再論碳化硅在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用

再論碳化硅在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用摘要；根據(jù)有關(guān)國(guó)外刊登的信息，文章介紹了在鑄造領(lǐng)域 SiC的研究和使用。其中有球墨鑄鐵的生產(chǎn)情況， 國(guó)外碳化硅應(yīng)用現(xiàn)狀、 新技術(shù)發(fā)展情況以及在鑄造生產(chǎn)中使用了經(jīng)過(guò)碳化硅預(yù)處理的原輔材料， 還預(yù)測(cè)了鑄造技術(shù)中使用“碳化硅”的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞： SiC預(yù)處理復(fù)合 SiC人工合成 cBasedontheInformationpublishedanintroductionwasmadetothepresentsituationofsicresearchandapplicationductileironpretreatmenttechniquewithsicprogressofmethodofproductionabroad.Aswellastheinvestigationandanalysisresultsofductileonproduction.AndthedevelopmenttendencyofSiCwasforecast.近年來(lái)，碳化硅這一名字，在我國(guó)鑄造界，正在有所傳論，逐漸對(duì)它熟悉起來(lái)，試驗(yàn)工作早的工廠已穩(wěn)步投入生產(chǎn)，嘗到了甜頭。更多的卻還在等待觀望，或者有些廠家想用而處于不會(huì)用， 沒(méi)有試驗(yàn)和使用。 所以很多的鑄造人， 對(duì)這種鑄造輔助材料還很陌生。它到底有哪些作用？具有哪些特性等等。筆者在 2014年5月寫了題目為“碳化硅的物理化學(xué)性能與它在鑄造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用” 。一年過(guò)去了，這次再論碳化硅，就是為了把碳化硅的優(yōu)點(diǎn)宣傳推廣于更多的業(yè)內(nèi)人士。使同行們都能利用它來(lái)解決生產(chǎn)中的問(wèn)題， 改變不合理的生產(chǎn)工藝。 讓大家都知道 SiC的用處及特點(diǎn)，提高產(chǎn)品件的質(zhì)量、性能。把我國(guó)的鑄造技術(shù)水平提高起來(lái)。故筆者編寫了如下內(nèi)容，獻(xiàn)給有興趣的讀者，望你們成功，給你們加油。一碳化硅的人工合成SiC與金鋼砂、金鋼石的區(qū)別SiC俗稱金剛砂 ,自然界中天然的碳化硅很少發(fā)現(xiàn)。工業(yè)上使用的 SiC是由人工合成得到，它是二氧化硅和碳質(zhì)物料 （主要是石英砂和焦炭 ）在高溫下合成的產(chǎn)物。按 SiC分子式計(jì)算分子量時(shí) Si占 70.4%， C占 29.6%。形成金剛砂結(jié)晶反應(yīng)的溫度區(qū)間為 16002000℃， 經(jīng)過(guò)粉碎的焦炭或無(wú)煙煤作為碳質(zhì)物料。原料用純石英、其 SiO2含量由 97%99.55%。例如；美國(guó)金剛砂公司采用的石英砂，雜質(zhì)含量大約 0.3%Al2O3+Fe2O3。當(dāng)將 SiC俗稱為金剛砂時(shí)，要特別注意不要在兩者間畫(huà)上等號(hào)。如果再把金剛石也一同考慮，這三者盡都是指 SiC，但它們是有區(qū)別的。要從基本概念上理解其中具體內(nèi)涵。金剛石是指自然界中存在的一種物質(zhì)， 它由晶態(tài)、 單質(zhì)碳元素組成， 雜質(zhì)含量很少。金剛砂的主要成分包含有 SiC，但 SiC又并不是金剛砂組成中的唯一，從表中組成的 SiC量都達(dá)不到 100%，說(shuō)明，即使金剛石這種世界最硬的物質(zhì)，所含的雜質(zhì)也不為零，地球上絕對(duì)純的物質(zhì)是難尋找的。1.2SiC的生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)述具體的生產(chǎn)方法有；艾奇遜法是使用碳熱還原反應(yīng)，直接制得碳化硅的塊體。它的電阻爐的外形象一個(gè)長(zhǎng)方形的槽子，由耐火磚砌成的爐床。兩組電極穿過(guò)爐墻深入爐床之中，專用的石墨粉爐芯體配置在電極之間，提供一條導(dǎo)電通道，通電時(shí)產(chǎn)生很大熱量。爐芯體周圍裝盛有硅質(zhì)原料以及石油焦和木削等組成，外部為保溫料。ESK法是把大型的 Si冶煉爐建在戶外， 直線形和 U形電極位于爐子底部，爐子長(zhǎng)達(dá) 60m，用聚乙烯袋子進(jìn)行密封以回收爐內(nèi)逸出的氣體，提取硫后將其通過(guò)管道輸送到小型火電廠發(fā)電。1.3SiC生產(chǎn)過(guò)程的煅燒(又稱燒結(jié))環(huán)節(jié) [1]煅燒過(guò)程可分為三個(gè)基本階段1)加熱到最高溫度。在最高溫度保溫； 目的在于使作用進(jìn)行得最完全， 并使制品本身和整個(gè)窯容積內(nèi)的溫度分部得更均勻。然后冷卻到常溫。在加熱過(guò)程里材料的一切變化可以分為兩類；驅(qū)除吸附水和化合水， 碳質(zhì)和有機(jī)物料發(fā)生的氧化過(guò)程， 碳酸鹽和硫化物分解。磚體的燒結(jié)。 這是由于各成分間的固體反應(yīng)； 以及在加熱過(guò)程中形成的玻璃相發(fā)生作用了。燒結(jié)作用是由于成分在固態(tài)下發(fā)生反應(yīng)以及一些液相形成的結(jié)果。在不久以前，還認(rèn)為窯業(yè)制品中所發(fā)生的反應(yīng)主要不是固體反應(yīng)，而是在液相里進(jìn)行的反應(yīng)。由于原料含有小量雜質(zhì)，在顆粒邊緣會(huì)產(chǎn)生液相?，F(xiàn)在已經(jīng)證明，在大部分情況下，固體反應(yīng)在液相形成之前即已發(fā)生。由于固體反應(yīng)而得的產(chǎn)物粒度很細(xì)，因此在液體介質(zhì)里溶解性很高；液體介質(zhì)本身又促進(jìn)料體更完全的再結(jié)晶，從而促進(jìn)結(jié)晶增長(zhǎng)。碳化硅煅燒后的品質(zhì)與等級(jí)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行所擬定的 SiC燒結(jié)工藝，由于在爐子不同地區(qū)爐溫加熱強(qiáng)度不一樣，加熱時(shí)間也有區(qū)別，所獲得的 SiC產(chǎn)品繞著石墨碳棒芯部呈放射性方向生長(zhǎng)，因而人們按照相同的外形分別取出產(chǎn)品。