前氮化硅鐵主要用作高爐出鐵口炮泥、出鐵溝等炭系耐火材料中。由于Fe-Si3N4具有熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性好及不易被熔渣滲透等特點(diǎn)，也被用于合成復(fù)合材料、鎂質(zhì)澆注料、不燒無鉻耐火材料等。

       氮化硅鐵

       1、在Al2O3-SiC-C系耐火材料中的應(yīng)用

       1.1在Al2O3-SiC-C質(zhì)炮泥中的應(yīng)用

       試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用表明：氮化硅鐵不僅可以改善炮泥的物理性能、高溫強(qiáng)度，而且對(duì)炮泥的開口性能、抗侵蝕沖刷性能等應(yīng)用性能的提高具有很好的效果。近年來，全國(guó)重點(diǎn)大型鋼鐵企業(yè)2000m3以上高爐堵鐵口炮泥基本上都使用氮化硅鐵。添加氮化硅鐵的炮泥很好地滿足了大型高爐的需要，使高爐出鐵次數(shù)由18次普遍降低到12次，可降到6次。炮泥的消耗量由每噸鐵1.2kg降低到0.5kg。

       但是氮化硅鐵在炮泥中的添加達(dá)到一定量以后，炮泥的綜合性能提高不明顯，因此，應(yīng)控制好氮化硅鐵加入量。有研究認(rèn)為，氮化硅鐵加入量控制在10%~20%(w)時(shí)，炮泥綜合性能好。

       關(guān)于氮化硅鐵在高爐炮泥中作用機(jī)制的研究有不少報(bào)道。文獻(xiàn)中對(duì)氮化硅鐵在高爐出鐵口用炮泥料中的性狀進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在1250℃開始放出隊(duì)；1300℃以上時(shí)，鐵常常發(fā)生硅鐵化；1400~1500℃時(shí)反應(yīng)劇烈，放出大量氣體，基質(zhì)中生成了SiC和AlN。分析認(rèn)為，氮化硅鐵在炮泥中發(fā)生的反應(yīng)如下：

       9Fe+Si3N4→3Fe3Si+2N2，(1)

       3Fe+Si3N4+2C→Fe3Si+2SiC+2N2，(2)

       9Fe+Si3N4+Al2O3+3C→2AlN+3Fe3Si+3CO+N2。(3)

       可見，在炮泥中加入氮化硅鐵，高溫下在基質(zhì)中生成SiC和AlN，增強(qiáng)了基質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生大量氣體，可以提高炮泥的氣孔率，改善炮泥的開口性能和透氣性能，產(chǎn)生的氣體可以減少與鐵水接觸界面的摩擦，防止?fàn)t渣侵蝕。

       氮化硅鐵-碳體系中高溫下主要發(fā)生氮化硅向碳化硅的轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e對(duì)Si3N4向SiC轉(zhuǎn)化具有明顯的促進(jìn)作用，是由于SiC-C復(fù)相材料的形成而強(qiáng)化了高爐炮泥的強(qiáng)度及抗熔渣侵蝕性能，使用性能大大提高。研究認(rèn)為，高溫下Si3N4同金屬Fe反應(yīng)生成的Fe3Si增加液相量，不僅促進(jìn)燒結(jié)，而且促進(jìn)α-Si3N4向β-Si3N4轉(zhuǎn)變，形成長(zhǎng)柱狀晶粒；另外，Si3N4同C反應(yīng)生成SiC，大量Si3N4和SiC彼此交叉構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了炮泥的高溫強(qiáng)度。然而，徐國(guó)濤等則認(rèn)為1300℃以上，氮化硅鐵并不一定發(fā)生硅鐵化，其認(rèn)為氮化硅鐵首先分解為氮化硅與Fe，F(xiàn)e容易氧化形成硅鐵的氧化物固溶體，而分解的氮化硅也可能發(fā)生氧化生成氮氧化合物，產(chǎn)生N2，可以避免炭素被氧化，也可促進(jìn)燒結(jié)過程中生成微小氣孔，有利于改善炮泥的透氣性能和開口性能。

