重結晶碳化硅窯具的生產(chǎn)工藝性能特點

 

重結晶碳化硅具有獨特的耐高溫、耐腐蝕、導熱快、強度高、蓄熱小、壽命長等優(yōu)勢.作為新型耐火窯具近十幾年來已廣泛地應用于各種高溫工業(yè)爐窯。我公司與德國一陶瓷技術公司密切合作,于2006年底成功地開發(fā)了重結晶碳化硅R-SiC制品。其主要性能經(jīng)上海硅酸鹽研究所檢測達到德國NORTON公司的技術指標。產(chǎn)品規(guī)格最長可達3500mm,最寬可達600mm。它的開發(fā)成功及應用表明,不僅以其不可比擬的高溫機械性、抗急冷急熱沖擊性及長期抗老化性而逐漸取代我國目前的能耗高、壽命短、易老化及非常笨重的傳統(tǒng)耐火窯具,而且可完全替代引進窯爐設備上的進口R-SiC窯具,節(jié)約大量外匯,發(fā)揮其節(jié)能降耗、提高窯爐裝填效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)勢。

 

2生產(chǎn)工藝

 

R-SiC材料是在2400°以上的高溫及一定壓力的保護氣氛下,經(jīng)蒸發(fā)-凝聚由SiC顆粒發(fā)生再結晶過程而形成的一種高溫結構陶瓷材料,不存在熔點。R-SiC的工藝流程可表述為: 細顆粒-粗顆粒-級配制漿-添加劑石膏模成型-真空-壓力-修整-干燥燒結氬氣- 切割-包裝。

 

自然界中不存在碳化硅,工業(yè)上應用的SiC粉料都是人工合成材料的,大批量生產(chǎn)多用Acheson法,即: SiO2(s)+3C(s)-SiC(s)+2CO(g) 可見其中存在的雜質(zhì)大部分是游離SiO2和游離C,

 

成型后,在高溫燒結時會發(fā)生一系列化學反應: %SiO2+3C SiC+2CO;&SiC+2O2SiO2+CO2;∋SiO2

 

+CSi+CO2; 在制品中產(chǎn)生空位,使制品疏松,強度下降。因此,生產(chǎn)高檔次R-SiC必須控制原料

 

的純度(SiC 99%)。目前,在國內(nèi)原料達不到工藝要求的情況,R-SiC全部采用進口粉料,以保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠。

 

(2)R-SiC采用注漿成型法。

 

要求原料達到***的顆粒級配以滿足***的泥漿密度并對應于***的制品強度。在制漿過程中加入極少量的結合劑與適量的水,使泥漿具有很好的流動性及懸浮性。采用先進的注漿設備在真空、壓力的作用下將泥漿注進石膏模,根據(jù)制品要求的尺寸及石膏模的性能嚴格控制空漿和脫模時間。

 

(3)

 

坯體經(jīng)修模、干燥后,在真空感應爐(Ar氣保護)中2450!燒結,保溫2-4小時。燒結后的制品SiC顆粒明顯長大,并伴隨著細顆粒被兼并,形成大顆粒之間的架梁結構及有一定氣孔率的燒結體。

 

3、R -SiC的性能特點

 

重結晶碳化硅是最近十幾年發(fā)展起來的新型高溫結構材料,SiC分子中Si和C以牢固的共價鍵結合成四面體,形成具有類似金剛石的晶體結構。與其它傳統(tǒng)耐火材料相比,具有很多獨特的優(yōu)點:高溫強度大、承載能力強、在使用溫度范圍內(nèi)度的升高、機械強度不下降反而成正比例上升,可以以較輕的窯具重量裝載大量的制品,提高裝窯率;

 

它的導熱性好,膨脹系數(shù)小,可以抵抗急冷急熱沖擊,減少蓄熱,節(jié)約能源;因其純度高,無中間化合物結合相,抗氧化侵蝕能力強,可大大提高使用壽命。

 

各種窯具的技術性能指標：

 

在高溫工業(yè)瓷、電瓷生產(chǎn)中做***梁、柱、板

 

(1)

 

