استخدام نيتريد الفيروسيليكون في المواد المقاومة للحرارة: المصبوبات، وطين الحفرة، والمواد المركبة

ما هو نيتريد الفيروسيليكون

نيتريد الفيروسيليكون عبارة عن سبيكة حديدية نيتريد يتم إنتاجها عن طريق نيترة مسحوق الفيروسيليكون الناعم في جو نيتروجين متحكم فيه. والنتيجة هي مادة مضافة حبيبية تحمل مراحل نيتريد السيليكون مع مبيدات سيليكات الحديد، وبالتالي فإن مادة خام واحدة توفر كلا من السيليكون والنيتروجين لمزيج مقاوم للحرارة. نظرًا لأن النيتروجين مرتبط كيميائيًا بالفعل، فإن المادة المضافة لا تطلق كميات كبيرة من الغاز عند ترطيبها وصبها، مما يجعل التحكم فيها أسهل بكثير في قوالب الأسمنت المصبوبة المنخفضة- مقارنة بمسحوق السيليكون غير المنترد-.

يتم عرض النطاقات النموذجية للإشارة إلى ماهية المادة؛ عندما يعتمد تصميم البطانة على قيمة محددة، يجب أن تحكم شهادة التحليل الخاصة بالمورد لتلك الكمية تصميم المزيج.

لماذا تعمل مادة تحمل النيتروجين-المضافة على تحسين الأداء الساخن

في الحراريات المحتوية على الكربون، تتفاعل أطوار نيتريد السيليكون في الموقع مع الكربون وأول أكسيد الكربون المحيطين بالوجه الساخن. تنمو بلورات كربيد السيليكون وأوكسينيتريد السيليكون عند نقاط الرابطة وتعزز المصفوفة في المكان الأكثر أهمية، عند حدود الحبوب. وتتمثل العواقب العملية في ارتفاع معامل التمزق الساخن، ومقاومة أفضل للصدمات الحرارية، ومصفوفة تحافظ على قوتها بدلاً من أن تضعف مع ارتفاع درجة الحرارة.

تعمل رابطة النتريد على زيادة القوة الساخنة ومقاومة الزحف في نافذة درجة الحرارة حيث تتحلل بالفعل رابطة الراتنج أو طبقة الصوت.

يساهم كربيد السيليكون الذي يتم تكوينه في الموقع في مقاومة تآكل الخبث والحديد المنصهر- في سطح العمل.

ونظرًا لارتباط النيتروجين، يكون هناك كمية أقل من السيليكون الحر الذي يمكن أكسدةه، وتتحمل البطانة ظروف الأكسدة الناتجة عن التشغيل المتقطع.

لا تقدم المادة المضافة إطلاقًا متطايرًا غير متحكم فيه أثناء الخلط والمعالجة.

استخدامها في مواد الصب

تعد مواد الصب أكبر منفذ للمواد المضافة اليوم، ويتم وصف العائلات الثلاث التي تهيمن على الاستهلاك أدناه.

أكسيد الألومنيوم – كربيد السيليكون – الكربون (Al2O3 – SiC – C) المصبوبة لمجاري وأحواض الحديد في الفرن العالي.هنا تدعم المادة المضافة شبكة النتريد والكربيد التي تقاوم تدفق الحديد والخبث أثناء وجود الحوض في الصنبور.

قوالب مصنوعة من المغنيسيا-.تتمتع المغنيسيا بمقاومة ممتازة للخبث ولكنها ضعيفة المقاومة للصدمات الحرارية؛ تعمل المادة المضافة المنتردة على تعديل المصفوفة بحيث يمكن لوجه المغنيسيا الساخن أن ينجو بشكل أفضل من التدوير الحراري.

مصبوبات عالية-من الألومينا.يُستخدم عندما يكون الطلب الرئيسي هو القوة الساخنة ومقاومة التآكل على سطح العمل بدلاً من التحكم في كيمياء الخبث.

في جميع العائلات الثلاث، يتم تحديد جرعات المادة المضافة كجزء من المزيج الجاف، لذلك يجب أن تتوافق مع الطلب على المياه في المادة القابلة للصب ومع جدول المعالجة. إن الدرجة الخشنة المستخدمة في مزيج التدفق الذاتي-سوف تتصرف بشكل مختلف تمامًا عن المسحوق الناعم المستخدم في مزيج الاهتزاز-المصبوب.

طين Taphole ومزيج Gunning

يقوم طين الحفرة، والذي يُطلق عليه غالبًا طين البندقية أو مزيج البندقية، بسد فتحة الفرن العالي بين الصنابير. عندما يتم حفر فتحة الصنبور، يخرج الخبث والمعدن الساخن من الفرن معًا، ويجب أن تتحمل مادة السدادة الهجوم الكيميائي والخبث وتآكل الحديد ودرجة الحرارة العالية والعمل الميكانيكي للحفر والإغلاق. ومع توسيع الأفران وإطالة عمر الحملة، تزداد هذه المطالب.

يوفر طين الحنفية المرتكز على مادة مضافة من الحديد والسيليكون المنتردة تدفقًا ثابتًا للحديد: لا يُظهر التيار أي تناثر غير طبيعي ولا توجد بقع حمراء ساطعة تشير إلى سدادة مدمجة بشكل سيئ. تحافظ المادة على قوة انثناء عالية عندما تكون ساخنة وتقاوم تآكل الحديد المنصهر، مما يسمح بالنقر المستقر لأكثر من 60 دقيقة يليه إغلاق كامل بدون أي نفخة -من الرياح واللهب عند فتحة الحنفية. تم تلخيص المتطلبات الرئيسية أدناه.

