炼铜用耐火材料研究进展

炼铜工艺的稳定顺行离不开耐火材料的有力支撑。本文概述了炼铜工艺及其所需的耐火材料,说明了炼铜炉不同部位耐火材料的主要类型、性能特点和制备工艺,重点介绍了炼铜过程中常用镁铬质耐火材料、镁铝质耐火材料和其他新型耐火材料。随着材料科学的不断发展和环保要求的不断提高,研究者针对镁铬质耐火材料的性能优化和带来的环境问题、镁铝质耐火材料的材料特性和渣蚀问题,以及其他新型耐火材料的性能调控问题等开展了系统研究,为炼铜工艺技术的不断优化提供了有力支持。尽管炼铜用耐火材料在服役性能方面的研究已取得显著进展,但仍面临应用成本高、对环境不够友好、新材料制备与开发困难等问题。基于此,提出下一步耐火材料性能提升和节能环保的研究方向。

含铬熔铸耐火材料及其生产前景

介绍了铬铝锆和铬尖晶石熔铸耐火材料的几种类型,对于无碱硅硼E-玻璃、矿渣棉、玄武岩纤维等材料的熔体,HPL-85和HMG铬尖晶石耐火材料的抗侵蚀性与氧化铬陶瓷耐火材料相当,并讨论了含铬材料在生产过程中六价铬的存在和形成关系问题。

耐火材料热化学反应典型应用技术发展

高温工业的发展,与耐火材料的发展密切相关,其技术进步无一例外地都依赖于优质耐火材料的研发。耐火材料在制备及应用过程中,都和热化学反应息息相关。本文首先简要介绍了耐火材料的发展历程,其次以二氧化硅质、莫来石质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料制备中的热化学反应过程;以莫来石-碳化硅、方镁石-尖晶石、镁碳质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料在服役过程中的热化学侵蚀反应行为,并给出了热化学模拟在耐火材料与熔渣/气相反应中的应用情况;以氧化铝-碳质过滤器为例,介绍了其应用过程中的吸附夹杂机理。最后介绍了常用的耐火材料煅烧设备。

耐火材料标准化工程应用型人才培养模式探索与实践

标准化是材料产业提质增效的重要措施,标准化工程应用型人才稀缺是制约材料行业标准化工作推进的主要原因。本文基于耐火材料行业发展趋势及武汉科技大学在耐火材料行业中的特殊地位,分析了我国标准化工程应用型人才培养现状,结合新发展形势下耐火材料行业对标准化人才的需求,从课程体系设计、实践平台建设及师资队伍培养等方面探索标准化工程应用型人才培养模式,以实现耐火材料专业教学与标准化教育的有机融合,为标准化促进耐火材料行业发展提供强大支撑。

LF钢包用耐火材料的研究进展

随着钢铁产业飞速进步,对钢材品质也有了越来越严苛的要求,钢包从简单的钢水盛装容器转变为具有冶炼功能的多元容器。LF精炼以其设备结构简单、冶金功能丰富及经济效益好等优点,成为冶金过程中不可或缺的环节。钢水、渣及耐火材料三者在整个冶炼过程中是相互作用的。在LF钢包的钢包盖、渣线、包壁、透气砖等位置均需要用到耐火材料。其中渣线位置由于受到的侵蚀最为严重,而且经受了剧烈的温差波动,最常用的耐火材料为MgO-C耐火材料。文章对LF钢包精炼工艺进行了简介,概括了LF钢包各部位对耐火材料的要求和目前使用的耐火材料种类。