鄭州某陶瓷工有限公司1992年從德國引進燒A瓷輥的梭式電窯,其架、梁R-SiC一并從德國NORTON公司引進，命超過150次。在部分架、梁損壞之后,采用R-SiC梁替代,使用效果可與進口R-SiC梁媲美。另外,在他們公司燒高鋁保護管的倒焰窯中,部分應用R-SiC梁替代傳統(tǒng)的硅質(zhì)板登磚,一改往日十大格七小格的碼落狀態(tài),將落碼成田字型,窯頂架上R-SiC方梁,窯具與制品的重量之比由原來的6-7+1降***1-2+1,僅窯具就減輕了70%左右,制品裝載率是以前的2倍多,能量消耗也降低了50%多,且人工勞動強度也大為減輕,從前的7窯次檢修一次變?yōu)?0窯次檢修一次,從中獲得的效益是巨大的。

 

(2)

 

北京某陶瓷廠在引進的國外梭式窯上燒電瓷產(chǎn)品,燒成溫度1650°,以前用剛玉-莫來石窯具,2-3窯后，棚板翹曲嚴重，影響產(chǎn)品質(zhì)量,并占據(jù)大量窯位,且由于更換頻繁,人工勞動強度非常大。改用R-SiC棚板和***梁后,棚板重燒變形減輕,電瓷制品質(zhì)量明顯改善。同時,因裝載率提高也大大節(jié)約了能源,并減輕了工人勞動強度。

 

(3)

 

國內(nèi)***的某電瓷廠燒***電瓷瓶的梭式窯,燒成溫度1270-1320°,原來的燒窯方式為以粘土質(zhì)耐火材料做***，瓷瓶中間穿SiC質(zhì)芯棒,外面套匣缽,避免塌落和落臟,窯具重量占很

 

***重,能源浪費嚴重,裝窯卸窯非常麻煩，勞動強度很大?，F(xiàn)在他們改變了燃油和窯爐結構，采R -SiC梁吊裝***燒瓷瓶,即增加了量又節(jié)約了能源,同時,降低了工人勞動強度,取得了良好效果。目前他們從一條窯試驗改造中得出了經(jīng)驗,并在其余的和新建的窯爐上推廣。

 

4.

 

在衛(wèi)生瓷生產(chǎn)中做架梁、臺盆托板

 

(1)

 

景德鎮(zhèn)某潔具廠在引進的美國生產(chǎn)衛(wèi)生瓷的梭式窯中,采用R-SiC方梁***衛(wèi)生潔具制品,***目前使用循環(huán)已近300次,R-SiC梁使用情況良好,未發(fā)現(xiàn)異常。且燒出的制品無污染,無變形,提高了潔具的質(zhì)量。

 

(2)

 

北京某陶瓷有限公司、中山某陶瓷技術開發(fā)公司在洗面盆的生產(chǎn)過程中,采用R-SiC托板做***,制品不變形,節(jié)省窯位,節(jié)約能源。充分體現(xiàn)R-Sic高溫承載能力大的性能優(yōu)勢。

 

4.3

 

在建筑、日用瓷輥道窯中做輥棒也日益發(fā)揮了其獨特的性能優(yōu)勢以前,輥棒普遍采用高鋁材質(zhì),其不利之處在于Al2O3荷重軟化點低,高溫長期使用會彎曲變形,尤其在新型超寬及裝載量大的窯爐的高溫燒成帶,弱點明顯;再者,Al2O3瓷輥材質(zhì)與燒結制品同屬氧化物范,熱膨脹系數(shù)等性能相近,使用時坯釉料、粉塵等與瓷輥粘結嚴重,不宜清除,且清理周期短,更換瓷輥過程繁鎖。而R-SiC因其材質(zhì)的優(yōu)勢,在整個使用溫度下無荷重軟化點,高溫變形極小,且粘結也易于清除。因此,R-SiC是輥道窯高溫帶輥棒的理想選擇。目前,R-SiC輥棒已在邯鄲、焦作、佛山、江蘇、東莞等地企業(yè)的生產(chǎn)陶瓷制品的輥道窯中推廣應用,達到理想的使用效果。

 

 

 

碳化硅具有傳統(tǒng)耐火窯具不可比擬的優(yōu)越性:高溫強度大,自重輕,不變形,不落臟,導熱好蓄熱小,壽命長。適合于各種高溫工業(yè)爐窯尤其是跨度大、承重高的爐窯中做耐火窯具。

 

R-SiC輥棒、方梁、棚板等窯具制品經(jīng)多家用戶使用證明,可提高裝填效率70%左右,節(jié)約能源50-60%。其技術指標達到九十年代國際同類產(chǎn)品先進水平,產(chǎn)品規(guī)格尺寸、使用溫度及壽命等指標均居國內(nèi)領先。

 

鄭州錦榮耐磨材料有限公司技術部