煅燒后的碳化硅，愈靠近芯部就愈純，一般分為五個(gè)等級(jí)。密實(shí)大塊結(jié)晶體 被稱為一級(jí)金剛砂 (SiC)，它緊貼著石墨碳芯棒，呈綠色，有時(shí)呈黑色，那是由于膠質(zhì)碳進(jìn)入金剛砂 (SiC)結(jié)晶組成里而造成。由分散的小結(jié)晶體組成的金剛砂 (SiC)。屬二級(jí)金剛砂。該區(qū)域沒(méi)達(dá)到結(jié)晶條件，只生成性松脆的隱晶質(zhì)金剛砂 (SiC)，又稱非晶質(zhì)金剛砂。它圍繞著小結(jié)晶體金剛砂 (SiC)料層。．灰綠色料體，它屬于料體，不稱金剛砂。沉積在非晶質(zhì)金剛砂 (SiC)表面上。做下投料使用。5）未起反應(yīng)的物料備用。碳化硅的人工合成原理（反應(yīng)方程式）合成SiC冶煉所用的原料以石英為主要成分，所以 SiO2的含量要盡可能高，含量在 97%-99.5%。另一成分以 C為主的石油焦， 固定碳含量也要高 ,要求（灰份 <1,2%，揮發(fā)分小于 12%）。輔助原料為木霄和食鹽。石油焦的粒度為 2mm—1,5mm。原料SiO2與石油焦在電阻爐內(nèi)經(jīng)過(guò)以下反應(yīng)生成碳化硅SiO2+2C=Si+2CO↑（1）Si+C=SiC（2）SiO2+3C=SiC+2CO↑—4704kj （3）食鹽與 SiO2形成硅酸鈉和氯氣（ 2NaCl+SiO2+1/2O2=NaSiO3+Cl2）揮發(fā)性氯化物通過(guò)反應(yīng)介質(zhì)逸出，并在較冷的地方沉淀下來(lái)。木削的用途是使物料形成多孔燒結(jié)體，有利于反應(yīng)式中 CO氣體排出。用量為 3-5%CO體積分?jǐn)?shù)。各種原料的配料成分可采用；石英砂 53%、焦炭38%、鹽1.5%。碳化硅（金剛砂）的性能特點(diǎn)1）高硬度—金剛石的莫氏硬度為十級(jí)，碳化硅（ SiC）的莫氏硬度達(dá)到 9.5-9.75僅次于花崗巖。所以，最早用于磨削，切削， （拋光（布，砂紙，磨研）等處。2）高導(dǎo)電性— SiC的組成是 Si、C元素，都不屬金屬，但有著極高的導(dǎo)電性能。得以在半導(dǎo)體材料及原件領(lǐng)域應(yīng)用。由于導(dǎo)電性高、在國(guó)防、航天、武器裝備上可節(jié)約大量運(yùn)行能源，延長(zhǎng)壽命。保證設(shè)備原器件完好無(wú)損。3）高導(dǎo)熱性—比金屬銀高 4倍500℃導(dǎo)熱系數(shù) 65W/（mK）875℃導(dǎo)熱系數(shù) 42W/（mk）SiC這一性能十分有用；例如做激冷材料、做特種型砂、成本低。高的耐溫性 —即在極高的溫度下，工作時(shí)間長(zhǎng)而不變形、尺寸穩(wěn)定。SiC中的 Si、C元素是具有強(qiáng)還原能力的元素，是冶金，鑄造過(guò)程中的脫氧劑，爐料添加劑，補(bǔ)充爐料中 Si、C的不足。6）集多項(xiàng)優(yōu)良性能于一體的特種高溫耐火材料（包括高導(dǎo)熱，低膨脹，耐高溫，與大多數(shù)酸，堿不發(fā)生反應(yīng)，高的穩(wěn)定性）7）碳化硅還具有耐高溫，耐磨，抗沖擊，耐腐蝕，質(zhì)硬，尺寸穩(wěn)定性好。二 SiC的冶金物化性能 [2.3.4]2.1SiC的物化性能真密度3.10~3.22g/cm3莫氏硬度9.5~9.75線膨脹系數(shù)破4.4~4.7×10-6℃( 25~1400℃)導(dǎo)熱系數(shù)65w/(m·K)(500℃)42w/(m·K)(875℃)

碳化硅多為 -SiC，它的熱傳導(dǎo)能力最高（比銅和銀高 4倍）。碳化硅與各種化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)見(jiàn)下表2.2SiC的溶解性能從Si、C狀態(tài)圖中，了解到 SiC是不熔解的。在正常的壓力（ 1個(gè)大氣壓）下它是不熔化的。在 2760℃時(shí)，就直接分解成氣態(tài) Si，它只能在鐵液中逐漸的溶解。圖1看出 SiC是Si-C二元系中唯一的化合物， （圖中顯示 SiC的是一條直線） 。SiC狀態(tài)圖是 Si-C二元系狀態(tài)圖的靠 Si元素這端。 在 1410℃時(shí)， 為固體 +SiC當(dāng)大;于2630℃直接從 SiC形成的特點(diǎn)，是不通過(guò)液相，其過(guò)程如下：①約從 1700℃開(kāi)始，硅質(zhì)原料的沙粒成熔體，進(jìn)而變成蒸氣（白煙） ；② SiC熔體和蒸氣鉆進(jìn)碳質(zhì)材料的孔隙， 發(fā)生 SiC生長(zhǎng)的反應(yīng)； ；③溫度到 1700℃— 1900℃生成 β—SiC;④溫度進(jìn)一步升到 1900—2000℃細(xì)小的 β—SiC轉(zhuǎn)變?yōu)?α—SiC，α—SiC晶粒逐漸長(zhǎng)大和密實(shí)；⑤爐溫再升至 2500℃左右， SiC開(kāi)始分解變?yōu)楣枵羝褪D1SiC的狀態(tài)圖世界的材料市場(chǎng)顯示，增長(zhǎng)的廢鋼消耗相對(duì)應(yīng)的是需要提高增 Si與滲碳材料的供應(yīng)。 SiC正好能滿足這兩方面的要求。其增碳效果十分顯著。它們的添加量由增Si量確定。添加兩份 Si，大約可帶入一份碳。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： SiC在沖天爐內(nèi)的增碳量與廢鋼料的用量有關(guān)。圖2表示碳化硅在鐵液中的溶解速度與溫度、熔池運(yùn)動(dòng)、 C的過(guò)飽和度的關(guān)系。正如大家所認(rèn)識(shí)的那樣，這些參數(shù)都表現(xiàn)出極明顯又典型的影響 [5、6]。圖3指出SiC在 Fe-Si或在 Fe-C熔液內(nèi)的溶解速度與 Si、C濃度的關(guān)系。溶解速度均隨其在鐵液中的濃度增高而減低。 兩種元素進(jìn)行對(duì)比的話， 碳在鐵液中的含量對(duì)溶解速度的影響要比硅量帶來(lái)的影響大 [5]。用感應(yīng)電爐熔化時(shí)， 起初是盡可能的限制 SiC的使用， 允許 SiC少量作爐料應(yīng)用，到后來(lái)盡可能限制用廢鋼加料。 現(xiàn)在變成特別喜歡使用， 之所以發(fā)生如此大的轉(zhuǎn)化，不僅是 SiC的溶解速度，而且還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是在于它對(duì)廢鋼、生鐵，以及廢舊鑄件的良好脫氧效果。