碳化硅的物理化学性能与铸造业领域的发展应用概要

碳化硅的物理化学性能与它在铸造业领域的应用
大连理工大学周继扬
1．碳化硅与铸造联系的渊源
碳化硅（SiC）这种人造矿石，在1891年前由美国人艾奇逊在电熔金刚石实验时，偶尔发现一种硅、碳化合物，误认为是金刚石的混合体，故取名金刚砂，两年后研究出来了工业冶炼碳化硅的方法，即艾奇逊炉。

自投入工业性生产以来，因其优异性能，它的应用领域逐步扩大。

例如：磨削材料；半导体材料及元器件；电阻发热体；
电阻元器件；冶金、铸造工业中用于炼钢的精炼剂、脱氧剂、熔化铁液的增Si、增C剂；等等，不少产品自今仍在生产使用；高要求的耐火材料。

以SiC在耐火材料上的发展为例；高尖端航空、航天、下海产品；国外于19世纪初已有含SiC的耐火制品在高炉上使用。

我国的SiC耐火材料是上世纪50年代由葫芦岛锌厂1891年首先研制并生产使用的。

60~70年代，发展缓慢。

80年代初的调查，我国当时SiC年产不到3万吨。

用于耐火材料只占10%左右，也只用到冶金行业。

80年代末，SiC年产量达八、九万吨。

那时的冶金行业使用新技术远比铸造业早，涉及范围宽，对SiC的性质认识也更深刻。

随着技术的进步，铸造生产对技术要求越来越高，此刻，从冶金向铸造转移技术或借鉴冶金行业的好经验也是十分自然，犹如水到渠成的事。

今天，SiC作为炼钢脱氧剂的广告已出现在近期国内一些铸造杂志上，说明铸造也在进步。

1．1 C、Si与SiC一同伴随我国铸造业发展小史
国外的铸造工作者在上世纪二十年代，已有少数铸造界的先驱，
在他们的工作中接触到了碳－硅这两种元素混合在一起作孕育剂使用的情况。

如早期出现的C、Si系类孕育剂的提出与使用就是在上世纪二十年代发生的。

（1）1922年，美国人Crosby用石墨和硅铁混合在一起加入浇包作孕育处理，经反复摸索，终于使处理后的铸铁石墨形态均匀，近似今天的A型石墨、珠光体基体、机械性能好过其他方法。

这就是现今被划分为碳硅系类孕育剂的原始[1]。

碳－硅系孕育剂是晶体石墨与硅钙（或硅铁）等合金的颗粒状混合物。

其中的晶体石墨在铁液中起到外来核心作用，并延缓衰退。

进一步提高核心数量，是抑制白口化能力最强、抗衰退能力也不错的孕育剂。

（2）英国Foseco公司在50年代的产品中的Inoculin 10号孕育剂是典型的C-Si系孕育剂，成分中含有石墨47~53%，Si30~35%，Al<0.7%，Ca0.6~0.8%，Mn2%，Zr1.6~2%。