المقاومة الكيميائية للخبث والحديد السائل عند وجه فتحة الحنفية.

مقاومة حرارية كافية وقوة ساخنة لمدة الصنبور الكاملة.

سلوك تعبئة جيد، بحيث يملأ الطين الفتحة بدون فراغات.

الاستقرار عند درجة حرارة عالية، مع إمكانية الفتح والإغلاق.

حماية الموقد خلال الفترة الفاصلة بين الصنابير.

المواد الحرارية المركبة

تُصنع الحراريات المركبة من مادتين خام أو أكثر من المواد الخام المقاومة للحرارة ذات خصائص مختلفة، ويتم دمجها فيزيائيًا أو كيميائيًا لإنشاء سلوك جديد على نطاق مجهري أو مجهري. تناسب مادة مضافة من الحديد والسيليكون النتريد فلسفة التصميم هذه: يتم الاحتفاظ بمرحلة النتريد ومراحل الأكسيد أو الكربون في المزيج بشكل متعمد كمكونات متميزة بحيث يساهم كل منها بخاصية مختلفة، أحدهما يوفر القوة الساخنة والآخر يوفر مقاومة الخبث أو تحمل الصدمات الحرارية. إن النهج المركب هو السبب في أن المادة المضافة نفسها يمكن أن تخدم مزيجًا من حوض الألومينا وكربيد السيليكون والكربون وصب المغنيسيا.

الجرعات والمناولة ومراقبة الجودة

يتم تحديد مستوى الإضافة من قبل مصمم المواد المقاومة للحرارة لكل مزيج، بناءً على القوة الساخنة المطلوبة، ومحتوى الكربون في النظام ودرجة حرارة الخدمة. هناك نقطتان عمليتان تقرران ما إذا كانت المادة المضافة تعمل على النحو المنشود:

توزيع.يجب تشتيت مسحوق النتريد من خلال المزيج الجاف قبل إضافة الماء. يؤدي التشتت الضعيف إلى إنتاج مناطق غنية بالنيتريد-مناطق غنية بالنيتريد-مناطق فقيرة، ثم تفشل البطانة عند نقاط الضعف وليس بشكل موحد.

تخزين.يجب أن تظل المادة جافة وتستخدم خلال فترة الصلاحية المعلن عنها من قبل المورد، لأن التقاط الرطوبة يؤثر على كل من سلوك التدفق وتوازن النيتروجين في المزيج.

يجب فحص الدفعات الواردة للتأكد من محتوى النيتروجين وتوزيع حجم الحبوب والرطوبة، حيث أن هذه المتغيرات الثلاثة هي التي تحرك استجابة المادة القابلة للصب أو الطين. يعد تسجيلها مقابل الأداء المبطن لكل حملة هو الطريقة الأكثر موثوقية لضبط مستوى الإضافة للحملة التالية.

الأسئلة المتداولة

س: ما هي استخدامات نيتريد الفيروسيليكون؟
يتم استخدامه كمادة مضافة في المواد المقاومة للحرارة، وخاصة مواد الصب مثل الألومينا وكربيد السيليكون والكربون والمغنيسيا المصبوبة، وطين الحنفية أو مزيج السلاح للأفران العالية، والحراريات المركبة.

س: لماذا نستخدم مادة مضافة نيتريد بدلا من مسحوق السيليكون العادي؟
نظرًا لأن النيتروجين مرتبط بالفعل في مراحل النتريد، فإن المادة المضافة تزود السيليكون والنيتروجين معًا وتتجنب إطلاق الغاز القوي الذي يمكن أن يسببه مسحوق السيليكون العادي عندما يتفاعل في مادة قابلة للصب الرطب.

س: كيف يعمل على تحسين أداء طين الحنفية؟
إنه يزيد من قوة الانحناء الساخنة ومقاومة تآكل الحديد المنصهر، مما يدعم تدفق الحديد المستقر دون تناثر أو بقع حمراء ويسمح بإغلاق فتحة الصنبور بشكل كامل بعد النقر.

س: هل يمكن استخدامه في صب المغنيسيا؟
نعم. تستفيد أنظمة المغنيسيا لأن المادة المضافة تعدل المصفوفة وتحسن قدرة البطانة على تحمل التدوير الحراري، بينما تستمر المغنيسيا في توفير مقاومة الخبث.

س: ما الذي يجب التحقق منه في كل دفعة واردة؟
يعد محتوى النيتروجين وتوزيع حجم الحبوب والرطوبة هي المتغيرات الثلاثة التي تؤثر بقوة على سلوك المزيج النهائي، لذا يجب التحقق منها مقابل شهادة التحليل الخاصة بالمورد.

س: كيف يتم تحديد مستوى الإضافة؟
يتم تحديد المستوى بواسطة مصمم الحراريات من القوة الساخنة المطلوبة، ومحتوى الكربون في النظام ودرجة حرارة الخدمة، ثم يتم تأكيده مقابل نتائج الحملة بدلاً من تثبيته بشكل دائم.