2表示碳化硅在鐵液中的溶解速度與溫度、熔池運(yùn)動(dòng)、 C的過(guò)飽和度的關(guān)系3SiC在Fe-Si或在 Fe-C熔液內(nèi)的溶解速度與 Si、C濃度的關(guān)系（ %）4表示 SiC的溶解時(shí)間與粒度的關(guān)系，圖4表示 SiC的溶解時(shí)間與粒度的關(guān)系，溶解時(shí)間隨著顆粒直徑的增大而減SiC顆粒（處在微米級(jí)的大小范圍） ，它的表皮是被反應(yīng)產(chǎn)物 SiO2包住了， SiO2SiC繼續(xù)與鐵液接觸，這時(shí)一粒大粒度核心的溶解速度要比幾顆小直徑顆2．3SiC的耐高溫性能在SiC表層所形成的 SiO2膜， 對(duì)抵抗含氧氣體具有特殊的意義。 從圖5得知，1500℃純氧下，一顆粒度為 63μm 的 SiC9小時(shí)后6%SiC受到氧化，可見(jiàn)，毫無(wú)疑義只是表層遭受到氧化。碳化硅無(wú)論抵制沖天爐中的氧化爐氣， 還是在電爐中SiC顆粒實(shí)際上受到氣相燒損相對(duì)要少。SiC的脫氧性SiC與液渣相或液態(tài)金屬中的氧相互反應(yīng)，強(qiáng)烈地釋放出大量燃燒熱，因?yàn)樾纬傻?SiO2在這種情況下迅速逸出， 加強(qiáng)了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件， 這種特性對(duì)脫氧過(guò)程是很有幫助的。SiC所含的 Si與C都存在有被氧化的潛在能力，當(dāng)溫度一樣時(shí)兩者的這種潛能近似相同，因而 SiC不僅對(duì)冷風(fēng)沖天爐，而且對(duì)熱風(fēng)沖天爐也是一種優(yōu)良的脫氧劑。SiC的脫氧作用在感應(yīng)爐中， SiSiC、CSiC則由廢鋼加入量與其品質(zhì)決定，處于 85%和大于 95%之間。 對(duì)于沖天爐， 其意義較小， 脫氧效果就只能概括表述。熔煉工藝（包括冷風(fēng)、二次空氣的使用、富氧、熱風(fēng)、酸性、堿性、無(wú)爐襯）以及在熔化過(guò)程臨時(shí)采取的改變因素都會(huì)形成重要的影響。 曾提到過(guò)， 爐渣脫硫能力與 SiC的去氧作用是相互彼此關(guān)聯(lián)的。爐襯壽命的長(zhǎng)短與金屬爐料受氧化程度（廢鋼中形成的銹蝕） 、爐料帶入的低熔點(diǎn)化合物的影響有關(guān)。由于爐料中 SiC還原金屬氧化物的能力強(qiáng)，因此，可大大改善不良條件引起的負(fù)面干擾。SiC的脫氧作用超過(guò) FeS。因?yàn)橛胕 FeSi脫氧時(shí)，按下式進(jìn)行，又重新形成了氧化物 SiO2、FeO，增加了鐵液中的含氧量。2FeSi+3O2=2SiO2+2FeO如果用 SiC進(jìn)行脫氧，則反應(yīng)式為：對(duì)于鐵液中的 [FeO]3[FeO]+SiC=3[Fe]+（S2i）O+CO+Q對(duì)于渣中 [FeO]：（FeO）+SiC=[Fe]+[Si]+CO+Q由于按下式反應(yīng)，渣中的氧化鐵，由 5~15%降到 0.5%或更低。如此巨烈的改變爐渣、 液態(tài)金屬以及爐襯的反應(yīng)特性， 提高了S在渣中的分配系數(shù)， 從0.5~2.5到4.0~17.5，從而降低金屬中含 S量到 0.035~0.045%，同時(shí)減少渣的數(shù)量。除 Si之外，還降低鐵液中氣體含量。因?yàn)閺氖街锌闯觯?CO釋放可帶出其它氣體。冶金 SiC的純度表2給出冶金 SiC的化學(xué)成分，并第一次公布了其中的痕跡元素的含量。由于廢鋼爐料的比例日益增多， 鐵液被污染的機(jī)會(huì)隨之不斷增加， 污染物含量也極不穩(wěn)定，時(shí)高時(shí)低，所以冶金 SiC的純度大小就變得很有意義。因?yàn)椋ㄟ^(guò)調(diào)整SiC的用量就可降低其它爐料伴隨的有害元素的水平。

冶金 SiC作為硅的攜帶者，首先是以含鋁量低為特點(diǎn)，從表 2看到，僅含自由鋁0.2%，即指存在于 SiC晶格內(nèi)含嵌入有約 0.2%溶解 Al晶格，以及附加約 0.2%Al附著在礬土上，有如 SiO2在純?cè)嘀心菢印Ｅc此相反，硅鐵含 Al量2%或更多。含 Al低的硅鐵價(jià)格較貴。 Al是生成皮下氣孔的原因。 氫來(lái)源于型腔中的水份， 此外，潮濕的爐料或嚴(yán)重銹蝕的金屬料也都有可能與 Al反應(yīng)，促進(jìn)皮下氣孔的增多。在生產(chǎn)球鐵時(shí)，鐵液中的 Al還會(huì)引起球墨產(chǎn)生畸變。見(jiàn)表 3硅鐵、冶金 SiC中Al的含量對(duì)比表3人工氧化 SiC關(guān)于 SiO2膜層對(duì)延遲溶解過(guò)程的證明， 最好的辦法是向 SiC中加入少量的堿性物質(zhì)，形成低熔點(diǎn)的堿性硅酸塊，觀察冶金碳化硅的加速溶解狀況。當(dāng)鐵液溫度不高時(shí)， SiO2在鐵液中是穩(wěn)定的， 鐵液的溫度升高到一定后鐵液中的碳會(huì)與 SiC表層生成的 SiO2發(fā)生還原反應(yīng)，由于在 SiC顆粒附近存在高濃度的這種還原反應(yīng)受到阻礙。高的 SiO2適應(yīng)于低含量的 SiC，低的 SiC含量則表現(xiàn)較好的預(yù)處理效果，為了適應(yīng) SiO2阻礙層的影響， 對(duì)溶解特性或者孕育處理效果的影響， 在添加到溶液之前，人為地對(duì)純 SiC98進(jìn)行氧化處理。 處理之后， SiC98oxid溶解速度顯著降低，降到和SiC84的溶解速度很接近。

6Si的載體種類與預(yù)處理材料效果的關(guān)系6Si的載體種類與預(yù)處理材料效果的關(guān)系（圖 6）對(duì)比后得出，石墨分布狀態(tài)、共晶過(guò)冷度以及共晶數(shù)的變化反映出溶SiC98和SiC84很接近。根據(jù)某些激冷試驗(yàn)結(jié)果與保持時(shí)間 （10、60、120分鐘）的關(guān)系指出 SiC98oxid、SiC98、FeSi對(duì)灰口凝固的影響， SiO2殼層對(duì) SiC顆粒溶解動(dòng)力學(xué)的重要影響?？蒘iC起到了長(zhǎng)效孕育功能的 Si源作用。SiC的溶解不是放熱反應(yīng)，而是個(gè)吸熱反應(yīng)（局部位置的溫度下降，肯定會(huì)7）。因而，當(dāng)圍墻內(nèi) SiC“貯藏”的熱量與墻外溶石墨還能繼續(xù)穩(wěn)定存在較長(zhǎng)的一段時(shí)間， 即延緩該石墨晶穿生存的壽命，減少了衰退。