推荐用于消除薄壁灰口件C E =3.9的白口组织，加入量是0.05~0.2%，而英国本身则制定一种含Al=0.7%，铝量偏低的优质C-Si系孕育剂。

（3）我国过去生产过TG-1型化学成分为30~38%C，33~40%Si，4~6%Ca，<1%Al。

在C-Si系的孕育剂中，往往还含有Sr、Ba、Zr。

这种C、Si系孕育剂的缺点有：熔化温度（或溶解温度）高，不易被铁液吸收。

解决办法：处理温度要高，处理后在1400℃以上浇注；孕育剂以细粒度为宜。

采用包内孕育，在出铁槽均匀加入，加入量0.3%、吸收率0.1%左右。

这种碳-硅系混合物孕育剂主要用在高强度铸件，如机床床身，内燃机缸体、缸盖，耐压致密铸件。

经查证，上述三种孕育剂中的C、Si元素也仍分别来源于结晶石墨与硅铁75，并非合成过的SiC。

1941年美国Eash发表了“孕育对灰铸铁凝固的影响”一文，首次提出加硅铁到铁液之后，可产生一个富Si微区。

在这区域中，碳的活度高，有助于石墨成核。

但也没有发现SiC在过渡微区出现在Fe-Si 孕育剂四周。

上世纪60年代初，当时冶金行业正利用SiC的高温稳定性、高导热性、低膨胀性优良的特点，生产高档含SiC的耐火材料。

如美国早在70年代末，其冶金用途已占SiC总量60%以上。

而70年代末，以世界水平而言，铸造与冶金比，差距还相当大，各种炉子用的耐火材料仍以普通粘土砖或硅砖、高铝砖为主。

SiC这种材料在铸造领域一直受到冷遇，或没被重视。

世界如此，在中国也是这样。

1981年，在保加利亚召开的48届国际铸造年会上[2]，我国赴瑞典访问工程师王春琪[1]教授将他在瑞典皇家工学院教授、冶金系铸工教研室主任Fredriksson指导下完成的“论铁水孕育机理”论文向大会做了报告。

他们发现当FeSi加入铁液中，在FeSi颗粒四周形成了碳化硅晶体，这个新生成相存在时间短，当FeSi完全熔化后，也随之消失。

但遗留下来的高硅区（高C、高Si）却能维持相当长时间。

碳、硅的浓度不均，以及碳的高活度区的存在，为石墨的成核提供了一个必需条件。

他们在实验中定量、定性地检查到FeSi四周SiC晶体的存在。

说明SiC晶体在铸铁孕育机制方面是一个重要影响因素。

虽然这一观点形成不了关键效应。

不过对从事铸铁研究工作的同行，一定会加强对SiC重要性的认识。

德国人T.Benecke（特·边耐克）在他的“在铸铁熔液里SiC的预处理效果及溶解特性”一文中，对此做了充分的肯定：“在铁液中SiC的溶解阶段是石墨析出前必经的中间过程”[3]。

同时持这种看法的其他人的论文发表在1965年，1966
年。

虽然发表时间早些，不过他们没有试验结果证明SiC的存在，缺少说服力。

关于SiC作为铁液预处理剂，乃至孕育剂，值得重笔一书的是，那位德国人T.Benecke，以及世界铸铁冶金学、无机物化学博士（资深专家）时任维也纳大学董事会董事B.Lux教授[4]。

T.Benecke是德国慕尼黑电冶炼工厂Kempetem股份有限责任公司首席官,工学博士。

长期从事SiC材料特性、工业应用工作,发表多篇相关论文,称得上此领域专家。

早年在B.Lux教授指导下攻读博士学位，论文内容为SiC的预处理机制的研究[4、5、6]。

我国最早在上世纪八十年代冶金、铸造领域接触SiC是在感应电炉熔化铸铁液时，将它作为增C、增Si材料使用的。

2 SiC的人工合成
碳化硅是人造合成原料，在自然界中极少见到，只在陨石中有少量发现。

2.1 SiC合成用的主要原料
合成碳化硅的主要原料是纯净的硅石（SiO2 > 98.5%）和焦炭、无烟煤等碳素材料。

由于冶金焦中的灰分一般都较高（8~12%），用之甚少，而多用石油沥青焦（灰分0.2~1.2%）挥发分小于12%和煤沥青焦（灰分0.3~0.6%），有的也用低灰分无烟煤（灰分1.7~4.5%），石油焦的粒度2mm或1.5mm以下。

除了上述原料以外，还需加入木屑和少量食盐（NaCl）。

2.2 SiC合成的基本化学反应
碳化硅的合成首先是将上述原料粉碎，按理论重量比（Si70.03%；C29.97%）配料，并混入木屑（木屑是为了调整炉料透气性，便于
CO排出）和少量食盐组成混合料。

然后，利用电阻炉在2000~2500℃下合成碳化硅，其基本反应式如下：
SiO2 + 3C = SiC + 2CO↑－470.4kJ （1）上述SiC化的过程大致在1500℃开始先形成β-SiC，在2100℃β-SiC向α-SiC转化，到2400℃转化结束。

