催化剂种类对低碳MgO-C耐火材料常温性能的影响

以电熔镁砂、鳞片石墨和Si粉为原料,以掺入硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍的酚醛树脂为结合剂,通过原位催化热解酚醛树脂的方法,在氩气气氛下,分别经800、1100和1400℃热处理,制备了低碳MgO-C耐火材料。研究了不同催化剂对低碳MgO-C耐火材料常温性能的影响,结果表明:硝酸铁为最佳的催化剂,硝酸铁的引入促进了碳纳米管(CNTs)和SiC晶须的原位生成,提高了耐火材料的力学性能。含硝酸铁的酚醛树脂加入试样时,经1100℃热处理后其常温抗折强度和常温耐压强度最高。

炭黑及ZrB_2对低碳MgO-C耐火材料抗氧化性及显微结构的影响

本文研究了不同类型的炭黑及ZrB2对低碳MgO-C耐火材料抗氧化性以及显微结构的影响。通过抗氧化实验和热重-差热实验(TG-DSC),分析了炭黑和ZrB2在空气气氛下的反应行为,通过粒度分析研究了炭黑的粒度及结构对镁碳材料抗氧化性的影响,利用X衍射分析(XRD)研究了埋碳烧成后试样的物相组成,结合扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察了试样的显微结构,并探讨了ZrB2在MgO-C耐火材料中的抗氧化机理。结果表明:半补强炉黑和通用炉黑由于具有较大的粒径和较低的炭黑结构,所以抗氧化性较好;自蔓延合成ZrB2与空气反应的最大放热峰温度低于碳热还原ZrB2,在温度较低时更容易与空气中的氧发生反应,且反应温度范围较宽,故其具有较好的抗氧化效果。

SiC含量对ZrB_2-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料性能的影响

以镁砂、鳞片石墨和ZrB_2-xSiC(x为0,20%,40%,60%,80%,100%,质量分数)复合粉为原料,经成型、干燥、固化和不同温度(1 373,1 673K)保温3h热处理后,制备得到ZrB_2-SiC/MgO-C低碳复合耐火材料,研究了SiC含量对该耐火材料物理和力学性能的影响.结果表明:随SiC含量的增加,固化后复合耐火材料的体积密度和常温抗折强度先增大后减小再略有增大,耐压强度则波动性降低,当SiC质量分数为20%时,复合耐火材料的常温性能最佳;在1 673K保温3h热处理后,复合耐火材料的抗折强度随温度的升高呈先增大后减小的变化趋势,当SiC质量分数为20%时,不同温度下的抗折强度均达到最大;SiC含量的改变对不同温度下的载荷和位移关系影响较小,复合耐火材料的塑性变形开始温度为873~1 073K,断裂温度均为1 673K.

ZrC改性石墨对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料结构与性能的影响

为解决目前低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料性能下降、寿命缩短等问题,以Zr粉和鳞片石墨为原料,以NaCl和NaF为熔盐介质,在氩气气氛中于1000℃保温3 h合成了ZrC改性石墨。然后以电熔白刚玉、α-Al_(2)O_(3)粉、Al粉、Si粉、鳞片石墨和ZrC改性石墨为原料,以酚醛树脂为结合剂制备了低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料试样。研究了ZrC改性石墨添加量(加入质量分数分别为0、1%、3%、5%)对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料的物相组成、显微形貌、物理性能的影响。结果表明:与仅添加鳞片石墨的试样相比,引入1%~3%(w)的ZrC改性石墨可显著提高低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料试样的力学性能,但是当引入5%(w)的ZrC改性石墨时,降低了其性能。添加3%(w)ZrC改性石墨时,试样的力学性能最优,其常温抗折强度和常温耐压强度分别为22.3和97.5 MPa。

