冶金业标准《氮化硅铁》行业标准编制说明.docx
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冶金业标准《氮化硅铁》行业标准编制说明
《氮化硅铁》行业标准（送审稿）
编制说明
2008年9月
《氮化硅铁》行业标准编制说明
一、任务来源
根据国家发展和改革委员会发改办工业〔2007〕1415号文和中国钢铁工业协会钢协〔2007〕127号文的要求，由武汉钢铁（集团）公司、宁夏中宏氮化制品有限公司和冶金工业信息标准研究院负责制定《氮化硅铁》行业标准。
二、工作过程
在接到该标准制订任务后，我们成立了《氮化硅铁》标准制订订工作小组，制定了工作计划，立即进行资料的查阅和到宁夏荣盛铁合金集团有限公司等五家氮化硅铁生产厂家进行调查研究，并收集使用单位的意见。
1．项目的提出
1．1氮化硅铁的定义
氮化硅铁是以Si3N4为主要成分，伴随游离铁，未氮化硅铁及少量其它成分的混合物。
耐火用商品氮化硅铁是一种灰白色（或茶褐色）的粉末状物，炼钢用氮化硅铁是灰白色粒状物。
1．2氮化硅铁用途
粉状氮化硅铁主要用于大高炉的堵口炮泥中，少量用于铁沟料或其它不定形耐火材料中。
粒状氮化硅铁主要用于取向硅钢或其它采用氮化物提高强度的钢种（如HRB400钢筋）。
1．3国内外使用情况
氮化硅铁在发达国家的高炉炮泥中得到普遍应用，使炮泥开堵性能得到了明显改善，满足高炉出铁的需要，成为现代化大高炉炮泥不可缺少的成分。
另外在铁沟料中加入少量氮化硅铁极大地提高铁沟的通铁量。
日本在上世纪70年代开始使用氮化硅铁[1]。
国内应用氮化硅铁时间较短，宝钢于1994年首先在炮泥中添加氮化硅，使炮泥性能得到改善满足了宝钢炼铁的需要。
国内其它钢厂基本上都在使用氮化硅铁，因为氮化硅铁的销售价格大约为氮化硅销售价格的一半，另外在使用性能上两者基本接近。
近3年来，全国重点大型钢铁企业2000M3以上高炉堵口炮泥基本上都使用氮化硅铁。
添加氮化硅铁的炮泥很好地满足了大型高炉的需要，使高炉出铁次数由18次普遍降低到12次，最低的降到6次。
炮泥的消耗量由1.2kg/吨铁降低到0.5kg/吨铁。
在炼钢方面，粒状氮化硅铁最初应用于取向硅钢生产,它能比较稳定的为钢水补充一定量的氮。
国内使用氮化硅铁量一年达数百吨。
冶炼技术的进步使我国高强度微合金化钢生产得到快速发展。
钢的强化微合金化元素主要有钒、铌、钛。
经计算比较和生产实际应用，生产HRB400钢筋采用FeV50+FeSi3N4微合金化方案，合金化成本比单一采用FeV50吨钢成本降低127.61元，比采用VN12微合金化吨钢成本降低44.21元。
如果该技术得到普及，将对生产建筑钢材的生产企业降本增效意义重大。
氮化硅铁作为廉价的提供氮源的合金，未来在其它钢种上的应用前景良好。
1．4标准编制的必要性
综上所述为了尽快普及氮化硅铁在国内的应用，为我国钢铁工业的更快更好发展助力，为了规范氮化硅铁交易双方的贸易行为，同时也为了促进国内生产商的良好竞争，为国内外用户提供优质价廉的产品，制定氮化硅铁产品标准势在必行。
1．5项目制定单位基本情况
武汉钢铁集团公司是国内目前最大的骨干钢铁生产商之一，是国内电工硅钢的主要生产商，是高牌号取向硅钢的唯一生产商。
武钢从上世纪70年代开始生产高牌号取向硅钢，当时生产所需的氮化硅铁从日本进口（东洋电化工业株式会社或揖斐电株式会社），到上世纪80年代由我国吉林铁合金厂提供生产所需氮化硅铁，经实测氮化硅铁的氮含量为25%左右。
当时，年使用量不超过10吨。
到2002年由宁夏中宏氮化制品有限公司提供氮化硅铁，供应产品实物氮含量大于30%，且很好地满足了武钢的生产需求，使用量逐年增加。
2007年随着武钢炼铁高炉的更新改造，传统炮泥已不能满足武钢炼铁的需要，宁夏中宏氮化制品有限公司和武钢炼铁厂、武钢耐火材料公司合作，开发出新一代添加氮化硅铁的高强度新型炮泥，很好地解决了高炉堵口问题。
炮泥质量发生了质的变化。
宁夏中宏氮化制品有限公司是专业生产硅系列氮化物的专业厂家，公司1999年开始研发氮化硅铁，积极推广应用氮化硅铁，除满足国内市场需求外，部分产品出口日本、欧洲、美国。
经过近10年的发展，目前已具备了年产3500吨的生产能力。
公司在没有国家标准的情况下，严格按照国外用户的购货标准组织生产，产品质量稳定，受到了国内外客户的广泛赞誉。