在实际生产中一般控制在2000~2500℃之间。

上述反应是通过气相进行的，即
第一步：SiO2 + 2C = Si（气）+ 2CO↑
第二步：SiO（气）+ C = Si（气）+ CO （2）
第三步：Si（气）+ C = SiC （3）在SiC形成过程中，其中一些杂质也在与NaCl作用后形成氯化物而气化，其中的Na2O也随之气化，并皆沿木屑碳化形成的通道逸出。

如
Al2O3 + 6NaCl =2AlCl
↑+ 3Na2O （4）
3
Fe2O3 + 6NaCl =2FeCl
↑+ 3Na2O （5）
3
纯净的SiC是无色透明的，但实际上多为黑色和绿色的，其中黑色的含铁、铝、硼、碳等杂质较多；绿色的杂质少、质较纯，但掺杂有氮和磷等元素。

2.3 SiC的晶体结构与状态图
SiC是一种具有一定的点阵结构，它并不是组元结构相同的中间相。

同时，是服从原子价规律的正常的化合物，
其原子价之间的关系符合化学化合物的规律。

第
图１黑圈是Ｓｉ白圈Ｃ
4族中的C、Si、Ge、Sn都属于之。

它们这种正
常价化合物具有和离
子化合物相对应的结构AB型（即NaCl结构，闪锌矿ZnS结构），每原子具有4个邻原子（见图１）。

如晶胞由同类（全部由Ｃ原子组成）则成为金刚石结构（见图２）。

2.4 SiC的物化性能：
真密度：3.10~3.22g/cm3
莫氏硬度：9.5~9.75
线膨胀系数：4.4~4.7×10-6℃（25~1400℃）
导热系数：65w/(m·K)（500℃）
42w/(m·K)（875℃）
碳化硅多为 -SiC，它的热传导能力最高（比铜和银高4倍）。

碳化硅与各种化学物质的反应见下表。

表1 SiC与其它物质的反应
化学物质处理条件反应情况
加热温度无作用
O21000℃加热不变化
空气1000~1500℃加热稍氧化
空气1350~1500℃在表面形成熔融的SO2
膜
空气1500~1600℃因熔融SO2膜覆盖，氧
3 SiC 的冶金物化性能[3.4.5]
3.1 SiC 的溶解性能
从Si 、C 状态图中，了解到SiC 是不熔解的。

在正常的压力（1个大气压）下它是不熔化的。

在2760℃时，就直接分解成气态Si ，它只能在铁液中逐渐的溶解。

从图看出SiC 是Si-C 二元系中唯
一的化合物，（图中显示SiC 的是一条
直线）。

SiC 状态图是Si-C 二元系状态图
的靠Si 元素这端。

在图中含SiC50%,
附近有一条垂直纵坐标的直线，它代
表SiC 是一个化合物，在1410℃时，
为固体+SiC;当多于2630℃直接从
SiC 形成的特点，是不通过液相，其过程如下：① 约从1700℃开始，硅质原料的沙粒成熔体，进而变成蒸气（白烟）；②SiC 熔体和蒸气钻进碳质材料的气孔，渗入硅的颗粒发生生长SiC 的反应；；③温度
到1700℃—1900℃生成β—SiC; ④温度进一步升到1900—2000℃细小的β—SiC转变为α—SiC，α—SiC晶粒逐渐长大和密实；⑤炉温再升至2500℃左右，SiC开始分解变为硅蒸气和石墨。

