Wat ferro-siliciumnitride is
Ferrosiliciumnitride, geschreven als FeSi3N4, is een samengesteld additief waarvan het hoofdbestanddeel siliciumnitride is, vergezeld van vrij ijzer, niet-genitreerd ferrosilicium en kleine hoeveelheden andere fasen. Vuurvaste soorten worden geleverd als grijswit of bruin poeder, terwijl staalsoorten worden geleverd als grijswitte korrels. Het stikstofgehalte van commercieel materiaal ligt doorgaans tussen de 20 en 30 procent, terwijl het silicium tussen de 45 en 55 procent ligt en de rest voornamelijk uit ijzer bestaat, hoewel de exacte analyse voor elke toepassing tussen leverancier en koper wordt overeengekomen.
Het materiaal wordt geproduceerd door ferrosilicium bij hoge temperatuur te nitreren. Daarom combineert het product het vuurvaste karakter van siliciumnitride met het ijzergehalte dat het compatibel maakt met ijzer- en staalslakken.
Rol in hoogoven-tapgatmodder
Het grootste gebruik vindt plaats in de aftapgatklei die wordt gebruikt om grote hoogovens af te sluiten, waarbij siliciumnitride fungeert als de versterkingsfase bij hoge temperaturen. Het nitride reageert met de koolstofhoudende en aluminiumoxidecomponenten van de modder tijdens het sinteren, zodat de plug een dichte, slijtvaste structuur ontwikkelt die bij het tikken schoon kan worden opengeboord en vervolgens de druk kan vasthouden tot de volgende worp. De toevoegingspercentages zijn bescheiden, maar het effect op de betrouwbaarheid van de pluggen is onevenredig.
Toevoegingen van siliciumnitride verhogen ook de verwekingstemperatuur van de modder en verminderen erosie rond het aftapgat, waardoor de levensduur van de haardbekleding wordt verlengd. Dit is de reden waarom ferrosiliciumnitride een onmisbaar onderdeel is geworden van moderne grote hoogovenaftapgaten.
Gebruik in troggietwerk en andere vuurvaste materialen
Een kleiner volume gaat naar trogmaterialen en naar amorfe of ongevormde vuurvaste materialen, waar het nitride de hittesterkte en de weerstand tegen gesmolten ijzer verbetert. Trogbekledingen met een kleine toevoeging van nitride vertonen een betere stroming van heet metaal, minder schedelopbouw en langzamere slijtage van vuurvast materiaal dan hetzelfde mengsel zonder dit, omdat de nitridefase de reactie tussen de bekleding en het ijzer beperkt. Dezelfde chemie wordt gebruikt in spuitmengsels en in gietstukken die te maken krijgen met slakken bij de ijzerproductie en gieterijdiensten.
Stikstoftoevoegingen bij de staalproductie
Bij de staalproductie dient ferrosiliciumnitride als stikstofdrager en als versterkingsmiddel. Korrelgeoriënteerd siliciumstaal gebruikt stikstof tijdens secundaire herkristallisatie, waarbij fijne nitrideprecipitaten de korrelgroei controleren en de ontwikkeling van de scherpe voorkeursoriëntatie die het product een laag magnetisch verlies geeft. Elektrisch staal van dit type wordt gespecificeerd onder GB/T 2521, waarin de magnetische verlies- en inductielimieten worden vastgelegd waaraan de stikstofcontrolestap moet voldoen.
Andere staalsoorten zijn voor hun sterkte ook afhankelijk van nitrideprecipitatie. Microgelegeerd staal en stikstofhoudend staal gebruiken nitridevormende elementen samen met stikstof om het vereiste sterkteniveau te bereiken zonder toevoeging van koolstof, en wapeningskwaliteit HRB400 is een bekend voorbeeld van een product waarbij stikstoftoevoegingen de sterkteklasse ondersteunen die is gedefinieerd in GB/T 1499.2. Ferrosiliciumnitride wordt normaal gesproken toegevoegd in korrelvorm met een gecontroleerd groottebereik, zodat de terugwinning voorspelbaar is en de stikstof oplost voordat het wordt afgetapt.
Cijfers en selectiebegeleiding
| Cijfer | Vorm en maatvoering | Belangrijkste gebruik |
|---|---|---|
| Vuurvaste kwaliteit | Poeder, fijne maatvoering | Taphole-modder, trog-castables, schietmixen |
| Staalproductie kwaliteit | Korrels, gecontroleerd groottebereik | Stikstoftoevoeging aan staal, georiënteerd siliciumstaal |
| Stikstofgehalte | Meestal 20 tot 30 procent | Ingesteld door de benodigde stikstofterugwinning in de smelt |
| Siliciumgehalte | Meestal 45 tot 55 procent | Draagt silicium bij aan de slak en het metaal |
Omdat ferro-siliciumnitride is gemaakt van ferrosilicium en merkbaar minder kost dan puur siliciumnitride, terwijl het vergelijkbare prestaties biedt op het gebied van modder en gietbaar gebruik, standaardiseren de meeste ijzerfabrieken op de ferro-kwaliteit. De selectie vindt vervolgens plaats op basis van het stikstofgehalte, de maatvoering en het gehalte aan vrij ijzer, en elke partij moet vergezeld gaan van een analysecertificaat.
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is de samenstelling van ferrosiliciumnitride?
Het is een mengsel op basis van siliciumnitride met vrij ijzer en niet-genitreerd ferrosilicium, dat doorgaans 20 tot 30 procent stikstof en 45 tot 55 procent silicium bevat.
Vraag: Waarom wordt het toegevoegd aan aftapgatmodder van hoogovens?
De nitridefase versterkt de plug na het sinteren, verbetert de plugprestatie van het aftapgat en vermindert erosie van de haardbekleding.
Vraag: Helpt het zowel de staalkwaliteit als de vuurvaste materialen?
Ja. Granulair ferrosiliciumnitride is een stikstofdrager die wordt gebruikt in georiënteerd siliciumstaal en in stikstofhoudende staalsoorten waarbij nitrideprecipitatie voor versterking zorgt.
Vraag: Welke productkwaliteiten worden er vervaardigd?
Vuurvast poeder voor modder, gietstukken en spuitmengsels, en korrels van staalproductie met een gecontroleerd groottebereik voor toevoegingen aan de smelt.
Vraag: Is ferrosiliciumnitride hetzelfde als siliciumnitride?
Nee. Het bevat siliciumnitride als hoofdfase, maar ook vrij ijzer en niet-genitreerd ferrosilicium, en het kost aanzienlijk minder dan het zuivere nitride, terwijl het vergelijkbaar presteert in modder.
Vraag: Hoe wordt het materiaal gedoseerd?
De dosering is afhankelijk van het stikstofdoel en de terugwinning van de toevoeging. Daarom wordt het niveau voor elke hitte en klasse vastgesteld en geverifieerd door analyse van het eindproduct.