（圖 8）示出，未經(jīng)人工氧化處理過(guò)的 SiC，在表層 SiO2層均勻覆蓋在 SiC顆粒表面，阻礙著 SiC向熔液析出。經(jīng)氧化處理后，形成裂縫，內(nèi)部的 SiC可控的有機(jī)會(huì)經(jīng)裂縫析出，達(dá)到緩慢，適時(shí)不衰的孕育成核作用。而 FeSi在鐵液中的熔化速度快， 但消失濃度差的時(shí)間也快。 這是 SiC和 FeSi促進(jìn)熔液中的 C析出機(jī)理上的重要差別。從動(dòng)力學(xué)講，在局部區(qū)域，特別是那些富 Si、富 C區(qū)， SiC晶體慢慢地逐漸溶解到鐵液中。 又由于Si的溶解度高， C的溶解度低，客觀上允許低的 SiC組分的功效得以發(fā)揮。（圖9）可以看出碳族、 SiC、FeSi的作用機(jī)制的差別，左下是表達(dá) FeSi裝到石英管全套浸入到鐵液中時(shí)的情況。 FeSi逐漸向右擴(kuò)散溶解， C以石墨形式彌散進(jìn)入鐵液，濃度逐漸向右稀釋，石英管中的 FeSi含的Si元素也得從左到右、濃度從高到低， 同時(shí)，如石墨管中是 SiC，則SiC中的 C濃度從高到低， 在緊連著 FeSi固體邊處已有少量熔化，淡藍(lán)色晶體是 SiC。當(dāng)孕育劑基體熔化， SiC也在變大，隨與孕育劑中心距離增大。代表濃度 Si、C兩條線相交的那一短暫時(shí)刻，形成了液體的 SiC，增加了鐵液的石墨核心。進(jìn)入了圖右箭頭所示， C分子的微觀集團(tuán)數(shù)增加。溶液內(nèi)部狀況按圖右粗箭頭發(fā)生， 奧氏體的成核生長(zhǎng)容易， 石墨成核容易。如果用 FeSi加到鐵水里面所得核心數(shù)明顯減少（如圖 9下左）。三 SiC在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用3.1SiC的預(yù)處理預(yù)處理是前幾年我國(guó)更換熔化設(shè)備， 由沖天爐改為電爐， 造成鐵液在爐內(nèi)存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 鐵液長(zhǎng)時(shí)間保存于爐內(nèi)， 使鐵水內(nèi)部的核心狀態(tài)、 成核條件變異易形成過(guò)冷組織，使強(qiáng)度、硬度、性能不易達(dá)標(biāo)。為挽救這種現(xiàn)象而尋找鐵水成核勢(shì)能的復(fù)蘇途徑， 在鐵液原定的孕育處理之前所進(jìn)行的工藝措施。 關(guān)于預(yù)處理的工藝，在國(guó)外很早就出現(xiàn)過(guò)鐵液長(zhǎng)時(shí)間保存 （即周五至下周一） 鐵液內(nèi)部核心狀態(tài)失效現(xiàn)象。只不過(guò)誘因有所側(cè)重。2009年，加拿大 CANMYT材料研究所發(fā)表了一篇研究報(bào)告；選用了 7種添加劑，如 SiC、（單獨(dú)添加）或 SiC+75Fe、FeSiMg、CaS、iSFe、結(jié)晶石墨。用這些原鐵水進(jìn)行試驗(yàn)觀察、對(duì)鐵液的核心成核勢(shì)能，如過(guò)冷度、球數(shù)、金屬基體組織數(shù)量、力學(xué)性能等。 分析結(jié)果證明了原始鐵液和處理過(guò)后的鐵液的過(guò)冷傾向， 存在一定的關(guān)聯(lián)。第一階段的主要任務(wù)是在試驗(yàn)室試驗(yàn)條件下進(jìn)行的，包括鐵液的原始停留時(shí)間、溫度、化學(xué)成分、 組織狀況。 而不是以往所要求的簡(jiǎn)單的原始鐵水狀況， 僅指（時(shí)間、溫度、化學(xué)成分、組織狀況）而已，這意味著鐵液經(jīng)熔化后的原始狀態(tài)影響到鐵液的敏感性， 還進(jìn)一步說(shuō)明鐵液的原始狀態(tài)與回爐料的質(zhì)量有關(guān)。 如果回爐料質(zhì)量不好的話， 會(huì)使新熔化鐵水質(zhì)量變壞。 說(shuō)明這些鐵水的成核勢(shì)能已經(jīng)較低，所以即使是在爐中保持時(shí)間較少， 但使熔化的新鐵液質(zhì)量變壞。 總而言之， 表示出在灰鑄鐵片狀石墨與球墨鑄鐵的石墨球數(shù)量之間形成了某種關(guān)系。 在種關(guān)系的其它知識(shí)可以為進(jìn)一步系統(tǒng)化，和更好的重復(fù)穩(wěn)定化。第二階段研究的目的是； 評(píng)論這種工藝、 發(fā)展這種工藝， 并用它改善具有高激冷傾向溶液成核勢(shì)能， 以及與原鐵液的狀況、 過(guò)冷和生產(chǎn)球墨鑄鐵質(zhì)量之間的關(guān)系。關(guān)于第二階段的內(nèi)容， 有少量發(fā)表的文章表示， 通過(guò)加入冶金的有效物質(zhì)（在球化處理前或者球化處理中） 就能夠改善球鐵凝固成核勢(shì)能 [2-12]Godse11[3]使用一種混合物質(zhì)，它是由 SiC以及 FeSiMg5加入量, 0，2%。得出的結(jié)果指出，硬度、強(qiáng)度和均勻性改善了。Loper[7]對(duì)比高純石墨和含硅石墨（混合物由石墨及 25%的SiC組成） 。這些混合物是在 Mg處理前加進(jìn)去的，結(jié)果指出，加高級(jí)質(zhì)量好的石墨時(shí)石墨球數(shù)有少量提高。在試樣中看到有強(qiáng)烈的改善，那是加入石墨和 SiC混合物所得到的結(jié)果。 Juretzko[8]觀察到，在薄壁鑄件的激冷傾向。通過(guò)加入 Si及石墨的預(yù)處理，激冷傾向減少，以這種方式去提高石墨球數(shù)。但是，卻使延伸率降低，帶來(lái)了不利作用。Moder用蓋包法加入 0，1至0，3FeSi含有, 73%S、i1%Al、1%Ca、1.75%Ce、少于與 1%的 S。試驗(yàn)結(jié)果改善了成核，減少了過(guò)冷。這個(gè)效果通過(guò)對(duì)處理后的熱分析給予了證明。關(guān)于干擾元素在鐵中含量未做解釋。 Venkateswaran[9]指出，SiC在影響球數(shù)方面比 FeSi75的作用大。同時(shí)還指出，在 SiC中，二氧化硅含量高時(shí)的作用更強(qiáng)烈。 Lalich和 Htchings[2]的觀點(diǎn)也認(rèn)為， Mg-Ca-S化物作為球墨鑄鐵中球狀石墨核心。他們還證明，那些硫化物、氧化物、氮化物顆粒，對(duì)石墨的成核具有很大的意義。 我們意識(shí)到， 在這些不同的工藝之間， 沒(méi)有進(jìn)行對(duì)比研究，進(jìn)行同類的比較也是有益的，但是為消除“星期一鐵液” （是指周五的鐵液保溫存放至下周一）不好的成核勢(shì)能這也是極為重要的和過(guò)高的激冷傾向，去尋找、發(fā)現(xiàn)、發(fā)展最有效的可能使用的工藝。