近来，欧洲乃至世界使用废硅的旧铸件作铸铁炉料的趋势在明显下降，而废钢的使用却在逐年增多。

生铁的作用也在不断减少。

与增长的废钢消耗相对应的是需要提高增Si与渗碳材料的供应。

SiC正好能满足这两方面的要求。

其增碳效果十分显著。

它们的添加量由增Si量确定。

添加两份Si，大约可带入一份碳。

试验发现：SiC在冲天炉内的增碳量与废钢料的用量有关。

图4 表示碳化硅在铁液中的溶解速度与温度、熔池运动、C的过饱和度的关系。

正如大家所认识的那样，这些参数都表现出极明显又典型的影响[6、7]。

图5指出SiC在Fe-Si或在Fe-C熔液内的溶解速度与Si、C浓度的关系。

溶解速度均随其在铁液中的浓度增高而减低。

两种元素进行对比的话，碳在铁液中的含量对溶解速度的影响要比硅量带来的影响大[6]。

用感应电炉熔化时，起初是尽可能的限制SiC的使用，允许SiC 少量作炉料应用，到后来尽可能限制用废钢加料。

现在变成特别喜欢使用，之所以发生如此大的转化，不仅是SiC的溶解速度，而且还有另一个优点，是在于它对废钢、生铁，以及废旧铸件的良好脱氧效果。

图6表示SiC的溶解时间与粒度的关系，溶解时间随着颗粒直径的增大而减少，溶解速度增加，这个结论与通常习惯看法不同，是可以理解的。

考虑到每个SiC颗粒（处在微米级的大小范围），它的表皮是被反应产物SiO2包住了，SiO2阻碍了SiC继续与铁液接触，这时一粒大粒度核心的溶解速度要比几颗小直径颗粒的要快。

3.2 SiC的耐高温性能
在SiC表层所形成的SiO2膜，对抵抗含氧气体具有特殊的意义。

从图7得知，氧化表层膜的生长很缓慢。

在1500℃纯氧下，一颗粒度为63µm的SiC 9小时后仅有6%SiC受到氧化，可见，毫无疑义只是表层遭受到氧化。

根据它所固有的抗氧化性，碳化硅无论抵制冲天炉中的氧化炉气，还是在电炉中溶解时，都经得住空气的侵蚀。

在一个大熔池中，大表面积的熔池容易被烧损，SiC颗粒实际上受到气相烧损相对要少。

3.3 SiC的脱氧性
SiC与液渣相或液态金属中的氧相互反应，强烈地释放出大量燃烧热，因为形成的SiO2在这种情况下迅速逸出，加强了反应的动力学条件，这种特性对脱氧过程是很有帮助的。

——SiC所含的Si与C都存在有被氧化的潜在能力，当温度一样时两者的这种潜能近似相同，因而SiC不仅对冷风冲天炉，而且对热风冲天炉也是一种优良的脱氧剂。

SiC的脱氧作用在感应炉中，Si SiC、C SiC则由废钢加入量与其品
质决定，处于85%和大于95%之间。

对于冲天炉，其意义较小，脱氧效果就只能概括表述。

熔炼工艺（包括冷风、二次空气的使用、富氧、热风、酸性、碱性、无炉衬）以及在熔化过程临时采取的改变因素都会形成重要的影响。

曾提到过，炉渣脱硫能力与SiC的去氧作用是相互彼此关联的。

炉衬寿命的长短与金属炉料受氧化程度（废钢中形成的锈蚀）、炉料带入的低熔点化合物的影响有关。

由于炉料中SiC还原金属氧化物的能力强，因此，可大大改善不良条件引起的负面干扰。

SiC的脱氧作用超过FeSi。

因为用FeSi脱氧时，按下式进行，又重新形成了氧化物SiO2、FeO，增加了铁液中的含氧量。

2FeSi + 3O2 =2 SiO2 + 2 FeO
如果用SiC进行脱氧，则反应式为：
对于铁液中的[FeO]：3[FeO] + SiC = 3[Fe] + (SiO2) + CO + Q
对于渣中[FeO]：（FeO）+ SiC = [Fe] + [Si] + CO + Q
由于按下式反应，渣中的氧化铁，由5~15%降到0.5%或更低。

如此巨烈的改变炉渣、液态金属以及炉衬的反应特性，提高了S在渣中的分配系数，从0.5~2.5到4.0~17.5，从而降低金属中含S量到0.035~0.045%，同时减少渣的数量。

除Si之外，还降低铁液中气体含量。

因为从式中看出，CO释放可带出其它气体。

3.4 冶金SiC的纯度
表2给出冶金SiC的化学成分，并第一次公布了其中的痕迹元素的含量。

由于废钢炉料的比例日益增多，铁液被污染的机会随之不断增加，污染物含量也极不稳定，时高时低，所以冶金SiC的纯度大小就变得很有意义。

因为，通过调整SiC的用量就可降低其它炉料伴随
的有害元素的水平。

表３冶金SiC的化学成分（重量%）[1]
冶金SiC作为硅的携带者，首先是以含铝量低为特点，从表2看到，仅含自由铝0.2%，即指存在于SiC晶格内含嵌入有约0.2%溶解Al晶格，以及附加约0.2% Al附着在矾土上，有如SiO2在纯渣相中那样。

