耐火材料的抗碱侵蚀性研究进展

碱侵蚀是高炉、回转窑、匣钵等高温装置重要部位损毁的主要原因,不同于熔渣导致的溶解侵蚀和物理冲刷导致的蚀损,碱侵蚀有着其特殊的作用机制。本文首先介绍了碱的物理性质并计算了其与耐火氧化物反应的吉布斯自由能和体积效应,以此为出发点综述了碱对典型高温装置关键部位的侵蚀过程及机制,并概述了碱性耐火材料、铝硅系耐火材料、非氧化物耐火材料、新型合成材料抗碱侵蚀的研究与应用新进展,同时对比了几种国内外抗碱侵蚀标准或方法,最后对耐火材料抗碱侵蚀性研究提出了几点建议。

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。

镁铬耐火材料及高温装备绿色化应用研究进展

镁铬耐火材料是以方镁石和镁、铁尖晶石(Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)2O 4为主晶相的碱性耐火材料,具有耐火度高、高温强度大、热震稳定性优良以及抗熔渣侵蚀性和经济性等优点,在钢铁、有色、水泥等高温工业装备领域有着广泛的应用,是诸多高温装备炉衬关键部位的主导材料。然而镁铬耐火材料在氧化性气氛或与碱性氧化物如K 2O、Na 2O、CaO等共存时,在一定温度下其Cr^3+会部分转化为Cr^6+,由此带来六价铬污染问题,与高温工业绿色、环保、高效的发展理念相违背。通过法规对镁铬耐火材料产业链进行规范引导、采取系列措施抑制镁铬耐火材料六价铬化合物的形成均无法从根本上消除Cr^6+带来的隐患,而最根本的办法是开展耐火材料无铬化研究与应用。针对高温工业装备应用镁铬耐火材料带来的污染问题,国内外耐火材料工作者相继开展了高温装备绿色化研究与应用工作。其中水泥回转窑、RH精炼炉用耐火材料取得的无铬化研究成果已经实现了产业实践,产生了积极的社会效益,特别是水泥回转窑烧成带用耐火材料率先实现了无铬化。目前在水泥回转窑烧成带取得较好使用效果的是镁钙锆质耐火材料及镁尖晶石质耐火材料,它们能够替代镁铬砖并满足服役要求,上述研究与应用成果极大促进了钢铁工业用RH精炼炉无铬化的研究与实践。当前RH精炼炉无铬化研究已经成功获得应用,并且有多种不含铬材料替代方案,其中以复合镁铝尖晶石砖的应用最为普遍,在国内外一些RH精炼炉用耐火材料已经相继实现无铬化,实现了绿色化发展理念。上述成功经验有以下两点:(1)依靠行业自主技术创新,实现企业的社会价值;(2)依赖于社会大众环保意识的提高以及政府相关环保产业政策的引导,两种合力共同推动了高温装备的绿色化应用与发展。在今后的一段时期内,镁铬耐火材料在有色等领域依然难以代替,仍然是一些炉衬关键部位的主导材料,开展有效的无铬化研究与应用任重道远,因此提高镁铬砖性能、延长服役寿命以及减少材料消耗仍是重要课题。为此需要做好以下两点:(1)提高材料抗FeO-SiO2渣侵蚀性能;(2)提高材料的抗铜硫渗透性能。随着高温工业新工艺的实施和新技术、新装备的涌现,镁铬耐火材料在一些新领域也有一定的应用前景,因此开展高温装备绿色化研究与应用仍然是一个持久和不断进步的过程。本文归纳了镁铬耐火材料的特性及其在高温工业装备中的应用与损毁机理,重点介绍了水泥回转窑、钢水精炼RH炉绿色化研究与应用取得的积极进展,分析了炼铜炉绿色化应用存在的主要难点以及研究方向,指出了在积极推行回转窑、RH炉绿色化的同时,提高镁铬砖性能并减少其在炼铜炉中的消耗仍然是重要课题。

钢液对连铸用含碳耐火材料的侵蚀作用研究

采用中频炉的实验室模拟试验(试验条件:钢液温度1600℃,浸入时间30min,气氛分别为空气和真空)和通过对用后耐火材料的显微结构分析,研究了钢液对3种连铸用含碳耐火材料(Al2O3-C、MgO-C和ZrO2-C)的侵蚀作用。结果表明,脱碳层的形成及钢液中夹杂物与脱碳层中耐火氧化物的反应是材料蚀损的主要原因。因此,在含碳耐火材料接触钢液的表面形成致密耐火层,能有效抑制钢液对连铸用含碳耐火材料的侵蚀。

