中國粉體網訊  隨著鋼鐵冶煉等高溫技術的發展，優質高效耐火材料及原料的開發及研究迫在眉睫，合成原料作為一種具有發展前途的耐火材料得到越來越多的應用。氮化硅鐵(Fe-Si₃N₄)是近些年來出現的一種新型合成原料，它是以FeSi75鐵合金為原料，利用氮化技術和高溫合成工藝來制備的。

氮化硅鐵的特性

耐火材料用氮化硅鐵是一種灰白色(或茶褐色)的粉末，煉鋼用氮化硅鐵是灰白色粒狀物。氮化硅是氮化硅和鐵的混合物，一般含有75%～80%(w)的Si₃N₄，12%～17%(w)的Fe，游離的Si不大于1%(w)。氮化硅鐵中的Si₃N₄有α和β兩種晶型，均為六方晶體，鐵元素以α-Fe或(和)鐵的硅化物形式存在。

(圖片來源：安陽市紅興氮化材料有限公司)

氮化硅鐵因含有Si₃N₄相，而具有Si₃N₄的一些優異性能，如高的耐火度，良好的抗侵蝕性，高的力學強度，良好的抗熱震性，較低的熱膨脹率，較高的抗氧化性等一系列優點；又因其含有Fe塑性相而具有良好的燒結性能。同時，相對于氮化硅而言，氮化硅鐵價格更低廉，也便于進行工業化推廣和生產，因此已被用為耐火材料的原料、高溫結合相和高溫結構材料，現已廣泛應用于高爐鐵溝澆注料和炮泥中。近年來，對氮化硅鐵材料及其在耐火材料中應用的研究越來越多。

氮化硅鐵的合成方法

氮化硅鐵的合成方法主要有直接氮化法、碳熱還原氮化法、氣相沉積法、熱分解法、自蔓延高溫燃燒合成法、閃速燃燒合成法、微波合成法、硅鐵熔體氮化法等。合成方法及工藝不同，氮化硅鐵的物相組成和結構也不盡相同。

（圖片來源：安陽市恒安冶金耐材有限責任公司）

1、閃速燃燒合成法

閃速燃燒合成法（立式連續燃燒合成法）早期應用于金屬氮化領域，新近引入耐火材料領域，用以制備氮化硅鐵。在制備過程中，硅鐵合金細粉顆粒群與上升的氮氣氣流充分接觸發生反應，反應放出大量的熱量維持反應的自我持續進行。閃速燃燒合成工藝效率高，合成的氮化硅鐵中不含游離硅，產物純度好，成本低，適宜于大批量連續生產。

閃速燃燒合成裝置剖面圖

2、自蔓延高溫燃燒合成法

自蔓延(SHS)又稱燃燒合成，是一種利用反應物之間高化學反應熱的自加熱和自傳導過程來合成材料的一種新技術。自蔓延高溫燃燒合成法制備出的氮化硅鐵，物相中除含有β- Si₃N₄和α- Si₃N₄外，還含有大量的Si₂N₂O和FexSi等，其中未完全氮化的FexSi含量較多；微觀結構為致密的氮化硅塊體，塊體表面覆蓋有Si₂N₂O膜，塊體的間隙存在晶形細小的氮化硅晶體，含鐵組分鑲嵌在致密的塊體中；外觀結構致密，性質穩定。此工藝具有生產成本低和更適于工業化生產等優點，但其操作工藝嚴格，工藝復雜，氮化反應難于控制，且存在氮化壓力高，對設備要求苛刻，難以連續生產和產量低等缺點。

3、碳熱還原氮化法

中國地質大學的研究人員以鐵精礦粉、石英粉和焦炭粉等為主要原料(其粒度均小于0.3mm)，外加常溫結合劑，按一定比例混合，在合適的溫度制度下進行碳熱還原氮化燒結，冷卻后將產物破碎和磨細，得到可應用于各種炮泥耐火材料的高性能Fe-Si₃N₄耐火原料。

4、直接氮化法

直接氮化法是直接采用硅鐵粉在高溫下進行氮化反應，它是一種傳統的制備方法，具有工藝簡單，所需設備少，反應溫度較低，是氮化反應方法中比較簡單易行并廣為采用的一種試驗手段。缺點是氮化率低，氮化時間長，能耗高。此外，要得到高含量的β- Si₃N₄，必須長時間高溫氮化，使得能耗大增。

氮化硅鐵在耐火材料中應用

目前氮化硅鐵主要用于澆注料、炮泥和復合耐火材料等耐火材料中。

1、澆注料

氮化硅鐵在澆注料中的應用主要側重于Al₂O₃-SiC-C鐵溝澆注料、鎂質澆注料和高鋁澆注料等。

2、炮泥

炮泥是一種用于堵塞高爐出鐵口的重要耐火材料，出鐵時，渣、鐵同時從出鐵口排出。隨著高爐的大型化和長壽化，高風溫、富氧噴吹、高壓等冶煉技術的不斷強化，對出鐵口炮泥的性能提出了更高的要求，如具有高的抗化學、渣和生鐵侵蝕性，良好的燒結性、填充性，優良的抗熱震性和高溫體積穩定性，環境污染小，易開口，能延長出鐵時間并保護爐缸。

含氮化硅鐵的炮泥在實際使用過程中鐵流穩定，無噴濺、紅點等異常現象，高溫抗折強度高，耐鐵水沖刷性強，可實現穩定出鐵60min以上，能夠完全堵塞鐵口，無鉆風跑火現象。

3、復合耐火材料

復合耐火材料是由兩種或兩種以上不同性質的耐火原料，通過物理或化學的方法，在宏觀(微觀)上組成具有新性能的耐火材料。氮化硅鐵在復合耐火材料中的應用主要側重于含碳復合材料和無碳復合材料。

參考來源:

[1]袁若寒等.氮化硅鐵及其在耐火材料中的應用

[2]徐勇.氮化硅鐵及其在耐火材料中應用的研究進展

[3]趙瑞等.氮化硅鐵的性能、制備及其在耐火材料中的應用

（中國粉體網編輯整理/山川）

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