低碳MgO-C耐火材料性能优化研究进展

MgO-C耐火材料的低碳化有利于减少耐火材料对钢水的增碳作用,降低不可再生资源的使用量,符合绿色冶金宗旨。围绕低碳MgO-C耐火材料的抗热震性、抗氧化性、抗渣侵蚀性3个关键性能,综述了国内外学者在低碳MgO-C材料性能优化取得的研究进展。最后,对低碳MgO-C耐火材料的发展方向进行了展望。

低碳镁碳耐火材料的研究进展

综述了最近几年低碳镁碳耐火材料的研究现状,概括了近年来国内外研究人员为改善其性能所做的工作,重点介绍了纳米改性结合剂及抗氧化剂等在低碳镁碳耐火材料中的应用研究结果,并提出了低碳镁碳耐火材料的可能发展方向。

MgO-C耐火材料对钢水的增碳作用及机理的研究进展

总结了近年来国內外关于耐火材料对钢水性能的影响的研究成果,重点讨论了MgO-C耐火材料对钢水增碳的影响因素及其机理等方面研究所取得的进展。系统地研究耐火材料对钢火的影响,并利用研究结果设计制备新型耐火材料进而提高钢水性能将成为耐火材料研究发展的新趋势。

低碳镁碳质耐火材料的抗氧化性研究

比较了石墨含量(质量分数)分别为0、2%、4%、6%和12%的镁碳试样氧化后的质量损失率和脱碳层厚度,并用XRD分析了氧化后试样脱碳部位和未脱碳部位的物相组成,用金相显微镜观察了氧化后试样的形貌.结果表明:质量损失率与石墨含量成正比,石墨含量增加,质量损失率变大;石墨含量低的试样脱碳层厚度比较接近,脱碳层厚度为4～5 mm,比石墨含量为12%的镁碳材料脱碳层厚度小一半,具有明显的抗氧化性能.

国外低碳镁炭耐火材料的研究进展

本文提出使用普通镁炭耐火材料冶炼高品质钢时面临的增碳问题和镁炭耐火材料低碳化后出现抗热震性和抗渣渗透性变差的问题。评述了国外学者对低碳镁炭耐火材料发展所做的工作,指出今后发展低碳镁炭耐火材料的几点建议。

ZrB2-SiC复合粉体添加量对低碳镁碳耐火材料性能的影响

以ZrB_2-SiC复合粉体替代鳞片石墨,在473K固化12h制备ZrB_2-SiC/MgO-C耐火材料,并分别在1 373,1 673K进行了热处理,研究了复合粉体添加量(质量分数在0~4.0%)对该耐火材料物理性能、力学性能和抗热震性能的影响。结果表明:随复合粉体添加量的增加,固化后和热处理后耐火材料的常温抗折强度和耐压强度均先增后降,热处理温度对常温物理和力学性能的影响很小;1 673K热处理后耐火材料的高温抗折强度均随复合粉体添加量的增加先增后降;1 673K热处理后耐火材料在测试温度低于673K时主要发生弹性变形,在测试温度不低于673K时则发生塑性变形;以ZrB_2-SiC复合粉体替代石墨能较大幅度地提高耐火材料在氧化气氛下的抗热震性能。

纳米材料改性低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料的研究现状

传统Al_(2)O_(3)-C耐火材料具有优异的抗剥落性、抗渣性和抗热震性,被广泛应用于钢铁生产。随着洁净钢冶炼工艺的发展,传统Al_(2)O_(3)-C耐火材料较高的碳含量已无法满足其生产标准,而降低Al_(2)O_(3)-C耐火材料中的碳含量又会导致材料的抗热震性能和抗侵蚀性能的下降。为了解决这些问题,研究人员尝试向耐火材料基质中直接加入或原位生成纳米材料,来提高Al_(2)O_(3)-C耐火材料的高温服役性能。综述了近年来纳米碳材料和纳米陶瓷相对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料基质改性的研究现状,展望了今后该领域的研究方向。