不定形耐火材料流变性研究新进展

总结了近期不定形耐火材料流变性研究方面的一些新进展,包括新的流变性研究试验方法、流变性的评价方法、浇注料的流变性和流动性之间的关系,以及絮凝剂对浇注料流变性的影响,并提出了今后进行不定形耐火材料流变性研究的建议。

纳米科技在耐火材料中的研究现状及发展趋势

简单介绍了纳米科技的特点,重点阐述了国内外纳米科技在耐火材料中的研究、应用现状和纳米粉体的分散技术种类及其发展趋势。

层状陶瓷及层状耐火材料研究进展

现代工业技术的发展对钢铁强度、韧性、加工性能的要求日趋严格,尤其是作为优良结构材料的钢铁制品正逐步实现功能化;耐火材料是冶金高温工业重要的支撑材料,对优质钢冶炼的效率和质量至关重要,其正逐步向高效化、优质化、功能化、绿色化的方向发展。耐火材料的导热性、抗侵蚀、抗热震、抗冲刷磨损等基本特性相互影响,传统的耐火材料制备工艺无法保证耐火制品的各项性能达到最优。低热导的耐火材料可以防止钢水温度极速下降,缸内热量散失过快,进而降低能耗;但低热导耐火材料高温区与低温区的热应力差异较大,两部分区域之间产生的剪切应力容易导致耐火材料开裂损毁。高热导的耐火材料可以缓解温差应力对耐火制品的破坏,耐火材料热面温度降低还可以形成渣皮附着物,从而保护耐火制品,同时碱金属的化学侵蚀速率将明显降低。尤其是传统的含碳耐火材料,虽然碳组分提高了耐火材料的抗热震性,但在高温冶炼作用下,碳发生氧化使耐火材料中形成多孔结构,降低了材料的强度,导致材料易被熔渣侵蚀和渗透,也影响了钢中碳元素的含量。研究人员主要通过改善耐火材料组分与结构,添加或原位生成陶瓷保护相等方式优化耐火材料的性能,但优化效果仍旧单一,始终达不到结构与功能的良好统一。因此开发抗热震、抗侵蚀、无污染等良好匹配的结构功能一体化新型耐火材料十分必要。层状复合材料作为一种仿生设计,其精细的结构保证了材料优良的综合性能。尽管层状复合材料的制备方法较多,但均不免存在一些技术限制。粉体压层和顺序浇铸技术无法保证界面或界面层的均匀性,层间界面设计受限;离心沉积和电泳沉积技术对原料特性的依赖程度较高,不利于耐火材料结构设计。3D打印虽然获得广泛关注,但对设备尤其是原材料快速成型性要求较高,对陶瓷材料而言有颇多不足。相比之下,流延成型工艺操作灵活、原料适应性强、坯体便于后期加工和处理。因此,层状陶瓷及耐火材料相关研究多以此为基础。本文综述了层状陶瓷复合材料的制备工艺,以及不同制备方式和层状结构对其抗折强度、断裂韧性的影响规律;介绍了层状结构在耐火材料研究中的应用及其对耐火材料抗热震、抗侵蚀性能的影响;提出了层状耐火材料制备过程中的关键问题和今后的发展方向。

环氧树脂辅助凝胶浇注成型Si_3N_4结合SiC耐火材料的研究

为了研究环氧树脂结合体系对浇注成型Si3N4 结合SiC耐火材料性能的影响,以SiC颗粒（粗颗粒2.5～1.43mm、中颗粒1.43～0.5mm和细颗粒0.5～0.2mm）、SiC细粉、SiC微粉和Si粉为原料,水溶性环氧树脂、多胺类固化剂、2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚促进剂为环氧树脂凝胶结合体系,采用浇注成型制备了Si3N4结合SiC试样,研究了促进剂加入量（分别占环氧树脂质量的0、5%、10%、15%）、环氧树脂加入量（外加质量分数分别为1%、1.5%、2.5%和3%）及骨料配比（粗、中、细SiC颗粒质量比分别为20 20 30、20 30 20、253015、252520、302020和302515）对试样性能的影响.结果表明,随着体系中促进剂加入量的增多,固化反应速率加快,生坯的脱模强度小幅增大,烘后生坯强度降低;随着体系中环氧树脂加入量的增多,生坯的抗折强度逐渐增大,但烧后试样的体积密度降低,显气孔率增大,常温抗折强度和耐压强度逐渐降低,且烧后试样中主要为氮化硅和碳化硅晶相,不含其他杂质相;随着骨料中SiC粗颗粒比例的增多,浆料的流动值增大,当粗、中、细颗粒质量比为302515时,试样的性能最优.综合考虑浇注性能,环氧树脂合适的外加质量分数为1.5%,促进剂合适的加入量为环氧树脂加入质量的5%,骨料中粗、中、细SiC颗粒的最佳质量比为302515.

