有色金属冶炼工业的应用:利用碳化硅具有耐高温,强度大,导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料,如坚罐蒸馏炉精馏炉塔盘,铝电解槽,铜熔化炉内衬,热电偶保护管等。
钢铁行业方面的应用:利用碳化硅的耐腐蚀,抗热冲击耐磨损,导热好的特点,用于大型高炉内衬提高了使用寿命。
建材陶瓷、砂轮工业方面的应用:利用其导热系数,热辐射,高热强度大的特性,制造薄板窑具,不仅能减少窑具容量,还提高了窑炉的装容量和产品质量,缩短了生产周期,是陶瓷釉面烘烤烧结理想的间接材料。
目前广泛应用于转炉、电炉、连铸、炉外精炼以及钢包中的碳化硅,是20世纪80年***展起来的一类较为新型的碱性碳化硅——碳复合碳化硅。碳复合碳化硅中一般含有3%~30%的碳。在炼钢过程中,碳的氧化反应是冶炼过程的重要反应。把钢水中的含碳量氧化降低到所炼钢号的规格内,是炼钢的重要任务之一。工业碳化硅因所含杂质的种类和含黑碳化硅的用途及种类不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异。
而碳化硅的脱碳会造成钢水中碳的含量增加改变钢的组成,尤其在冶炼纯净钢、超纯净钢时,碳化硅的脱碳会对钢水及钢材质量产生较大的影响。碳化硅的脱碳机理为:当冶炼进行的一定程度后,钢与碳化硅之间存在一定的液相隔离层。反应物在碳化硅表面形成一个固相产物层,碳化硅中的组成元素穿过该层扩散到钢水中。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种。
碳化物材料熔点较高,大都在3000℃以上,如TiC熔点3107℃,ZrC熔点3530℃。在较高温度下,碳化物会氧化,熔点高于石墨和碳。多数碳化物硬度高,有良好的导电和导热性。部分碳化物性能见表8-6。碳化物基本合成方法有:金属与碳粉直接化合法;由于它是普通废料中硬度较高的材料,所以包常用以加工硬质合金、钛合金、高速等难磨材料及修正砂轮用。碳还原法;金属与含碳气体反应。
生产碳化硅制品,首先要有碳化硅原料。碳化硅的工业生产方法是将石英砂、煤焦、锯末和盐混合在一起,在电阻炉中加热到2200℃左右,盐的作用是除去石英砂和煤焦中的杂质,而锯末的作用是产生气孔,使生成的气体容易逸出。电炉中间用石墨或碳颗粒堆积成柱状电阻发热体,所配原料紧密填充在发热体四周。在冶炼纯净钢等优质钢材时就必须高度重视和深入研究碳化硅与熔池中钢水之间的反应对钢质量造成的影响。
碳化硅磨料通常以石英、石油焦炭为主要原料。它们在备料工序中经过机械加工,成为合适的粒度,然后按照化学计算,混合成为炉料。磨料调节炉料的透气性,在配炉料时要加适量的木屑。制炼绿碳化硅时,炉料中还要加适量的盐。
炉料装在间歇式电阻炉内。电阻炉两端是端墙,近中心处有石墨电极。炉芯体即连于两电极之间。炉芯周围装的是参加反应的炉料,外部则是保温料。制炼时,电炉供电,炉芯体温度上升,达到2600~2700℃。电热通过炉芯表面传给炉料,使之逐渐加热,达到1450℃以上时,即发生化学反应,生成碳化硅,并逸出CO。构成碳化硅的一些元素,直接溶解到钢水中,使得熔池中的氧、碳及其他非金属元素增加。
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