       1.2在Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝料中的應(yīng)用

       將少量Fe-Si3N4加入到Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝料中，可改善材料的抗氧化性，提高材料的高溫強(qiáng)度，因而極大地提高了高爐出鐵溝的通鐵量。研究發(fā)現(xiàn)，氮化硅鐵可以顯著改善Al2O3-SiC-C質(zhì)出鐵溝澆注料的抗氧化性，而且隨著氮化硅鐵加入量的增加，抗氧化能力增強(qiáng)。其抗氧化機(jī)制為：在高溫氧化氣氛下，表面氮化硅鐵中的Si3N4首先氧化生成SiO2，構(gòu)成氧化層的主體；隨著鐵相材料的氧化，形成的氧化鐵不但降低了氧化層的熔點(diǎn)，而且降低了熔體的黏度，增進(jìn)熔體在材料表面上的潤(rùn)濕性及流動(dòng)性，形成覆蓋于材料表面的氧化層而阻止炭素氧化，使其具有比純Si3N4更好的抗氧化性能。但是加入氮化硅鐵，會(huì)使?jié)沧⒘系募铀吭黾?，常溫性能指?biāo)有所降低，因此要控制氮化硅鐵的加入量，以保證具有足夠的施工性能和脫模強(qiáng)度。

       鐵溝料

       1.3在Al2O3-SiC-C磚中的應(yīng)用

       研究表明，在魚雷車用Al2O3-SiC-C磚中加入氮化硅鐵，提高了高溫抗折強(qiáng)度，原因是加入氮化硅鐵后，在高溫下生成S2N2O，且隨著氮化硅鐵加入量的增多，Si2N20增多，高溫抗折強(qiáng)度增大。

       2、Fe-Si3N4-SiC復(fù)合材料

       Si3N4-SiC材料具有良好的理化性能和高溫性能，廣泛用于高爐、鋁電解槽等高溫領(lǐng)域，具有很好的使用效果。與純氮化硅相比，氮化硅鐵具有更好的燒結(jié)性，可用作高溫結(jié)合相。以質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為90%和10%的工業(yè)SiC和硅鐵粉為原料，外加2%(w)的黃糊精，經(jīng)1380℃5h氮化燒成制備出Fe-Si3N4結(jié)合SiC復(fù)合材料，生成的物相除巧為、SiO2外，還含有少量硅鐵(FeSi)和單質(zhì)Fe。

       以質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12%和88%的FeSi粉和SiC為主要原料，通過直接氮化反應(yīng)燒結(jié)，成功制備出Fe-Si3N4-SiC復(fù)合材料，其主要物相為SiC、α-Si3N4、β-Si3N4和Fe3Si，硅鐵金屬間化合物均呈直徑小于10μm的類球狀，均勻分布的硅鐵金屬間化合物可以作為金屬塑性相。合成的Fe-Si3N4-SiC制品的常溫耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度均優(yōu)于Si3N4-SiC材料。Fe-Si3N4-SiC復(fù)合材料不僅含有高溫增強(qiáng)相SiC和氮化硅，還含有金屬塑性相(Fe、FeSi或Fe3Si)，可改善材料的抗熱震性，該材料有望在高溫領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

       3、在其他耐火材料中的應(yīng)用

       氮化硅鐵含有氮化硅和Fe相，具有高溫性能好，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性好以及不被熔渣滲透等一系列優(yōu)異性能，也已被用到其他耐火材料中。利用氮化硅鐵含有高溫增強(qiáng)相氮化硅和金屬塑性相Fe，以剛玉、尖晶石為原料，將氮化硅鐵以細(xì)粉形式添加，根據(jù)過渡塑性理論制備出低成本的抗氧化、抗侵蝕性好的無鉻不燒耐火材料。該耐火材料具有優(yōu)良的物理性能，良好的抗氧化性和鋼水侵蝕性，可用來代替鎂鉻磚用于RH精煉爐。

       將一定量的氮化硅鐵引入到鎂質(zhì)澆注料中，改善了鎂質(zhì)澆注料的中高溫處理后的強(qiáng)度以及熱態(tài)抗折強(qiáng)度，其認(rèn)為這是因?yàn)榈梃F在加熱過程能部分氧化成SiO2，進(jìn)而形成纖維狀的鎂橄欖石，增大強(qiáng)度；鐵相物質(zhì)能和方鎂石固溶，促進(jìn)燒結(jié)。將氮化硅鐵引入到高鋁質(zhì)澆注料中制備高熱震性和抗侵蝕性好的高鋁澆注料，期望可以代替用于與鋁液接觸的部位(要求具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的抗熱震性)的高鋁磚。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入氮化硅鐵后，干燥和燒后材料的顯氣孔率降低，體積密度、強(qiáng)度增大，雖然熔渣對(duì)試樣的滲透增大，但是熔渣對(duì)試樣的侵蝕減輕。