2．标准制定
2．1耐火材料用氮化硅铁现有标准
A、日本各商社采购通用标准
化学成分（%）
成分
Si
Al
Ca
Fe
N
规格
48-52
≤2.5
-
11-14
≥28
日本两家生产商生产标准
IBIDENCO.,LTD;TOYODENKAKOGYOCO.,LT
化学成分（%）
成分
Si3N4
Si
N
Fe
Al
Ca
C
Cr
规格
72-80
49-52
29-32
11-14
≤1.8
≤0.9
≤1.0
≤0.8
B、美国公司采购标准
化学成分（%）
成分
Si
N
Fe
规格
48-53
30-32
12-17
C、法国PEMAbrasifs-Refractaires氮化硅铁技术指标[2]
化学成分
N2
O2
Si
Fe
Al
Ca
Nitrosil20
23
5.8
54.0
14.7
2.50
0.1
物理性能
比表面积/m2/g
1000℃导热系数
/W/m.k
0-500℃膨胀系数
/×10K-1
1000℃时比热
/J/g℃
Nitrosil20
1.53
2-4
3.30
0.382
D、北京联合荣大工程材料有限公司产品标准[3]
牌号
化学成分%
真比重
色泽
耐火度/℃
Si3N4
Si
N
Fe
NF-A
75-80
48-51
30-32
10-17
≥3.60
灰色
≥1700
NF-B
70-75
45-50
27-30
10-17
≥3.60
茶色
≥1700
E、宁夏中宏氮化制品有限公司产品标准
普通氮化硅铁化学成分（%）
成分
Si3N4
TSi
TN
Fe
Al
Ca
H2O
规格
75-80
49-51
30-32
13-15
不大于
1.5
1.0
0.1
稳定化氮化硅铁粉的化学成分（%）
成分
Si3N4
TSi
TN
Fe
Al
Ca
H2O
不大于
规格
68-75
45-48
27-30
11-14
1.5
1.0
0.1
2．2耐火用标准制定说明
2．2．1氮化硅铁的晶相
氮化硅铁的主要相是Si3N4，它有α和β两种晶型，均为六方晶，区别在于两种相的晶格参数不同。
α相a=7.752Åc=5.620Å，β相a=7.608Å，c=2.911Å。
用户对产品要求有两种：
β相≥90%或α≥90%。
制定标准时不做规定。
供需双方在签订合同时具体约定。
2．2．2氮化硅铁的粒度
大多数客户要求氮化硅铁粉的粒度为200目（45μ）通过率大于90%；少数客户要求氮化硅铁粉的粒度为325目（75μ）通过率大于90%；极少数客户要求较粗的产品。
2．2．3氮化硅铁的基本成分
A、国内硅铁供货实物水平。
国内硅铁供需双方订货的依据是GB2272-1987。
常规供货有两个品种：
72号硅铁硅含量72%≥Si＜75%；75号硅铁硅含量75%≥Si＜80%。
杂质铝含量≤2%，钙含量≤1.5%，锰含量≤0.5%，铬含量≤0.5%，对用于耐火材料的硅铁，磷、硫、碳一般不做要求。
B、选用不同原料生产氮化硅铁的实物水平。
选用72号硅铁生产氮化硅铁一般能达到NPFeSiN-B的水平，该指标的产品也是国际国内要求产品的基本指标。
选用75号硅铁生产氮化硅铁一般能达到NPFeSiN-A的水平，是氮化硅铁的较高指标，也是国内外客户采购量最大的品种。
C、氮化硅铁中杂质
氮化硅铁生产方法不同，除原料硅铁自身的杂质含量外，生产过程加入不同的结合剂，必然带入不同的杂质。
常用的结合剂为焦油，用焦油作结合剂时，残留碳和硫较高。
因此日本公司标准中规定氮化硅铁中碳含量<1.0%。
国内生产商在生产供耐火用氮化硅铁时适当控制，在起草标准时未做规定,一般不影响使用。
用其它结合剂时，带入杂质总量一般控制在1%以内。
氮化硅铁生产过程以硅铁为计量原始重量，生产出含氮30%合格产品总增重50%（即：
30%氮+2.5%氧+1%结合剂残留）。
计算铝、钙含量分别为1.33%，1%。
标准中铝钙上限给出值为1.5%和1%。
氮化硅铁生产过程为高温过程，本身不含水份。
在成品加工过程中，合格产品必须密封包装防止大气中水份吸附，尤其在我国南方更应该做好。
因为氮化硅铁粉一般用于非水结合的耐火材料中。
标准规定H2O<0.1%。
2.3炼钢用氮化硅铁现有标准
A、川崎制铁硅钢用氮化硅铁
化学成分（%）
成分
Si3N4
TSi
TN
Fe
HS
规格
75-80