氧化铝耐火材料制备中热应力有限元分析

氧化铝耐火材料在制备过程中所产生的裂纹等轻微损伤,是潜在的安全风险。为提高材料的使用性能,研究了在烧成过程中模型尺寸、热处理温度、升温速率、降温速率以及气孔率等因素对氧化铝耐火材料裂纹产生的影响。结果表明:在模型尺寸增大时,对应的最大热应力值也随之增大,产生裂纹的风险也越大;最大热应力峰值出现在1200~1600℃温度区间内;只改变1000~1350℃温度区间内的升温速率时,升温速率越大对应的最大热应力值越大;窑炉从1600℃降到室温时,降温初期最大热应力值迅速增大,且降温速率越大对应的最大热应力值越大;对于气孔率分别为5%、7%和10%的氧化铝砖坯,在相同的烧成条件下,气孔率10%砖坯的最大热应力值于1200℃、1300℃、1400℃及1500℃均最小,因此气孔率为10%比5%和7%更有利于降低烧成过程中裂纹产生的风险。

莫来石复合耐火材料的应用进展

莫来石具有较高的熔点,较大的硬度,良好的抗热震性、抗侵蚀性、高温力学性能等。莫来石原料多通过烧结法和电熔法合成。综述了以莫来石为原料制备的莫来石复合耐火材料在陶瓷、冶金、航天、军工、水泥、玻璃等领域的研究与应用进展,指出了莫来石在耐火材料应用中的发展趋势。

不定形耐火材料在新型干法水泥窑上的配置和应用进展

进入21世纪以来,新型干法水泥生产工艺迅速取代传统湿法生产工艺,干法水泥的生产能力成倍增加,水泥窑系统的装备越来越大型化,干法水泥窑设备工况和窑内工作环境与湿法窑相比也有很大区别,对单位产品的能耗指标和窑系统运转率的高低也有了更高的要求。耐火材料作为干法窑生产线上内衬的关键组成体,不但要承担着干法水泥生产线在高温下的正常工作,而且还要具有有效降低热能损失,具有提高能源利用率和减少硫氮化物排放的作用。因此,为保障水泥窑大型生产线的正常运行,必须对新型干法水泥窑生产线重要组成部分的耐火材料,进行合理的设计配置和施工,以满足水泥窑大型化对耐火材料的新要求。

FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理、特点、适用情景、精确度与局限性,并给出了详细的运用实例。此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS、动力学分析、分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为。最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望。

采用沉淀−煅烧法回收盐湖卤水中镁资源制备镁橄榄石耐火材料

通过沉淀−煅烧法研究盐湖锂镁分离和镁资源制备高附加值的镁橄榄石耐火材料。采用Na_(2)SiO_(3)和NaOH组合沉淀剂将盐湖卤水中的锂、镁离子沉淀分离,获得不同MgO/SiO2摩尔比的镁沉淀物。镁沉淀物主要由无定形硅酸镁和氢氧化镁堆积而成,在1400℃条件下的质量残留率均在62%以上。高温烧结实验表明,在Mg/Na_(2)SiO_(3)/NaOH的摩尔比为1:0.6:0.8、烧结温度为1350℃、时间为210 min的条件下,镁沉淀物可制备成性能优良的耐火材料,其耐火度在1800℃以上,抗压强度为190.73 MPa,体积密度为2.53 g/cm^(3),显气孔率为5.94%。所制备的耐火材料主要为镁橄榄石相,含有少量的顽火辉石相。

氢冶金用耐火材料体系综述与展望

为实现国家“碳达峰、碳中和”的目标,采用氢部分或完全取代化石能源作为铁矿石的还原剂是未来钢铁行业的发展方向,但不可忽视的是,与之配套的耐火材料的研究与开发已经明显滞后。本文基于前人的研究,对氧化物和非氧化物耐火材料在氢气中的反应进行综合论述,对氢冶金用耐火材料的相关问题进行了总结归纳,最后,对钢铁行业推广氢冶金技术用耐火材料进行了展望。

