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。

钢铁工业用耐火材料新技术进展

介绍了近期钢铁工业用耐火材料的新技术和新进展,包括干熄焦炉用复相结合碳化硅材料、氢基竖炉用关键耐火材料、欧冶炉(改进型COREX-C3000)用关键耐火材料、炼铁高炉用碳化硅风口组合大砖、高炉出铁沟用环保型长寿命Al_(2)O_(3)-SiC-C质浇注料、转炉挡渣用氧化锆滑板、钢包精炼用耐火材料、连铸用梯度功能耐火材料、高温装置用高效隔热材料、热态高炉渣的回收利用和铸造用泡沫陶瓷过滤器等。通过这些新技术的应用,可以满足钢铁工业新装备和新工艺的要求,提高现有炉衬或关键耐火材料的使用寿命,节能降耗,净化钢液或铁水,加强固废利用等。

原料特性对镁铝尖晶石烧结致密化影响的研究进展

根据原料不同的性质以及影响镁铝尖晶石致密化的烧结机制,分别从原料种类、化学组成、粒度分布、预处理等方面综述了原料特性对镁铝尖晶石烧结致密化的影响,指出今后的研究重点在于如何量化镁铝尖晶石原料性质与制备材料性能之间的关系,实现原料的低温无压烧结,以利于工业制造过程中,在满足使用性能的要求下进一步节能降耗和环境友好。

纳米Al_2O_3对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔致密刚玉、碳化硅、沥青等为主要原料,研究了加入纳米Al_2O_3对Alpha-bond结合的Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响。随着细粉预混法引入的纳米Al_2O_3的增加,流动值相近时,浇注料加水量有所增加,常温抗折强度和耐压强度变化趋势不明显;高温抗折强度在纳米Al_2O_3加入量为0.5%(质量分数,下同)时最高,提高幅度为4%,但随着加入量的继续增加,呈降低趋势。静态坩埚抗渣实验表明:含纳米Al_2O_3的浇注料,其抗渣侵蚀性没有得到改善;在加入1.0%纳米Al_2O_3时,抗渣渗透性得到提高。引入的纳米Al_2O_3使得材料在高温处理后更易生成莫来石相。

铝熔炼炉用耐火材料的现状和发展

简要介绍了铝熔炼炉的主要类型和冶炼工艺,分析了使用条件,讨论了炉衬耐火材料的使用要求,重点阐述了铝熔炼炉用耐火材料的研究开发和应用情况。

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。

刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系

以电熔白刚玉、SiO2微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥和Alphabond为原料配制刚玉质自流浇注料,用全组分浇注料流变仪和L型流动性测试装置,研究了不同种类和加入量的微粉(加入SiO2微粉质量分数6%～8%或α-Al2O3微粉质量分数1%～4%)、1%～4%的结合剂(纯铝酸钙水泥或Alphabond)对自流浇注料流变性和流动性的影响。结果表明:(1)随着SiO2微粉和α-Al2O3微粉加入量的增加,刚玉质自流浇注料的剪切扭矩和相对塑性黏度下降;自流值随SiO2微粉加入量的增多而增大。(2)水泥加入量的变化对刚玉质自流浇注料流变性和流动性的影响很小;随Alphabond加入量的增加,剪切扭矩和相对塑性黏度显著增大,而自流值呈增大的趋势。(3)刚玉质自流浇注料的流变性与流动性之间存在一定的关系:相对塑性黏度与自流时间T30有较好的线性相关性,而与自流值无明显关联。

Al_2O_3－SiC－C质浇注料抗热震性和抗渣铁侵蚀性的研究

对新研制的Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＣ－Ｃ质浇注料和现用出铁沟料的抗热震性和抗渣铁侵蚀性进行了研究、结果表明，该材料具有较高的抗渣铁侵蚀能力和较好的抗热震稳定性。调节Ｓｉ与Ｃ的比例可生成高强度、耐渣蚀的纤维状ＳｉＣ。

高炉出铁沟用耐火材料的发展

通过对世界主要工业国高炉出铁沟用耐火材料材质、施工方法以及影响其使用寿命因素的分析，指出了今后发展出铁沟耐火材料的方向。

高炉出铁沟用不定形耐火材料的发展与应用

介绍了高炉出铁沟用不定形耐火材料的评价方法、研制的铁沟料所用原料和应用场合不同时的原料组合情况以及理化性能。不同沟料在不同高炉出铁沟上的使用结果表明,应根据不同高沟出铁沟的特点来选择不同的耐火材料,才更为经济、合理,还指出了出铁沟用不定形耐火材料今后的发展方向和趋势。

添加晶体纤维改善耐火浇注料的性能

探讨了添加晶体纤维改善耐火浇注料性能的机理和条件。通过研究高铝浇注料引入莫来石晶体纤维的性能变化及相应的ＳＥＭ显微结构。

Ce-TZP对水解沉淀法合成莫来石陶瓷增韧作用的初步研究

本文在水解沉淀法合成的莫来石中引入以 CeO_2为稳定剂的 ZrO_2,摸索了不同加入量时的最隹烧结条件,测定了莫来石的室温和中温力学性能随 Ce-TZP 加入量不同时的变化,并考查了其中四方ZrO_2相量与室温和中温的 K_(1c)和σ_f 的关系.结果表明,Ce-TZP 对合成的莫来石陶瓷有较好的增韧效果.室温下起主导的增韧机理是应力诱导相变增韧,而中温时则主要为微裂纹增韧机制.