碳复合耐火材料对熔钢增碳作用的研究进展

叙述了MgO-C、Al2O3-C和ZrO2-C材料对熔钢增碳方面的研究进展;描述了MgO-C、Al2O3-C材料的增碳机理;指出了今后含碳耐火材料对熔钢增碳影响方面的研究重点。

氧化物-非氧化物复合耐火材料高温性能的研究

对氧化物 -非氧化物复合材料 (如ZCM SiC ,ZCM BN ,O’ Sialon ZrO2 ,β Sialon Al2 O3 等 )的高温性能 (强度、抗热震性、抗氧化性等 )进行了研究。结果表明 :( 1 )所研究的氧化物 -非氧化物复合材料的高温强度明显优于碳结合材料的高温强度。 ( 2 )在氧化物基质中引入非氧化物 ,可提高材料的抗热震性。 ( 3)

耐火材料耐磨性的研究

总结了不同材质类型的耐火材料耐磨性差异,探讨材料物相组成、结合相状态、工艺控制等因素对耐火材料耐磨性强弱的作用;同时,研究了耐火浇注料试样的热处理温度对试样磨损量的影响,以及以试样的原砖面和切开面分别作为试验面对材料磨损量结果的影响。结果表明:以碳化硅、刚玉为主要物相的耐火材料具有高的耐磨性,以莫来石、石英、方镁石为主要物相的材料则耐磨性较差。当耐火浇注料试样的热处理温度高于耐磨试验温度时,试样的磨损量偏大。试验面选择原砖面和切开面的试验结果有明显的差异,两者的磨损量相差10%以上,其原因与材质等因素相关。

含碳耐火材料酚醛树脂结合剂的研究现状与展望

含碳耐火材料不仅热导率较高,具有较好的抗热冲击性能,而且与熔渣不润湿,具有良好的抗侵蚀性能,因此大量生产并在冶金工业中广泛应用。酚醛树脂因具有与石墨润湿、残碳率高、环境友好、结合强度较高的特点而广泛用作含碳耐火材料结合剂。然而,酚醛树脂热解碳为脆性的非晶结构,不仅在应力作用下易脆性断裂,而且在高温下容易氧化。很多研究致力于酚醛树脂的化学改性。为提高酚醛热解碳的抗氧化性能或力学性能,提高酚醛树脂残碳率,通常添加过渡金属化合物、纳米碳、半导体陶瓷作为催化剂以提高热解碳的有序度,或者在其酚醛树脂热解碳基体中生成具有较高石墨化度的碳纳米管、碳纳米纤维以及Si C纳米线。

干熄炉用碳化硅耐火材料抗CO侵蚀性研究

研究了SiAlON(主要为Si 4Al 2O2N 6)结合SiC、复相氮化物(Si 2N 2O/Si 3N 4)结合SiC和β-SiC结合SiC材料在1000℃、CO气氛(C+CO22CO)中分别侵蚀100、200、300和400 h后其质量、显气孔率、常温耐压强度以及物相组成和显微结构的变化。结果表明:1、复相氮化物结合SiC材料抗CO侵蚀性最好,CO侵蚀后其常温耐压强度大幅度增大,达到363 MPa;SiAlON结合SiC的次之,为200 MPa;β-SiC结合SiC的最差,为136 MPa。2、复相氮化物结合SiC材料被CO侵蚀后,其致密度增大较多;SiAlON结合SiC材料被CO侵蚀后,SiAlON发生Al 2O3脱溶,有新生针状产物;β-SiC结合SiC材料被CO侵蚀后,生成了少量方石英或石英。