47-51
30-33
13-15
0.3以下
粒度
粒度
3-5mm
3-10mm
10-50mm
规格
90%min
90%min
90%min
B、美国AKSTEEL炼钢用氮化硅铁
化学成分（%）
成分
Si
TN
Fe
P
S
Ca
Al
C
Cr
规格
49-51
30-32
13-15
≤0.05
≤0.05
≤0.5
≤0.5
≤0.1
≤0.3
C、武钢硅钢用氮化硅铁Q/WG（LY）10-2005
牌号
化学成分，%
Si
C
P
S
Cr
Al
N
FeSiN
49-51
≤0.35
≤0.04
≤0.020
≤0.30
≤1.0
一级
>31-35
二级
>28-31
粒度
5-20mm
允许波动，＞20-25mm≤5%
＜5mm≤5%
D、宁夏中宏氮化制品有限公司产品标准
普通氮化硅铁（%）
成分
TSi
TN
Fe
Al
Ca
C
P
S
H2O
规格
49-51
30-32
13-15
<1.5
<1.0
≤0.1
≤0.04
≤0.02
≤0.1
高纯氮化硅铁（%）
成分
TSi
TN
Fe
Al
Ca
P
S
Cr
Mn
Ti
C
H2O
规格
49-51
30-32
13-15
≤0.1
≤0.1
≤0.04
≤0.02
≤0.1
≤0.1
≤0.05
≤0.1
≤0.1
粒度
10-50mm90%min
5-25mm90%min
炼钢用氮化硅铁对相没有要求，只是对不同用途的产品杂质要求不同。
对生产商而言只要在原料和结合剂上选择适当就可以满足炼钢要求。
川崎炼钢使用的氮化硅铁HS含量很高是由于日本生产商使用亚硫酸钠纸浆废液作结合剂，产品含HS高。
根据以上情况对炼钢用氮化硅铁技术条件制定条款4.2。
3.氮化硅铁分析方法。
氮化硅铁化学成份分析建议推荐采用JISR1603-1994[4]精细陶瓷用氮化硅粉未的化学分析方法。
推荐理由：
日本是高品质氮化硅铁的发源地（始于上世纪70年代），最大的两家生产商是TOYODENKA年产约6000吨，IBIDEN年产约1500吨。
生产的产品为各国用户认可。
JIS检验方法用户普遍接受。
宁夏中宏氮化制品有限公司在7年多时间的出口业务中严格按JIS标准分析产品，从未出现质量异议。
在实际检测过程中，同一样品分析数据的重现性好，精度高。
因此在制定产品分析方法时推荐使用该标准。
JISR1603-1994分析项目简述
（1）全硅的测定，符号表示T.Si
方法1脱水重量吸光光度并用法
方法2凝集重量吸光光度并用法
允许分析误差0.15%
（2）全氮的测定，符号表示T.N
方法1加压酸分解——水蒸汽蒸馏分离——中和滴定法
方法2热导池仪器法测定氮含量
允许分析误差
方法10.15%
方法20.35%
（3）铝的测定
加压酸分解——ICP分光光度法
允许分析误差
Al<0.01%0.001%
Al>0.01%0.005%
（4）铁的测定
加压酸分解——ICP分光光度法
允许分析误差
Fe<0.01%0.001%
Fe>0.01%0.003%
（5）钙的测定
加压酸分解——ICP分光光度法
允许分析误差
Ca<0.01%0.001%
Ca>0.01%0.012%
（6）氧的测定
红外线吸收法
允许分析误差0.09%
（7）碳的测定
方法1电阻炉加热燃烧—红外线吸收法
方法2高频感应加热燃烧—热导池法
允许分析误差0.02%
分析方法的不足及建议方法
铁的测定：
用仪器法不合适。
氮化硅中铁含量一般小于1%，氮化硅铁中铁含量大于10%，建议采用容量法测定铁含量。
即加压酸分解—EDTA容量法。
炼钢用高纯氮化硅铁微量元素分析。
用JISR1603-1994的分析方法分析铝、钙、碳
其它微量元素参照以下分析方法
磷的分析参照GB/T4333.2-1988
碳的分析参照GB/T4333.7-1984
铬的分析参照GB/T4333.6-1988
锰的分析参照GB/T4333.3-1988
钛的分析
水分测定参照GB/T2001-1991
叁考文献。
[1]Unitedstatespatent4150999April.24,1979
[2]《实用耐火原料手册》P621
[3]《实用耐火原料手册》P620
[4]日本工业规格JISR1603-2007
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