這也是及為重要的。盡管一般都能接受那種意見(jiàn)，球化處理后，原鐵液的狀況管理是有意義的。但是有關(guān)這方面文章發(fā)表的太少。 事實(shí)上，只有少量的鑄造廠對(duì)他們球化前的原鐵液成核勢(shì)壘或過(guò)冷傾向做過(guò)調(diào)查， 而大多的鑄造廠， 在生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)的工藝管理，是在處理后進(jìn)行的，這是一個(gè)公開(kāi)的事實(shí)。關(guān)于原鐵液的成核勢(shì)壘，以及與所生產(chǎn)的球墨鑄鐵的質(zhì)量之間的知識(shí)， 對(duì)于發(fā)展控制方法， 是十分有促進(jìn)作用的。處理劑的數(shù)量要準(zhǔn)確，確定鎂處理前原鐵液重量，以便較正，以避免防止大量鐵液損失。 這個(gè)研究工作是分兩個(gè)階段完成的， 第一階段， 不同的添加劑的作用應(yīng)該在試驗(yàn)室里查明； 第二階段， 主要是使用和檢查的決定， 考核最有效的方法，應(yīng)該是在鑄造現(xiàn)場(chǎng)更為實(shí)際，因?yàn)椤爸苣╄F液”就出現(xiàn)在那里。圖10試驗(yàn) D（爐次 2）；0.5%SiCa表4

冶金添加劑的化學(xué)成分添加處理劑化學(xué)成分%SiCSiC;93F;1.25C;0.03H?0；4,9混合物KSiC；BOSith;W FeSiMg：5混合物ySiC;50FeSi75;50Si;74.27Al;1.13Ca;0.93SiCaC；0355i;62.5Al;1t2Ca;29.5Cr;0.1硫化鐵C;3.5S;29.95余量Fr結(jié)晶態(tài)石墨C;99S;0.020.7HT+揮發(fā)物中間合金與孕育劑的化學(xué)成分合 金化 學(xué) 成 分（％） |AICaCeMgReSiFeMgFeSiMg6-l%Re0.651.030,9860,99471余下FeSi751.130.9374.27余下試驗(yàn)進(jìn)行首先要特別重視試驗(yàn)用的爐料成分的一致性， 添加劑的化學(xué)成分見(jiàn)(表 4)中間合金與孕育劑的化學(xué)成分見(jiàn)(表 5)熔煉方法所有試驗(yàn)爐次都用一種試驗(yàn)方法生產(chǎn)， 在(表6)中， 用字母 A—G來(lái)標(biāo)明的，像已經(jīng)提到的那樣， 為了得到精確的可對(duì)比的結(jié)果， 在處理后都可證明為兩個(gè)階段進(jìn)行的試驗(yàn)； 用原鐵液澆注試樣和用處理過(guò)后的球鐵液體試樣， 這樣就可保留原始的狀況。 要避免在鎂處理時(shí)溫度提高后， 改變了核心生成的勢(shì)能， 每次試驗(yàn)同時(shí)在兩個(gè)爐子進(jìn)行，一次熔化 225Kg.兩次兩個(gè)階段的時(shí)間相隔大約 30分鐘，在爐內(nèi)的保持溫度 1425正負(fù) 10℃，以至于盡可能少的引起成核勢(shì)能的變化。鎂處理后的停放時(shí)間， 3.5—4.9分鐘，澆注溫度 1355正負(fù) 8℃。 見(jiàn)表根據(jù)球數(shù)和在三角試樣中， 碳化物少激冷傾向就減少。 在低的過(guò)冷度和低的再暉溫度也得到同樣的結(jié)果。并從中得出如下結(jié)論；(1)．SiC在提高溶液的成核勢(shì)能方面，是有效的添加劑，在降低過(guò)冷傾向也是很有效的。不管是原鐵液還是處理后的球鐵鐵液， 都能改善鐵液的成核勢(shì)能。 對(duì)原鐵液的結(jié)果指出， 0.3%的SiC添加對(duì)片狀石墨的形成，增加了 A型石墨數(shù)量，都起著很好的改善作用。在球墨鑄鐵中， SiC增加球數(shù) 64%，形成小球方面也有較好的效果，增加 9%。它適宜的起著作用，這是眾所周知的。加 SiC，不管是對(duì)球鐵的過(guò)冷還是再暉， 或是對(duì)它們二者的過(guò)冷和再暉， 都起著減少的作用。 在原鐵液中，過(guò)冷減少 22%、再暉降低 31%。在球墨鑄鐵過(guò)冷減少 7.4%、再暉降低 50%。添加 SiC的正面影響也指出，抗拉強(qiáng)度增加 2%、屈服極限增加 4%、延伸率提高44%。另外，抗拉強(qiáng)度性能的標(biāo)準(zhǔn)偏差也得到了減少。(2)含有 FeSi75的碎粒 SiC對(duì)鐵液質(zhì)量作用要小于單獨(dú)添加 SiC。球墨數(shù)提高 15%，小石墨球數(shù)量增加 4%，原鐵液的過(guò)冷減少 23%，再暉減少 63%，球鐵過(guò)冷稍微改善只有 0.6%，而再暉降低了 15%，抗拉強(qiáng)度性能只稍有改善，抗拉強(qiáng)度提高0.4%、屈服提高 4.2%、延伸率 10%。抗拉強(qiáng)度性能的標(biāo)準(zhǔn)容許偏差，變的比較大。(3)．添加晶體石墨到高過(guò)冷傾向的原鐵液是不太適合的。盡管這種鐵液的球數(shù)增加 2.5%，原鐵液的過(guò)冷也提高了 5%，而同時(shí)再暉數(shù)也從 0.46%，升到 4.84%。對(duì)普通正常的鐵液反之， 石墨球數(shù)提高 13%，過(guò)冷以及再暉，不管在原鐵液或者在球化之后的球鐵中，也都降 低。（4）．SiC和FeSiMg組成的（混合物 X）是不合適的，球數(shù)降低 10%，原鐵液的再暉和過(guò)冷提高 35%和54%，而對(duì)球墨鑄鐵提高 28%和75%。（5）．添加 0.05%的SiCa是好的，但對(duì)球數(shù)影響較小，只增加 3.5%，另外對(duì)過(guò)冷和再暉有不適的影響。 在原鐵液中增加過(guò)冷 88%、再暉 79%，但在球墨鑄鐵中過(guò)冷31%，再暉 180%是較高的。（6）．加 FeS，不管是原鐵液還是球墨鑄鐵，都是適宜的，在原鐵液中，過(guò)冷降低了0.9%，再暉降低 0.6%。同時(shí)在球鐵中回落 15%、和 64%。在加 FeS之后，很可能是殘余 Mg量過(guò)盛而引起。（7）．熱分析的結(jié)果證明，在過(guò)冷傾向和原鐵液的再暉及球墨鑄鐵相應(yīng)的參數(shù)之間是有一定關(guān)聯(lián)的。 因而原鐵液的過(guò)冷傾向和再暉傾向是都可以預(yù)知的。 用這個(gè)方式可以在 Mg處理前，做相應(yīng)的核對(duì)和調(diào)整。（8）．不能由原鐵液的三角試樣，白口深度和共晶團(tuán)數(shù)為球鐵的過(guò)冷傾向提供足夠的予知信息。 原鐵液試樣的激冷深度在所有樣品中指出了， 激冷傾向的增加與添加劑無(wú)關(guān)的。