表４硅铁、冶金SiC中Al的含量对比
与此相反，硅铁含Al量2%或更多。

含Al低的硅铁价格较贵。

Al是生成皮下气孔的原因。

氢来源于型腔中的水份，此外，潮湿的炉料或严重锈蚀的金属料也都有可能与Al反应，促进皮下气孔的增多。

在生产球铁时，铁液中的Al还会引起球墨产生畸变。

3.5 人工氧化SiC
关于SiO 2膜层对延迟溶解过程的证明，最好的办法是向SiC 中加入少量的碱性物质，形成低熔点的碱性硅酸块，观察冶金碳化硅的加速溶解状况。

当铁液温度不高时，SiO 2在铁液中是稳定的，铁液的温度升高到一定后铁液中的碳会与SiC 表层生成的SiO 2发生还原反应，由于在SiC 颗粒附近存在高浓度的2
SiO Si 这种还原反
应受到阻碍。

高的SiO 2适应于低含量的SiC ，低的SiC 含量则表现较好的预处理效果，为了适应SiO 2
阻碍层的影响，对溶解特性或者孕育处理效果的影响，在添加到溶液之前，人为地对纯SiC 98进行氧化处理。

处理之后，SiC98 oxid 溶解速度显著降低，降到和SiC 84的溶解速度很接近。

（图８）对比后得出，石墨分布状态、共晶过冷度以及共晶数的变化反映出溶解速度的变化，在作用效果方面，SiC 98和SiC 84
很
接近。

根据某些激冷试验结果与保持时间（10、60、120分钟）的关系指出SiC 98oxid 、SiC 98、FeSi 对灰口凝固的影响（见表6）。

这批数据证明，SiO 2壳层对SiC 颗粒溶解动力学的重要影响。

可以说，SiC 起到了长效孕育功能的Si 源作用。

SiC 的溶解不是放热反应，而是个吸热反应（局部位置的温度下降，肯定会大于测出的熔池下降温度（图9）。

因而，当围墙内SiC “贮藏”的热量与墙外溶液之间的扩散平衡进行缓慢时，石墨还能继续稳定存在较长的一段时间，即延缓了该石墨晶穿生存的寿命，减少了衰退。

图９ 在添加SiC 和FeSi 时的温度效应 图10 SiC 的控制
图10示出，未经人工氧化处理过的SiC ，在表层SiO 2层均匀覆盖在SiC 颗粒表面，阻碍着SiC 向熔液析出。

经氧化处理后，形成裂缝，内部的SiC 可控的有机会经裂缝析出，达到缓慢，适时不衰的孕育成核作用。

而FeSi 在铁液中的熔化速度快，但消失浓度差的时间也快。

这是SiC 和FeSi 促进熔液中的C 析出机理上的重要差别。

从
动力学讲，在局部区域，特别是那些富Si、富C区，SiC晶体慢慢地逐渐溶解到铁液中。

又由于Si的溶解度高，C的溶解度低，客观上允许低的SiC组分的功效得以发挥。

图11 (C6)n碳族SiC、FeSi作用机制示意图图11可以看出碳族、SiC、FeSi的作用机制的差别，左下是表达FeSi装到石英管全套浸入到铁液中时的情况。

FeSi逐渐向右扩散溶解，C以石墨形式弥散进入铁液，浓度逐渐向右稀释，石英管中的FeSi含的Si元素也得从左到右、浓度从高到低，同时，如石墨管中是SiC，则SiC中的C浓度从高到低，在紧连着FeSi固体边处已有少量熔化，淡蓝色晶体是SiC。