混料工艺对铝锆碳耐火材料生坯性能的影响

针对铝锆碳耐火材料生坯显微结构和力学性能的调控与优化,以板状刚玉、锆莫来石、锆刚玉为骨料,α-Al_(2)O_(3)微粉、鳞片石墨、添加剂为细粉,木质素磺酸盐为结合剂,机压成型制备铝锆碳耐火材料试样和基质试样。研究了细粉的混料工艺(手动混料0.5 h、未混料、球磨混料2和5 h)对基质试样和耐火材料试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度和显微结构的影响。结果表明:细粉的混料工艺对试样显气孔率和体积密度的影响较小,但对显微结构和常温耐压强度影响显著。球磨混合使得原料分布均匀,显著减少气孔、裂纹等缺陷,并使得基质原料的粒度均匀性提高和比表面积增加,有利于木质素磺酸盐溶液结合剂的吸附和黏结,从而保证强度的明显提升。但过长的球磨时间可能会导致原料颗粒过细,团聚增多,反而降低了强度。当细粉经2 h球磨混合时,试样中基质与骨料结合较为紧密,常温耐压强度最高。

气孔结构参数对氧化镁耐火材料热冲击过程的影响

以氧化镁耐火材料为对象,研究了耐火材料热冲击过程中气孔结构参数对其温度分布以及热应力分布的影响。基于热弹性理论和有限元方法,建立了二维热冲击有限元模型和不同气孔模型,分析了耐火材料的损毁机理。数值模拟实验结果表明,耐火材料在热冲击过程下不断受到热应力的作用,最大热应力会在热冲击初始阶段产生,材料的危险部位位于靠近材料上表面的气孔边缘处。在其他条件不变时,随着温度的升高,氧化镁耐火材料受到的热应力增大;热应力随着材料的气孔率增大而减小;热应力随气孔位置与耐火材料表面距离的减小而增大。该研究结果可为耐火材料的设计和热处理设备运行参数控制提供依据。

模拟氢基竖炉工况条件下铝硅质耐火材料的结构与性能演变

基于H_(2)/CO混合气强还原服役环境,本工作模拟常压氢基竖炉服役工况,研究典型的铝硅质耐火材料经还原处理后性能变化规律及失稳机制。结果表明,在V(H_(2))∶V(CO)=5∶2的条件下,热处理温度由450℃升高至950℃,混合气体对铝硅质耐火材料的还原能力逐渐增强。现有条件下,铝硅质耐火材料失稳的两个关键因素在于Fe_(2)O_(3)含量以及磷酸盐结合剂:1)当铝硅质耐火材料中Fe_(2)O_(3)含量较高时,在H_(2)/CO气氛下,Fe_(2)O_(3)极易被还原为单质铁。同时,这种情况会导致铝硅质耐火材料发生一定程度的体积变化和显著的力学性能下降。2)磷酸盐结合铝硅质耐火材料也面临磷酸盐挥发,导致显气孔率提高,结构稳定性降低。然而,研究还发现磷酸盐结合刚玉-莫来石砖中Fe_(2)O_(3)含量较低且伴生一定含量的TiO_(2)时,材料具有较好的抗H_(2)/CO气还原能力。通过比较铝硅质耐火材料在CO气氛和H_(2)/CO气氛下力学性能,发现V(H_(2))∶V(CO)=5∶2气氛下在850℃热处理3 h比CO气氛下500℃热处理100 h具有更强的还原能力。

降低太钢AOD炉和钢包用耐火材料单耗的控制措施

介绍了在耐火材料区域整体承包模式下,钢铁企业关注的指标不仅仅只是耐火材料吨钢成本,更要重点关注耐火材料吨钢消耗指标,降低耐火材料吨钢消耗,既能提高炉包寿命,降低耐火材料吨钢成本,又能保证耐火材料产品不污染钢水,提高钢水纯净度,实现耐火材料企业和钢铁企业双赢。以太钢不锈钢冶炼耐火材料消耗占比较大工序AOD炉和钢包为例,对不锈钢冶炼用AOD炉和钢包冶炼环境进行了分析,对降低耐火材料单耗的方法进行了介绍。通过采用优质耐火材料原料改进材质、加强砌筑管理、优化生产节奏、采用在线热态喷补技术、提高透气砖寿命等,使不锈钢冶炼用耐火材料单耗和成本最低。

