耐火材料技术进步所面临的问题

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1、耐火材料技术进步所面临的问题武汉科技大学李楠湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地1耐火材料的技术进步推动力1）冶金等用户技术进步的要求2）基础学科的应用3）交叉学科上世纪的主要技术进步1）碳复合耐火材料2）不定形耐火材料耐火材料面临的问题1）长寿与低耗——永恒的主题2）对熔炼物的污染3）环境、能源与资源的要求洁净钢的要求新功能的开发，对钢水的净化作用降低能源与资源的消耗环境友好长寿与低耗耐火材料损毁的两大因素1）化学侵蚀：熔损与渗透造成的结构剥落2）热应力导致的开裂与破坏一对一的服务耐火材料生产的精细化化学侵蚀1）耐火材料熔入渣

2、中2）形成高熔点固相，或高粘度液相①保护耐火材料不受侵蚀，间接溶解②阻塞气孔扩散停止自适应，自保护渣对耐火材料溶解的判断例子例子，利用FactSage软件计算Al2O3在不同组成的渣中的溶解性渣1渣2C/S3.161.05Al2O32.457.93MgO7.956.00SiO214.4839.62CaO45.7841.60MnO2.46-Fe2O326.471.27C/S=3.16C/S=1.05CA6Al2O3CA6Al2O3表面固相层形成的条件例子，在Al2O3颗粒表面生成CA6条件CaO-Al2O3-SiO2系相图热震损毁与热应力存在问题：1）耐火材

3、料结构的复杂性2）使用条件极为复杂理论研究严重不足试验方法缺乏科学基础原因：热应力的计算最近几年来发展很快，也取得一些应用成果。不同形状滑板应力值测定结果传统滑板B与改进型滑板A中的应变分布脱硫喷枪的热力学计算二次待包冷却0.5h时温度场二次作业结束时温度场钢结构对热应力分布有很大影响。耐火材料径向钢筋含量与喷枪热应力的关系细观力学的应用当前热应力计算中存在的问题——仍然把耐火材料看成一个均匀分布的整体。不知道各个部分对整体性能的贡献是怎么样的。细观力学应用原理按各组分的体积分数。按一定的计算模型，计算其整体性质。耐火材料的显微结构颗粒（骨料），2—基质，

4、3—气孔，4—晶粒，5—晶界，6—裂纹用细观力学计算的铝碳（含ZrO2）的结果实测值计算值E(MPa)6.36.15γ0.110.16α(10-6/℃)5.55.63λ(W/m℃)20.42.85小结①没有一个像碳复合耐火材料这样的新材料。②冶金工业的进步，致使渣的成分和形状变化很大。精细化精细化的内容①针对每一个冶金工艺的渣组成及性质，有针对性的研发耐火材料。一对一服务。②生产工艺精细化。研发生产使用要求①有一批高水平的技术支持人员②总承包：卖出去就赚钱省下来就赚钱有利于可持续发展洁净钢与耐火材料炼钢工程中各物质之间的关系。碱度组成组成氧化还原性熔化温度

5、粘度显微结构组成物理化学性质结构钢合金元素渣耐火材料结构化学性质物理性质表面张力品种耐火材料对钢水的有害作用①污染钢水②不与或少与合金元素或附加元素反应非铁元素：O、N、S、P、C……。[Al]+SiO2→(Al2O3)S+[Si]夹杂：氧化物夹杂，非氧化物夹杂。耐火材料对钢水的有利作用①吸附钢水中的夹杂②不与或少与合金元素或附加元素反应CaO[S]+[S]=(CaS)+[O]4CaO[S]+2[P]+5[O]=Ca4P2O9(S)3MgO[S]+2[P]+5[O]=Mg3P2O8(S)环境、资源与能源环境：①粉尘②CO2、NOX、SiO2的排放。除菱镁石

6、、白云石以外，这些排放与能耗有关。③铬污染资源：①如何合理地开采，利用资源，如菱镁矿、硅②用后耐火材料的回收利用。铝系矿物等。欧洲，20％回收到地球中去。能源：①耐火材料生产中的节能②为工业炉节能做出贡献耐火材料资源合理利用面临优质资源枯竭MgO>98％的菱镁矿不多高铝矾土也大量开采，面临铝工业的竞争低铝矾土及粘土大量废弃，没得到合理的利用大量的白云石没有利用石墨等重要资源被大量利用与外销兰晶石、红柱石、硅线石利用铝硅系矿物的利用铝工业要求矾土中Al2O3/SiO2不小于3～3.5。越高越好。相当Al2O3含量75～78％。Al2O3≥80％矾土——大部分

7、铝工业耐火材料出路①将Al2O3与二、三级矾土进行合理配料，制备具有良好性能的刚玉-莫来石。②选矿去硅提纯。低铝矾土与粘土的应用生产莫来石——M70莫来石－高硅氧玻璃复合材料M60、M50、M45、M30分为两类：加K2O等易熔成分不加K2O等易熔成分莫来石57%,玻璃相47％玻璃相成分SiO2Al2O3K2O89％7％4％某实际M60的晶相与玻璃相成分Al2O3SiO2Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OM60熟料57.1540.900.491.200.090.170.030.02晶相1500℃71.0527.360.400.570.070.11

8、0.0040.0011600℃71.9026.680.380.75