当孕育剂基体熔化，SiC也在变大，随与孕育剂中心距离增大。

代表浓度Si、C两条线相交的那一短暂时刻，形成了液体的SiC，增加了铁液的石墨核心。

进入了图右箭头所示，C分子的微观集团数增加。

溶液内部状况按图右粗箭头发生，奥氏体的成核生长容易，石墨成核容易。

如果用FeSi加到铁水里面所得核心数明显减少（如图11下左）。

4 碳化硅在铸造领域的优缺点[9]
4.1 优点
（1）在常温和高温的机械强度很高。

它的荷重软化点决定于黏土结合剂的加进量。

含50%金刚砂时，开始软化温度为1450℃；SiC 为60%时—1550℃；SiC为70%时—1600℃SiC为80—990时—1750℃（2）温度急变抵抗性优良。

这是因为没有同质异像转变，膨胀系数低，而且导热性高。

（3）耐火度高，制品可以在窑炉里经受着高温作用的部位使用。

（4）对于酸性氧化物（特别是熔融二氧化矽）的抵抗性优良。

碳化硅制品的特点导热性极高；导电性亦比其他耐火材料制品较高。

这基本上决定它的使用范围。

碳化硅匣缽或隔焰炉内部与外部的温度差别仅为5℃。

4.2 碳化硅制品在性质上的缺点是；
（1）在高温时容易氧化。

（2）对于碱性炉渣，碱金属氧化物和金属等侵蚀的抵抗性差。

5 SiC成功使用范例
5.1 SiC在炼钢上的应用
历史：碳化硅是好脱氧剂，但也只是近几年的事。

现广泛使用的材料是硅化粉、碳粉、碳化钙。

近十年来，由于炼钢原材料价格猛涨，增加炼钢成本，从采伐、廉价的脱氧材料这件事才将SiC从冶金企业推出转到铸造领域。

国外，早在60年代，研究与应用。

经电炉炼钢的实际使用结果十分理想，节约了炼钢成本（1500元/t），还提高了钢水质量。

它是一种高性能复合脱氧剂，可代替价格昂贵的传统脱氧剂——硅铁粉，合拿粉，适用于普通碳钢、合金钢，特种钢冶炼过程的脱氧材料。

具有优点：
①脱氧迅速，成渣早；
②自身由两个强还原元素（C、Si）构成，所以还原气氛
浓；
③泡沫多，液面覆盖性好；
④综合价格比传统材料低；
⑤除了脱氧功能外，还有一定的增碳作用。

在需要C、Si 两个元素都不足时，SiC增脱氧剂的功效更显突出，使用更为方便。

SiC增Si同时还可增C，SiC从状态图分析当温度升高时，达2100℃~2500℃，SiC也不能只靠温度而熔化，它是一个由单质形式的碳、硅以共价键方式相互结合成SiC化合物。

5.2 SiC对钢铁熔液的精炼、净化、去渣作用
在冲天炉、电炉熔炼钢铁材料过程中，渣相成分内都存在一定数量的FeO，多则15%以上，少则百分之几，越少越好。

FeO 的存在能使渣的熔点下降，必然促使更多的渣变成液体。

那些刚刚由固态或粘的渣子感应炉的强烈搅拌下，会在熔体中“均匀化”，以极小尺寸的渣粒悬浮在液体钢铁内，数目以万计的FeO 和MnO（常称硅酸锰渣）液态数不太好排除，留在铸件内形成夹杂。

5.3 SiC在铸钢冶炼中的应用
SiC从冶金工业转入铸造的历史，最早是从钢液冶炼及耐火材料行业开始的。

因为铸造是冶金中的一部分，冶金又是铸造的基础。

小电炉与容量大的电炉，冶炼原现、使用的原辅材料的使用品种与炉子操作不存在原则区别，所以冶金厂用于电炉的冶炼钢液过程，所使用的添加料SiC很早便被“移居”铸造领域。

5.4 SiC在铸钢冶炼上的应用效果
1、脱氧期
在氧化末期，钢中含氧量大致在0.01%~0.06%，氧化渣中大约含20%FeO，没有5%的氧化渣留于炉内，平均每吨钢液中氧化渣含量为15kg，渣中氧化铁为15×20%，析合成纯氧是0.86千克/t钢水，由此得到钢和渣中总氧量0.91kg/t，反应式
SiC+3[O]=（SiO2）+CO
如使用75号碳化硅，则1吨钢需要的SiC为：
kg/t （按反应式算出的理论值）在实际使用中，还应考虑到SiC在炉内受到的烧损，随炉气透出，还应加上损耗，所以应大于1.04kg/t。