基于纳米碳的低碳耐火材料研究现状

含碳耐火材料具有优良的热震稳定性和抗渣侵蚀性,广泛应用于碱性氧气转炉、电弧炉、钢包、滑板、连铸“三大件”等钢铁冶金设备。为满足钢铁冶金节能环保、洁净钢冶炼等新生产技术的要求,低碳耐火材料甚至超低碳耐火材料的发展具有重要意义。然而,直接减少鳞片石墨在传统含碳耐火材料中的添加量,会导致材料韧性降低、恶化其抗热震性及抗渣侵蚀性能。近年来国内外研究人员已经开始将纳米碳源引入到低碳耐火材料中,在降低耐火材料中碳含量的同时,优化材料的性能。但是,纳米碳存在制备工艺复杂、成本高、易团聚、易氧化等问题,限制了其在含碳耐火材料中的工业应用。概述了国内外研究人员关于不同类型的纳米碳对低碳耐火材料各方面性能的影响研究,各类型纳米碳引入低碳耐火材料需要解决的问题,以及在降低碳含量、提高低碳耐火材料使用性能方面的进展情况。

氧化铝细粉加入量对尖晶石低碳耐火材料性能的影响

为了改善整体塞棒棒头用尖晶石低碳耐火材料的高温使用性能,以粒度为1~0.2、≤0.074、≤0.044 mm的电熔尖晶石和粒度为0.15 mm的鳞片石墨为主要原料,酚醛树脂为结合剂,经950和1550℃保温3 h(埋碳)热处理制备了尖晶石低碳耐火材料。研究了氧化铝细粉加入质量分数分别为4%、8%、12%、16%对尖晶石低碳材料显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、线变化率和抗热震性的影响。结果表明:尖晶石低碳耐火材料中引入氧化铝细粉,经过1550℃热处理后,氧化铝细粉和尖晶石能够充分固溶,形成第二结合相并产生一定的体积效应,对尖晶石低碳耐火材料性能产生影响。

先进耐火材料创新助推国家战略实施

耐火材料是高温技术不可或缺的支撑材料,在钢铁、有色、环保、航空航天等领域应用广泛。从重要基础原材料产业和战略新兴产业出发,解析了国家高质量发展、绿色双碳、国防安全等战略对先进耐火材料的需求,总结了耐火材料的现状,并结合耐火材料工业自身高质量绿色低碳发展,讨论了其面临的机遇与挑战,最后结合国家发展战略实施,提出了研发的数字化与智慧化、减量化与结构功能化、绿色低碳新技术用先进耐火材料、耐火材料绿色低碳化数字化制造关键技术与标准等先进耐火材料未来的发展方向。

我国耐火材料工业的发展历程、取得的进步和低碳转型新发展——纪念钟香崇院士诞辰100周年

回顾了我国耐火材料工业的主要奠基人和主要开拓者钟香崇院士(1921.11.21—2015.02.11)一生“三次创业”的历程,以及在他领导、组织或参与指导下,我国耐火材料工业不同时期的主要发展情况。1949年他在英国取得博士学位后旋即回国参加新中国建设;1949—1969年在北京国家冶金部(重工业部)工作,组织规划发展全国耐火材料行业,期间于1963年开始负责组建洛阳耐火材料研究所并兼任所长;1973—2000年在洛阳,发展洛阳耐火材料研究所(院);2000年到郑州直至2015年仙逝,创建发展郑州大学高温材料研究所。他站在国家和行业发展的高度,始终倡导“立足我国耐火资源特点,发展有中国特色的耐火材料”的技术方针,为我国耐火材料工业的生产技术、人才培养、学术交流、高等教育等的全面发展,实现从弱到大到逐渐变强奋斗了终生,做出了突出贡献,是我国“耐火材料之父”。20世纪最后的两个五年计划,在我国耐火材料工业发展史上具有里程碑的意义,这期间耐火材料行业承担了六个国家重大科技项目。通过这些项目的实施、带动和成果转化、推广应用,耐火材料工业实现了跳跃式的发展,为进入21世纪后的发展奠定了重要基础。介绍了不同时期钢铁工业工艺技术装备发展概况和对耐火材料行业发展的影响,以及21世纪后耐火材料工业取得的新进步和低碳转型新发展。今后,耐火材料行业要接续奋斗,加快构建并形成绿色、低碳、循环、智能的高质量产业体系和生态产业链,力争在2060年前早日实现碳中和,不断适应和满足新发展阶段的新发展要求。