在熱分析中，三角試樣的激冷深度與過(guò)冷值沒(méi)有關(guān)聯(lián)性。（9）．氧的含量和球數(shù)比較后指出，如果在鐵液里增加氧的總含量不充足，不能提高鐵的成核勢(shì)能。筆者看法；此文章作者是加拿大（ CANMET材料工藝研究實(shí)驗(yàn)室）原題目是；鑄鐵的預(yù)處理，美國(guó) AFS美國(guó)鑄造工程師協(xié)會(huì)（ ）資助，開(kāi)展的研究工作，內(nèi)容、結(jié)論、觀點(diǎn)明確；①密切與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合， 為解決鐵液長(zhǎng)期保溫的所謂“星期一鐵水” 過(guò)冷度大，核心數(shù)少，導(dǎo)致材質(zhì)性能降低的難題提供了方向。采用 SIC進(jìn)行預(yù)處理是很好的解決措施。此結(jié)論與我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際狀況相吻合。②原作者在文章得到的結(jié)論， 除根據(jù)從定性的宏觀現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)外， 還選自微觀可信的定量數(shù)據(jù)， 以及代表各方面物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)參量； 如凝固收縮量的影響的參量。③對(duì)那些要進(jìn)行今惜對(duì)比， 要從現(xiàn)今與從前工作中取樣， 拿到對(duì)比的試樣參數(shù)去管理生產(chǎn)， 是十分重要的。 要對(duì)過(guò)去的試樣做到絕對(duì)的穩(wěn)定、 不變化、不移動(dòng)。3.2SiC孕育劑在鑄鐵中起到的作用1）．SiC中的（ Si）進(jìn)入鐵水， （C）小部分被空氣中的氧氧化、其它 SiC微粒進(jìn)入鑄件。2）．SiC微粒子進(jìn)入鐵水，凝固時(shí)起到核心基底作用， SiC越細(xì)、多，生核能力越強(qiáng)。在TEM下觀察， SiC顆粒與基體界面結(jié)合良好， 顆粒周圍存在高密度位錯(cuò)，導(dǎo)致晶粒細(xì)化，并且改變石墨形態(tài)，石墨長(zhǎng)度變短， A型石墨增加， D型石墨減少，共晶團(tuán)數(shù)及珠光體數(shù)明顯改善。眾所周知，當(dāng)達(dá)到 300個(gè)/mm2，鑄件有縮孔現(xiàn)象，而 SiC使用后 130~250個(gè)/mm2，故提高力學(xué)性能，又不滲漏。3）．脫氧在爐前，包內(nèi)處理鐵液時(shí)， SiC的Si能減少氣體與夾渣。4）．增 C的SiC孕育劑分低碳、高碳。低碳型（ C<10%）不至于使得鑄件增 C；高碳型（ C≥23%），可使得鑄件增 C，碳當(dāng)量易掌握，從而可多加入廢鋼，易制得性能好的鑄件。5）．本品含 Si量有 50%、60%兩種，含碳分別在（ C<10%），（C≥23%，使用量根據(jù)各廠需要與硅鐵（ FeSi75%）混用或單獨(dú)使用。注意：碳化硅最大加入量不得超過(guò)12公斤。6）.碳化硅孕育劑在澆注前加入。 它的作用即能增 C又能增 S（爐前用i Φ2-3mm，爐后用 20~30mm）。SiC中所包含的 C、Si元素的孕育能力早已得到肯定，當(dāng)時(shí)，硅來(lái)自硅鐵，碳從結(jié)晶石墨獲取，形成各種形式的混合孕育劑，用于生產(chǎn)。后來(lái)，由于硅鐵的生產(chǎn)容易，資源豐富，價(jià)格低廉，破碎方便，所以，國(guó)內(nèi)外普遍使用 FeS，逐漸i發(fā)展了以 Si鐵為基礎(chǔ)、外加一些特定的合金元素。例如；鈣、鋇、鍶、鋯、鋁、錳、釔等等。形成獨(dú)霸天下的硅基，卻不用或很少用碳系。二十世紀(jì)的下半葉也未見(jiàn)過(guò)有關(guān) SiC作孕育劑方面的報(bào)導(dǎo)。原因在于它的生產(chǎn)合成溫度高、原料純、電能消耗大、價(jià)格高，阻礙了它的發(fā)展。新世紀(jì)頭十多年里也未見(jiàn)含 SiC的新型孕育劑出現(xiàn)。但是，從技術(shù)的角度分析，它是一種十分理想的長(zhǎng)效孕育劑，理由如下：SiC孕育劑顆粒表面生成的 SiO2膜阻隔（或延緩了）碳、硅元素在熔液中的擴(kuò)散過(guò)程，防止過(guò)快自身濃度勻化，減少石墨衰退，十分利于長(zhǎng)效孕育。SiC與 FeSi孕育劑相比， SiC更能承受鐵液溫度不穩(wěn)定，造成孕育不良效果的影響，即無(wú)論溫度低或偏高，均可達(dá)到好的孕育效果。溫度低時(shí)（在保證 SiC處理所要求的最低溫度前提下） ，SiC顆粒表面生成的 SiO2膜不會(huì)被鐵液中的 C去和 SiO2反應(yīng)，將 SiO2膜消失或變薄，因?yàn)殍F液中的碳必須在溫度超過(guò)一定值后，才能有碳出現(xiàn)，按： SiO2+[C]=Si+CO↑式子進(jìn)行。如果鐵液溫度過(guò)高，超過(guò)了臨界值，從熱力學(xué)角度看，熔液中有 [C]出現(xiàn)，它必然要與 SiC顆粒外殼 SiO2膜反應(yīng)，破壞或消耗 SiO2膜。可是實(shí)踐證明， SiC顆粒附近存在一個(gè)富 Si層，它阻礙了這上面 [C]還原反應(yīng)的進(jìn)行。所以，不管是低溫或高溫，孕育結(jié)果穩(wěn)定。3）用 SiC做孕育劑所得到的石墨核心數(shù)要比 FeSi的多，一方面， “Ｃ”直接做了核心；另一方面，富 Si微區(qū)使它附近的“Ｃ”過(guò)飽和。以石墨析出。核心數(shù)量多與受 SiO2膜保護(hù)，以及富 Si、富 C的液體“圍墻”擋住，這三條件足以使它變成長(zhǎng)效孕育劑及預(yù)處理劑。SiC經(jīng)人工氧化后形成一定數(shù)量的裂開(kāi) SiO2膜， 可保證孕育結(jié)果穩(wěn)定， 可人為控制。SiC起到了保證長(zhǎng)效孕育功能的 Si源作用。上述 SiC性能特點(diǎn)也構(gòu)成了它在作為孕育劑的重要不利因素，如這層氧化膜太牢固，封閉了膜內(nèi)的 C、Si分子向外遷移擴(kuò)散，將失去 C、Si成核的條件。這個(gè)問(wèn)題不解決，無(wú)法談?wù)撋鲜鲫愂龅?SiC成為優(yōu)良孕育劑和預(yù)處理劑的理由。解決次障礙的初潛看法是，二氧化硅膜所造成的困難是此問(wèn)題的關(guān)鍵； SiO2熔點(diǎn)1700℃，鐵水處理溫度最高也就是 1450＿1500℃，所以這層膜的去出是較困難的。比較好的辦法是降低膜的熔化溫度或厚度。