不定形耐火材料中的原位反应与相组成设计

阐明了原位耐火材料的定义 ,根据反应特征及其生成物进行了分类 ,同时分析了原位反应在不定形耐火材料中的应用原理 ,并且举例说明了在不定形耐火材料中的实际应用 ,说明利用原位反应原理可以指导不定形耐火材料的相组成设计。

侵蚀温度和煤渣脱碳对高铬材料抗侵蚀性的影响

为了研究侵蚀温度和煤渣脱碳对水煤浆气化炉用高铬材料抗侵蚀性的影响,取含碳和脱碳两种煤渣,采用静态坩埚法,在埋炭气氛中分别于1 450和1 600℃保温5 h对高铬材料进行侵蚀试验,检测试验后高铬材料的侵蚀渗透深度、脱锆层厚度,以及原砖层的气孔率和孔径分布情况,并分析了试验条件下熔渣系统的氧势。结果表明:1)随着侵蚀温度的升高,侵蚀后坩埚渣-埚界面坩埚侧表面的尖晶石层变薄,坩埚原砖层中气孔增多,孔径增大,抗煤渣侵蚀性下降。2)含碳煤渣对高铬材料的侵蚀较强,侵蚀后残渣中有金属相;脱碳煤渣对高铬材料的侵蚀较弱,侵蚀后残渣中没有出现金属相。3)经热力学分析,当采用脱碳煤渣时,试验过程中熔渣内部的氧势在10^(-9.25)MPa以上;当采用含碳煤渣时,熔渣内部的氧势为10^(-13)~10^(-15)MPa。

结合方式和试样尺寸对矾土基浇注料受热爆裂性能的影响

为了考察试样尺寸对浇注料受热爆裂性能的影响,研究了以低水泥、超低水泥、硅溶胶、α-bond及MgO-SiO2-H2O结合的矾土基浇注料不同坯体尺寸的抗爆裂性能及物理性能,发现试样尺寸对浇注料爆裂性能的影响与其中低温物理性能密切相关:1)坯体较密实且强度较高者,试样大小对受热爆裂性能影响较大;而初始坯体气孔较多且强度不高或初始坯体较密实而强度一般者,试样大小对受热爆裂性能影响不大。2)当试样尺寸较大时,各体系结合浇注料都较容易发生爆裂,结合方式对浇注料爆裂影响不大;而试样尺寸较小时,以水合结合试样更容易发生爆裂。

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。

Al_2O_3含量及热处理温度对Al_2O_3-SiO_2系浇注料抗铝液侵蚀性的影响

采用坩埚法和浸泡法研究了不同Al2O3含量（质量分数分别为80%~85%、65%~70%、40%~45%、25%~30%）及不同温度（分别为110、800、1100和1 400℃）热处理后的Al2O3-SiO2系浇注料的抗铝液侵蚀性,借助电镜和能谱分析研究了被850℃铝液侵蚀后试样的显微结构。结果表明：（1）随着Al2O3含量的增加,Al2O3-SiO2系浇注料的抗铝液侵蚀性增强;（2）在1 100℃热处理后,浇注料的抗铝液侵蚀性最差;（3）铝液渗入浇注料内部后,铝液中的Al和Mg与浇注料中的石英和莫来石相发生反应,将SiO2还原成Si,Al和Mg则氧化成Al2O3和MgO,MgO进而与Al2O3反应生成尖晶石,破坏试样的结构;（4）对于Al2O3含量较高的Al2O3-SiO2浇注料,尖晶石富集层较致密,可阻止铝液继续向浇注料内部渗透。

刚玉质浇注料加热过程中内部不同位置的蒸汽压力和温度

将纯铝酸钙水泥和SiO2微粉复合结合的刚玉质浇注料振动浇注成100 mm×100 mm×100 mm的试样,并在距试样上表面不同深度(分别为40、50、60 mm)处埋入压力引管和热电偶,养护24 h后脱模,然后以5℃·min-1的加热速度升温,记录炉温从100℃升温至约450℃过程中试样内部不同深度处的蒸汽压力和温度。结果表明:1)当炉温升至约400℃时,试样内部不同深度处的蒸汽压力均达到最大,对应的试样内部温度比较接近,约为260℃;炉温超过400℃后,试样内部的蒸汽压力迅速降低。2)在受热过程中,试样的最大蒸汽压力出现在试样中心位置。

添加Si、Al、Si_3N_4对Al_2O_3－SiC－C质浇注料性能的影响

通过对Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＣ－Ｃ质浇注料的力学性能、抗氧化性和抗渣蚀性的研究，表明添加Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｉ３Ｎ４可提高材料的抗氧化性和抗法侵蚀性，并对烧后力学性能有一定改善。

不同气氛下高铬材料的Cr_2O_3在煤渣中熔蚀行为研究进展

从组成和气氛对熔渣的影响角度出发,结合相图分析了不同气氛条件下Cr_2O_3在煤渣中的熔蚀行为,主要包括Cr_2O_3的溶解以及化学反应形成的铬酸盐的溶解。空气气氛下,铁的Fe^(3+)存在形式使得熔渣的黏度较高,高铬材料表面形成的(Al,Cr,Fe)_2O_3亦会阻碍Cr^(3+)的扩散,从而延缓了Cr_2O_3的熔蚀;在水煤浆气化炉的还原工况条件下,Fe^(2+)的富集会显著降低尖晶石的熔融温度,增加Cr_2O_3的熔蚀;而在更低氧分压条件下,Cr_2O_3的变价熔蚀更明显。水煤浆气化炉条件下,是否形成Cr^(2+)并参与Cr_2O_3的熔蚀过程,仍有待探讨。