5.5 炼钢用SiC
炼钢过程添加SiC脱氧操作实例
（1）、还原期拔出大部分渣（或全部），加合金及渣料。

（2）、等到稀渣形成之后，加SiC 3~5kg/吨钢脱氧，同时关闭炉门，防止空气进入炉内影响脱氧。

（3）、待渣形成后，充分搅拌，取样分析，降低电压、电流。

（4）、化验报告出来前，向炉中加入少量SiC，保持还原气氛。

表５碳化硅含量规格
5.6碳化硅理化指标
(1) 复合SiC理化指标
SiC>84%
显气孔率<20%
体积密度2.4~2.6 克/cm3
常温耐压强度>78MPa
导热系数8-20W/mK
荷重软化点>1550℃
（2）表６氧化物SiC硅制品理化指标
6 SiC 特殊性质：超硬、耐腐蚀、耐高温
6.1、磨料很高硬度与一定的韧性
6.2、耐火材料有高熔点（分解温度）化学惰性强
6.3、化工用途可在熔融的钢水中分解，并和钢水中的游离氧、
金属氧化物反应生成CO和含Si炉渣，所以，它
可作为冶炼钢铁的净化剂，即作为炼钢的脱氧剂
和铸铁组织改良剂。

这一般使用低成本、低纯度
的碳化硅，以降低成本。

6.4、加热元件加热元件、非线性电阻元件、高温半导体材料。

7 在冲天炉各种不同的工作制度下使用的含SiC的炉衬
7.1 每日更换炉衬的（冷风、热风）冲天炉使用的耐火材料
炉衬的功能有:
（1）隔热作用减少热量从内向外传递。

提高热利用率。

（2）耐温与耐化学腐蚀。

尤其在存储铁液与炉渣的炉缸区。

除受高温交变作用外，还要承受机械冲蚀，特别在风口区域附近，炉衬衬料遭到强烈烧损。

（图１２）示出每日更换炉衬的冷风、热风冲天炉在各位置的耐火衬料品种与标准衬料。

图１２冲天炉不同部位的耐火材料选择
7.2. 长炉龄冷、热风冲天炉使用衬料
长炉龄冲天炉与每日更换炉衬的冲天炉相比，炉衬衬料必需是高质量的。

使用寿命除与衬料有关外，还与炉壳、风口的水冷效果以及炉子的合理结构有密切关系。

增加冲天炉使用寿命的技术措施1）水冷无炉衬。

2）采用耐火度高，抗磨蚀好的高品位耐火材料。

3）提高进风速度，改善炉子中心区燃烧，减少边沿的热负荷，延长炉衬寿命。

有报导，将风速提高到75m/s，可使寿命延长到一周。

无炉衬长炉龄冲天炉在整个炉身范围没有衬料，但在风口下（相同于带炉衬冲天炉）都膛砌着均匀的耐火料。

带炉衬长炉龄冲天炉则在炉气抽出口区域以及炉身上部，用含60%Al2O3的耐火混凝土喷覆，提高其抗磨蚀能力。

在炉子下部，
由于温度高，化学反应剧烈，需使用有高耐火能力的衬料。

使用
的耐火衬料大多数含有60-70% Al2O3、20%左右SiC。

（图１３）出示一座长炉龄冲天炉（有炉衬，无炉衬）各部分位置使用的耐火衬料。

5 带压力虹吸式过桥、无炉衬
6 分开出渣虹吸式过桥、有炉衬
长炉龄冲天炉长炉龄冲天炉
、
R=耐火CO热蚀性KK=有机纤57 （5 、6 是说明图的5 、6）图１３不同炉型各部位耐火材料选择
8 SiC孕育剂
8.1、SiC孕育剂在铸铁中起到的作用
(1)．SiC中的（Si）进入铁水，（C）小部分被空气中的氧氧化、其它SiC微粒进入铸件。

(2)．SiC微粒子进入铁水，凝固时起到核心基底作用，SiC越细、多，生核能力越强。

在TEM下观察，SiC颗粒与基体界面结合良好，。