗熱震性、耐侵蝕性。因此碳化硅磚在工業(yè)范圍應(yīng)用很廣。可用于冶金盛鋼筒內(nèi)襯、水口、塞頭，高爐爐底及爐腹，加熱爐無水冷滑軌；有色金屬冶煉蒸餾器、精餾塔托盤、電解槽側(cè)墻、熔煉金屬坩堝；硅酸鹽工業(yè)窯爐的棚板及隔焰材料；化學(xué)工業(yè)中油氣發(fā)生器、有機廢料燃燒爐；高技術(shù)陶瓷用窯具鋁電解槽內(nèi)襯、熔融鋁導(dǎo)管和陶瓷窯用窯具、大中型高爐爐身下部、爐腰和爐腹、鋁精煉爐爐襯、鋅蒸餾罐襯等。

以碳化硅為主要原料制成的耐火制品。碳化硅含量72%～99%。一般選用黑色碳化硅(SiC含量96%以上)作原料，加入結(jié)合劑(或不加結(jié)合劑)，經(jīng)配料、混合、成型及燒成等工序制得。主晶相為碳化硅。主要品種有氧化物結(jié)合碳化硅磚、碳結(jié)合碳化硅磚、氮化物結(jié)合碳化硅磚、自結(jié)合碳化硅磚、再結(jié)晶碳化硅磚和半碳化硅磚等。具有耐磨、耐侵蝕性好，高溫強度大，熱震穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱率高，熱膨張系數(shù)小等特性，屬高性能耐火材料。

(1)黏土結(jié)合碳化硅磚

黏土結(jié)合碳化硅磚是以碳化硅為主要原料，以黏土為結(jié)合劑燒成的耐火制品。其特征是熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性和耐磨性好，是碳化硅系磚中最早開發(fā)出來的一種。

黏土結(jié)合碳化硅磚用黑色碳化硅為原料，其化學(xué)成分：SiC 98.0%，游離C 0.5%，F(xiàn)e 0.2%，游離SiO₂ 0.6%，用結(jié)合性能良好的軟質(zhì)黏土、紙漿廢液作結(jié)合劑。以往用的結(jié)合黏土比例較大，一般為10%～15%，現(xiàn)多用3%的黏土和5%的紙漿廢液。黏土加入量少的碳化硅磚熱導(dǎo)率比多黏土結(jié)合的碳化硅磚要高3～4倍，荷重軟化溫度和抗渣性也較高。結(jié)合黏土為3%的黏土結(jié)合碳化硅磚的制造工藝是，將粗、中、細SiC按可以獲得最大堆積密度的顆粒級配進行配制。先干混均勻后再加入黏土，干混3min后加入紙漿廢液(密度1.26～1.289/cm³)4%，進行混練。泥料水分約1.5%，困料12h后，泥料過4mm篩網(wǎng)，用壓磚機成型。磚坯體積密度2.5～2.79/cm³。在自然干燥條件下干燥2～4天，在隧道窯內(nèi)燒成，燒成溫度1400℃。

該制品用做陶瓷窯窯具(棚板、支架、匣缽等)，馬弗爐用馬弗罩，鋁精煉爐用爐襯磚，鋅蒸餾爐用蒸餾罐、水泥回轉(zhuǎn)窯冷卻器等。

(2)氮化硅結(jié)合碳化硅磚

氮化硅結(jié)合碳化硅磚是用SiC和Si粉為原料，經(jīng)氮化燒成的耐火制品。其特點是以Si₃N₄為結(jié)合相。Si₃N₄以針狀或纖維狀結(jié)晶存在于SiC晶粒之間，是一種重要的新型耐火材料。

利用反應(yīng)燒結(jié)原理，以氮化反應(yīng)使含硅粉的SiC坯體燒結(jié)，燒成過程在通入氮氣、容易控制的密閉爐內(nèi)完成。爐內(nèi)溫度、壓力、氣氛均要嚴(yán)格控制。主要工藝參數(shù)：氮化氣體壓力0.02～0.04MPa，爐內(nèi)氣氛含O₂量小于0.01%，最終氮化溫度1350～1450℃，氮化總時間隨制品形狀、尺寸不同而異。

氮化硅結(jié)合碳化硅磚具有良好的耐堿侵蝕性、抗熔融冰晶石潤濕性、抗氧化性、耐磨性、高導(dǎo)熱性、抗熱震性和極低的電導(dǎo)率。

氮化硅結(jié)合碳化硅磚主要用做高爐下部爐身內(nèi)襯，比使用傳統(tǒng)耐火材料壽命提高1倍以上，此外，可用做鋁還原電解槽內(nèi)襯、陶瓷窯具，有節(jié)能、提高壽命、不污染環(huán)境等優(yōu)點，還可用做高爐風(fēng)口水冷管套磚。

(3)重結(jié)晶碳化硅制品

重結(jié)晶(再結(jié)晶)碳化硅制品是以碳化硅為原料制成的碳化硅與碳化硅直接結(jié)合的耐火制品。其特點是無第二相存在，由100%α-SiC構(gòu)成。制造重結(jié)晶碳化硅所用原料的化學(xué)組成如下：SiC 99.5%，游離C 0.2%，F(xiàn)e 0.08%，游離SiO₂ 0.08%。

重結(jié)晶碳化硅制品主要用做窯具，有節(jié)能、增加窯的有效容積、縮短燒成周期、提高窯的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，還可用做燒嘴噴嘴頭、陶瓷輻射加熱管、元件保護管(特別是用于氣氛爐)等。

粘土結(jié)合碳化硅磚的性能(舉例)見表1 。

高鋁碳化硅磚(high alumina silicon carbidebrick)是指以高鋁釩土料和碳化硅為主要原料制成的耐火制品 。