三种莫来石对耐火材料抗Na_(2)CO_(3)熔体侵蚀性能的影响

化工废液中K^(+)、Na^(+)等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因,有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命,而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了Na_(2)CO_(3)熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程,从润湿性的角度探讨不同耐火材料抗碱液渗透的差异。分别以高纯烧结莫来石、电熔莫来石和普通烧结莫来石三种莫来石和红柱石、黏土为原料,通过机压成型、高温烧成制备莫来石质耐火材料。以Na_(2)CO_(3)为碱蚀熔剂,利用静态坩埚法在900℃下进行碱蚀试验,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试方法,对碱蚀前后的坩埚试样进行物相组成及显微结构分析,研究碱熔剂对不同基体的润湿性。结果表明,所有莫来石质耐火材料试样均未发生破坏,表现出较优的抗侵蚀性。各组试样抗Na_(2)CO_(3)熔体渗透的能力不同,高纯烧结莫来石制备的试样具有最优的抗侵蚀和抗渗透能力,而电熔莫来石和普通烧结莫来石试样的抗渗透能力较差,这与Na_(2)CO_(3)熔体对它们的润湿难易程度有关。本试验从高温润湿性角度分析了不同耐火材料之间的抗碱蚀能力差异,为研究和生产具有优良抗侵蚀性能的铝硅系耐火材料提供了新的思路和理论依据。

试论冶金矿产工业耐火材料技术发展趋势

耐火材料作为冶金矿产工业的关键技术,持续演进以满足高效且环保的制造需求。随着工业技术迅猛发展,新材料的创新与传统材料的改良同步提升了材料性能,极大增强了冶金生产的效率和安全性。本文深入探讨了耐火材料技术的革新,尤其是材料纯度提高、复合材料开发,及其在高温应用中的效能,揭示了这些进展对冶金工业未来的深远影响,并预测了未来技术趋势。

垃圾焚烧锅炉一通道耐火材料采取浇注料与挂砖方式的对比研究

为了加强垃圾焚烧余热锅炉辐射受热面吸热能力,降低水平烟道入口烟温,分析了一烟道耐火材料采用挂砖方式的可行性。目前一烟道耐火材料采用浇注料方式,存在导热性能不足和抗氧化性能弱等问题,无法适应垃圾高热值变化。以单条线处理规模750 t/d、设计低位热值8372 kJ/kg的生活垃圾焚烧余热锅炉为计算对象,对比两种方式在材质检验、换热效果、经济效益等方面的差别。计算结果表明:采取挂砖方式,受热面总的传热系数是浇注料的1.3~1.67倍,从而锅炉最大连续出力工况下,一烟道出口烟温可降低32℃,同时烟气停留时间满足850℃、2 s环保监测要求。

氢冶金工艺及氢基竖炉用耐火材料研究进展

在倡导节能减排的双碳目标背景下,钢铁行业氢冶金相关工艺技术正不断进步。随着氢还原竖炉冶炼工艺的发展和推广,对于氢基竖炉用耐火材料的性能提出了新的要求,相关研究受到了广泛关注。综述了氢冶金相关原理及工艺技术的研究发展现状,介绍了H2气氛下耐火材料的服役行为和氢基竖炉用耐火材料的研究进展,展望了氢基竖炉用耐火材料的研究趋势和未来发展方向。

直流电场下保护渣对氧化锆—碳耐火材料的侵蚀

采用旋转搅拌法,在外加直流电场作用下进行了结晶器保护渣与水口渣线氧化锆—碳耐火材料的侵蚀试验,并研究直流电压(0、5、10 V)对保护渣与水口渣线材料界面行为的影响。结果表明,随着外加电压的增大,保护渣在水口耐火材料表面的附着量逐渐增加,保护渣的附着厚度在0、5、10 V时分别为2、3、7 mm。微观结构表明保护渣与水口材料界面存在的电场可以显著改变固—液两相间的润湿性,从而为熔渣向水口扩散、传质和渗透行为提供良好的动力学条件,且大电压下(10 V)的电场作用会加剧保护渣对材料的侵蚀。