大家知道， SiO2是酸性氧化物，所以應(yīng)該尋找一些堿性渣材料予以中和， 將低熔點(diǎn)。 設(shè)法使膜局部破裂， 形成通道或溝槽。具體措施；對(duì) SiO進(jìn)行煅燒處理， SiO2在經(jīng)過(guò) 500多度時(shí)，加熱冷卻過(guò)程體積變化較大。容易形成裂紋。3.3SiC顆粒增強(qiáng)項(xiàng)與鑄鐵基體組成的復(fù)合材料——高鐵列車閘瓦復(fù)合材料（ CompositeMaterials）是由兩種以上組分以及它們之間的界面構(gòu)成。國(guó)外于 20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用，國(guó)內(nèi)大約于 60年代，并不生疏的玻璃鋼就是一種，最早出現(xiàn)的以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，在其中添加一定量（ C大于 10%體積分?jǐn)?shù)的組合材料（玻璃纖維） 。然后，借助于相應(yīng)的復(fù)合工藝將它們組合成一種新型材料。近年來(lái)，所開(kāi)發(fā)了宏觀—微觀復(fù)合為一體的各種新型復(fù)合材料，例如 20世紀(jì)80年代后出現(xiàn)了功能梯度復(fù)合材料。由于這種材料性能是空間位置的梯度分布規(guī)律與材料使用中環(huán)境條件對(duì)材料性能的要求相適應(yīng)， 因此，由它所制成的器件式結(jié)構(gòu)將具有最優(yōu)環(huán)境匹配性，它也被稱為最先進(jìn)復(fù)合材料。鑄造工程中， 使用最多的合金材料—鑄鐵， 自身就是一種非常典型的由其基體組織指金屬基體相分（鐵素體，珠光體，奧氏體等）加各種類型石墨（稱增強(qiáng)相）組織共生而成的復(fù)合材料。至今這種材料長(zhǎng)久不衰，在用新的技術(shù)武裝著，使它為人類繼續(xù)做著貢獻(xiàn)。例如；碳化硅基體和用碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅基體所制造的陶瓷基復(fù)合材料，可分別在 1700℃和 1200℃下保持 20℃時(shí)的拉伸強(qiáng)度。在航天飛機(jī)高溫區(qū)應(yīng)用。如以金屬基體的總類（指（ Al.Cu.Mg.Yi.Ni.F）金屬間化合物基復(fù)合材料不難e看出，Al基復(fù)合材料排列為第一位， 說(shuō)明這種金屬被研究有著悠久歷史， 得到了工程界同仁的認(rèn)可。 但是，如同增強(qiáng)體的總類來(lái)分析， 當(dāng)今長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料更受青睞。從下列國(guó)外的資料，找到的以碳化硅為增強(qiáng)相的復(fù)合材料研究報(bào)告，在這里觀察它們的動(dòng)態(tài)點(diǎn)滴；例如；日本利用鑄鐵陶瓷復(fù)合材料解決高速列車閘瓦 []的問(wèn)題，因?yàn)殍T鐵閘瓦耐磨性較低，摩擦系數(shù)也低，為了解決這一問(wèn)題，他們研制了鑄鐵包鑄 SiC的復(fù)合材料閘瓦。對(duì)合金鑄鐵閘瓦、碳化硅鑄鐵閘瓦及氧化鋁 A、B閘瓦進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容有“平均摩擦系數(shù)、閘瓦磨耗量、車輪最高溫度、閘瓦最高溫度”。試驗(yàn)結(jié)果看出，與合金鑄鐵閘瓦相比，包鑄 SiC復(fù)合材料閘瓦的摩擦系數(shù)和耐磨性提高。 因?yàn)樗诟咚僦苿?dòng)時(shí)鑄鐵部分熔融， 陶瓷部分不能熔融， 排放出磨耗顆粒，存在于車輪與閘瓦之間，抑制了摩擦系數(shù)下降，所以摩擦系數(shù)高。這就在原鑄鐵基礎(chǔ)上用復(fù)合材料混合再加工而得到的更好的產(chǎn)品。下圖介紹了11全比例動(dòng)力測(cè)定器示意圖12觀察位置圖13； a平均摩擦系數(shù) b閘瓦磨耗量 c車輪最高溫度 d閘瓦最高溫度這種材料既能保留原組分材料的主要特色， 又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)圖 a十分形象而又概念化的繪出復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)a看出，復(fù)合材料由兩種以上的組分以及它們之間的界面而構(gòu)成。按這些組份稱為“相” 。所以最早復(fù)合材料性能的三要素：“增強(qiáng)體” 、、以及“界面”各自分開(kāi)，但基體則是連續(xù)的。通過(guò)材料設(shè)計(jì)，使“組份”的性能互相補(bǔ)充并彼此有關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)異”組份”材彼此組份材料性能差別很大， 當(dāng)組成新的復(fù)合材料后， 性能組份材料的體積分?jǐn)?shù)大于 10%；復(fù)合材料包含的范圍很廣， 如：CompositeMaterials)。ASC高端耐火材料在沖天爐爐襯應(yīng)用Al2O3—SiC—C磚（高鋁質(zhì)—碳化硅—碳素） ASC不燒結(jié)、含碳復(fù)合耐火材料。是指以從 Al2O3、SiC和炭素原料為主要成分，以合成酚醛樹(shù)脂為結(jié)合劑的不燒含碳復(fù)合耐火材料。這是高鋁質(zhì)耐火材料。在運(yùn)送冶金廠高爐鐵水所用的鐵水罐內(nèi)襯。以前使用過(guò)的耐火材料容易受渣侵蝕，但抗熱震性良好，抗機(jī)械沖刷、抗磨損。高鋁質(zhì)耐火材料受石灰質(zhì)熔劑的侵蝕并不很快，但易剝落，因此魚(yú)式混鐵車、鐵水罐內(nèi)襯用耐火材料中必須含有石墨和 SiC以改善其抗剝落性。石墨可使磚具有高的導(dǎo)熱性，并可阻止渣的滲透。SiC則可在磚中生成氣態(tài) SiO或者 SiO2保護(hù)石墨不致氧化。 因此 Al2O3—SiO—C磚具有優(yōu)良的抗渣性和抗熱震性，同時(shí)具有很好的抗沖刷，抗磨損性能，是目前為止在鐵水預(yù)處理容器上最理想的內(nèi)襯材料。Al2O3—SiC—C磚是以電熔剛玉（或燒結(jié)剛玉、特級(jí)鋁釩土熟料、紅柱玉） 、含固定碳90%~95%的麟片狀石墨和碳化硅為主要原料。 以熱固型酚醛樹(shù)脂為結(jié)合劑， 為防止石墨氧化，添加 Al粉、Si粉等復(fù)合防氧化劑。經(jīng)混練、成型和熱處理等工序制成。SiC抑制碳的氧化， 與 CO反應(yīng)生成 SiO2致密保護(hù)層， 也可填充氣孔， 使磚致密。 