纳米添加剂在耐火材料中应用的研究概况

综述了纳米添加剂在氧化物基耐火材料和含碳耐火材料中应用的研究概况,指出充分考虑纳米添加剂粒度小、比表面积大和反应活性高等特点是其成功应用的关键。在适当条件下,纳米添加剂会起到较好的助烧结作用、矿化作用或者催化作用,进而提高试样的性能。在氧化物基耐火材料中,与单一组成耐火材料中添加同组成纳米添加剂提高烧结性相比,多组成材料中所添加纳米添加剂能够发生反应生成新物相的研究工作较多,部分研究取得了较好的应用效果。所添加纳米添加剂与材料内组分反应生成粒度细小、分布均匀的新相,从而调整、改善材料的性能,故添加能反应生成新相的纳米添加剂是有意义的研究方向。在含碳耐火材料中,氧化物纳米添加剂、含碳类纳米添加剂或其他纳米添加剂均可以在一定程度上降低碳的加入量,保持或改善材料的性能,其中以纳米炭黑的应用效果最好;某些纳米添加剂的催化作用使无定形碳转变为晶体碳纤维,提高了残碳率,增强了结合性,故这方面的研究有较广阔的应用前景,应引起科研人员重视。

定形耐火材料的高温耐磨性研究

用高温耐磨试验装置研究了高铝砖、刚玉砖、氮化硅结合碳化硅砖和黏土结合碳化硅砖4种定形制品在高温下的耐磨性。结果表明：耐火制品的磨损量随温度的变化曲线可分为两种类型，非氧化物材料（氮化硅结合碳化硅砖）的磨损量-温度曲线接近水平直线，即在整个试验温度区域中（25—1400℃）磨损量几乎没有变化；氧化物（或氧化物结合）耐火制品（高铝砖、刚玉砖和黏土结合碳化硅砖）在一定温度范围内磨损量变化不大，温度达到某值以上，磨损量大幅度降低，此温度对应为该种材料开始塑性变形温度。高铝砖、刚玉砖、黏土结合碳化硅砖磨损量开始明显下降的温度点分别为800、1000和600℃。影响不同材质耐火砖的高温耐磨性的因素有物相组成、玻璃相性质以及工艺因素等。

不同条件下白云石耐火材料抗侵蚀性的研究

采用真空感应炉法与静态坩埚法,分别研究了烧成白云石耐火材料在碱度为0.6、1.1、1.5和1.8的CaO-SiO2渣与Al2O3含量为37.98%的CaO-Al2O3渣中的抗侵蚀性。真空感应炉浸棒法的试验条件是真空度5kPa、1650℃保温25min;静态坩埚法的试验条件为空气气氛下于1650℃保温60min。对侵蚀后的试样进行观察与测量,并用SEM与EDAX分析了试样的断面形貌和化学组成变化。结果表明,在静态坩埚法抗渣试验条件下,在CaO-SiO2渣中,随着熔渣碱度的升高,试样与熔渣生成高熔点的C2S保护层,阻挡了熔渣的侵蚀,表现出较好的抗侵蚀性。在真空感应炉浸渍试样的试验中,在CaO-SiO2渣中,随着熔渣碱度的升高,试样抗侵蚀性呈现出先增强后减弱的趋势;在CaO-Al2O3渣中,试样侵蚀后形成低熔点的C12A7,试样的抗侵蚀性很差。

耐火材料用新型涂层改性方法的研究进展

综述了各种新型涂层改性方法在耐火材料或耐火原料中的应用。目前,溶胶-凝胶涂层法和有机溶液涂层法方面的研究较多,并取得了良好的应用效果;这两种涂层改性方法不仅适用于耐火原料,而且适合于耐火制品。熔盐涂层法和金属-氧化物原位催化涂层法仅适合于高性能碳质原料的涂层改性,所形成的涂层均匀、稳定。针对含碳制品开发的电镀法和自上釉法,其应用效果和应用范围需要继续探讨。

含锆耐火材料的研究进展

综述了高锆质材料、含锆镁质材料、含锆钙质材料、含锆刚玉质材料及非氧化物-ZrO_(2)复合耐火材料的研究概况,发现:1)合理选择ZrO_(2)原料的稳定剂类型,可以有效改善高锆质耐火材料的抗热震性能并提高使用寿命;2)预合成原料(镁锆砂、CaZrO_(3)、锆莫来石、造粒氧化锆微粉和Zr(OH)_(4)凝胶等)和轻质含ZrO_(2)原料(ZrO_(2)空心球微珠等)可以在镁质、钙质及刚玉质耐火材料中取得较好的应用效果;3)锆英砂适用于制备非氧化物-ZrO_(2)复合材料及部分不定形耐火材料。基于此,提出了含锆耐火材料未来需要重点关注的研究方向。

连铸用无碳功能耐火材料的研究进展

介绍了汽车钢板的发展趋势及其对纯净钢冶炼的要求 ,详细分析了目前钢包和中间包用含碳耐火材料的使用情况及对钢水和钢坯增碳的影响。综述了无碳浸入式水口、长水口、滑板的研究和使用现状 。