SiC熱導(dǎo)率高，抗渣能力強(qiáng)，但 Na2CO3易與 SiC反應(yīng)形成低熔物， 2NaO+SiC=4Na+C+Si2O,SiC氧化生成物與 CaO、CaF2也易生成低熔物黃長(zhǎng)石或玻璃相，對(duì) SiC含量要視不同部位適當(dāng)選擇。粒度小于 60μm以下的 SiC，引入 Ai2O3—SiC—C磚中，處理溫度在 1300℃左右時(shí)可抑制氧化。粒徑小，抗氧化作用明顯，粒徑大，抗熱震性能好。目前，我國(guó)對(duì)鐵水熱處理用 Al2O3—SiC—C磚制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （YB/T164—1999）見(jiàn)表由于這種高鋁質(zhì)耐火材料在運(yùn)送高爐鐵水時(shí)， 具有良好的抗機(jī)械沖刷、 與抗磨損的能力，有望這種功能引入中大型鑄造廠，遠(yuǎn)距離運(yùn)送鐵水。表7Al2O3-SiC-C磚的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)爐齡冷、熱風(fēng)沖天爐使用襯料長(zhǎng)爐齡沖天爐與每日更換爐襯的沖天爐相比， 爐襯襯料必需是高質(zhì)量的。使用壽命除與襯料有關(guān)外，還與爐殼、風(fēng)口的水冷效果以及爐子的合理結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。增加沖天爐使用壽命的技術(shù)措施 1）水冷無(wú)爐襯。 2）采用耐火度高，抗磨蝕好的高品位耐火材料。 3）提高進(jìn)風(fēng)速度，改善爐子中心區(qū)燃燒，減少邊沿的熱負(fù)荷，延長(zhǎng)爐襯壽命。有報(bào)導(dǎo)，將風(fēng)速提高到 75m/s，可使壽命延長(zhǎng)到一周。無(wú)爐襯長(zhǎng)爐齡沖天爐在整個(gè)爐身范圍沒(méi)有襯料，但在風(fēng)口下（相同于帶爐襯沖天爐）都膛砌著均勻的耐火料。帶爐襯長(zhǎng)爐齡沖天爐則在爐氣抽出口區(qū)域以及爐身上部，用含 60%Al2O3的耐火混凝土噴覆，提高其抗磨蝕能力。在爐子下部，由于溫度高，化學(xué)反應(yīng)劇烈，需使用有高耐火能力的襯料。使用的耐火襯料大多數(shù)含有 60-70%Al2O3、20%左右 SiC。（圖14）出示一座長(zhǎng)爐齡沖天爐（有爐襯，無(wú)爐襯）各部分位置使用的耐火襯料。表8不同爐型個(gè)部位耐火材料選擇沖天爐使用的含 SiC的耐火材料選擇

沖天爐使用的耐火材料，應(yīng)按不同部位的工作狀況選擇，人們將沖天爐分成四部分；爐身、熔化帶、風(fēng)口下方直到爐底及虹吸過(guò)橋出鐵口。爐身使用的耐火磚要求能承受高的抗磨強(qiáng)度， 熔化帶則要求材料有高的抗沖擊能力，以承受溫度，化學(xué)磨蝕，同時(shí)還有高的導(dǎo)熱能力，多半用含 SiC—Al2O3的漿料，噴補(bǔ) SiC約 15—20%爐缸（包括爐底） ，它受爐渣侵蝕（即化學(xué)腐蝕） 。耐火材料中因有少量水泥，因漿料比搗固料好，出鐵口是沖天爐重要附屬領(lǐng)域。受強(qiáng)烈沖蝕使用預(yù)制塊整體更換。每日更換爐襯的（冷風(fēng)、熱風(fēng)）沖天爐使用的耐火材料爐襯的功能有 :1）隔熱作用減少熱量從內(nèi)向外傳遞。提高熱利用率。2）耐溫與耐化學(xué)腐蝕。 尤其在存儲(chǔ)鐵液與爐渣的爐缸區(qū)。 除受高溫交變作用外，還要承受機(jī)械沖蝕，特別在風(fēng)口區(qū)域附近，爐襯襯料遭到強(qiáng)烈燒損。（圖１ 5）示出每日更換爐襯的冷風(fēng)、熱風(fēng)沖天爐在各位置的耐火襯料品種與標(biāo)準(zhǔn)襯料圖15沖天爐不同部位的耐火材料選擇3.7SiC在鑄造涂料方面的應(yīng)用鑄造涂料是指涂覆于型腔或（和）型芯表面，以提高表面耐火度，以及改善其化學(xué)穩(wěn)定性， 防止受液體金屬?zèng)_刷， 抗化學(xué)粘砂與物理機(jī)械作用為目的的鑄造輔助材料。 隨鑄造技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展， 對(duì)鑄造涂料的要術(shù)與關(guān)注也隨之明顯，得到重視。由于鑄造涂料一般多使用膨潤(rùn)土、粘土作懸浮劑，它們的優(yōu)點(diǎn)深獲良好評(píng)定，其缺點(diǎn)為耐火度低，懸浮性差，干燥速度慢，易開(kāi)裂。而水玻璃為代表的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，優(yōu)點(diǎn)是加入量少，懸浮性好，缺點(diǎn)是一般都要事先浸泡，對(duì)酸堿性反應(yīng)敏感，成本較高。對(duì)鑄造涂料的基本要求是要有高的耐火度， 以及它們與金屬材料的粘結(jié)性愈小愈好。但是，實(shí)踐證實(shí)，天然的或人工合成的很多鑄造材料中，耐火度高的粉料，大多數(shù)沒(méi)有懸浮性，粘結(jié)性也差。但是，近年來(lái)這一規(guī)律卻被打破，隨著磨粉技術(shù)的發(fā)展，一種比較理想的碳化硅鑄造涂料， 只要加入少許其他材料， 就可制成性能很好的碳化硅鑄造涂料。傳統(tǒng)上，有三種硅微粉；1）是由石英巖用機(jī)械方法打碎磨細(xì)后形成，叫：硅微粉，特點(diǎn)為成本低、生產(chǎn)便宜、生產(chǎn)批量可大可小、投資少。細(xì)度一段不超過(guò) 320目。產(chǎn)品含量可選最高可生產(chǎn)90%的硅微粉，顆粒細(xì)，一般在 30-50納米（nm），產(chǎn)品表現(xiàn)顆粒也在微米級(jí)。傳統(tǒng)上稱氣相法（化學(xué)法） ，它是 SiC4l氣相環(huán)境下氨解，沉降而生產(chǎn)，硅微粉細(xì)度越細(xì)的硅微粉 20-30納米，也稱氣相白炭集成 0.5-5μm顆粒，含量可達(dá) 99%，顆粒為（ 0.5-5nm）。新方法出現(xiàn)了生產(chǎn)硅微粉， 石英巖經(jīng) 2800℃電熔， 而小于 0.5%μm的碳，在8600℃汽化 （SiO2汽化 ）。經(jīng)二氧化硅汽化，冷凝形成硅微粉， SiO2具有更高活性，大多表現(xiàn)顆粒小于 0.5nm以下，并具有部分聚硅氧存在， 與無(wú)機(jī)物和有機(jī)物相容性更好。缺點(diǎn)是存在部分碳含量偏低，一般在 90-94%。需繼續(xù)試驗(yàn)早日使用。3.8SiC可做激冷材料碳化硅本身與眾不同， 又有十分可貴高硬度 （僅次于金剛石） ，導(dǎo)熱率（即熱導(dǎo)系數(shù)） 、λ位