低碳Al_2O_3-C耐火材料研究的新进展

介绍了近年来国内外低碳Al_2O_3-C耐火材料的研究现状。主要包括:碳源(纳米炭黑、纳米碳管、膨胀石墨、超细微晶石墨)的选用,防氧化剂(Al-Si复合粉、Al-Zn复合粉、硼化物)的优化,氧化物粉体的添加以及催化剂的改性等,均对低碳Al_2O_3-C耐火材料的性能改善起到一定的作用。

低碳MgO-C材料的抗热震性研究

以电熔大结晶镁砂、天然鳞片石墨、纳米炭黑、酚醛树脂、铝粉等为主要原料制备w(C)=3%的低碳MgO-C材料,以其抗热震性为考核指标,选取颗粒级配、复合抗氧化剂、石墨粒度和复合结合剂4个因素,进行了四因素三水平正交试验。结果表明:在本试验范围内,颗粒级配是影响低碳MgO-C材料抗热震性的主要因素,复合抗氧化剂次之,石墨粒度和复合结合剂的影响基本相当;通过极差分析确定,镁砂颗粒级配(3～1、1～0.088和≤0.088mm的镁砂的质量比)采用50:23:27,复合抗氧化剂采用Al2.5+Mg-Al0.5+B4C0.5,石墨粒度采用10μm的,复合结合剂采用炭黑N220+沥青+酚醛树脂,可制备出抗热震性最佳的低碳MgO-C材料。

热处理温度对Al复合低碳MgO-C材料组成和结构的影响

为了更清楚地观察镁碳材料中Al在200～1400℃埋炭热处理过程中的变化，以62％（W）的电熔镁砂颗粒（≤5mm）、32％（W）的电熔镁砂粉（≤0．088mm）、2％（W）的鳞片石墨和4％（彬）的A1粉制备了Al复合低碳MgO—C材料，并采用XRD和SEM研究了试样分别于200、400、600、800、900、1000、1100、1200、1300、1400℃保温3h热处理后的物相组成和显微结构。结果表明：1）200～800℃，材料的物相组成无变化，结合方式为碳结合。2）800～l200℃，粒状Al4C3在900℃开始生成，1200℃时与N2反应转化为粒状AlN。AlN在1000℃开始生成，到1200℃发育长大为针状晶体，材料的结合方式开始转变为非氧化物结合。3）1200～1400℃，A1N晶体发育长大，形成交叉连锁的网络，填充在方镁石骨架结构中，致使非氧化物结合更牢固。

碳纳米管在低碳复合耐火材料中的研究进展

为了缓解含碳耐火材料中因碳含量降低致使使用寿命降低的问题,将碳纳米管引入到低碳耐火材料中。总结了碳纳米管在低碳耐火材料中的研究现状,提出了目前研究中存在的问题和今后的研究方向。

含碳耐火材料防氧化技术综述

以Mg O或Al2O3与鳞片石墨复合制备的含碳耐火材料具有优异的抗热震性、抗侵蚀性能,被广泛应用于浸入式水口、长水口、塞棒、滑板,以及具有控流和钢水净化作用的功能耐火材料部件和炼钢转炉、电炉、钢包内衬、冶金窑炉内衬等。同时,随着钢铁冶金等行业趋向于高效化和智能化,对含碳耐火材料的抗渣侵蚀性能和抗热震性能提出了更高的要求。而含碳耐火材料的损毁往往是从其中的石墨被氧化开始,碳的易氧化不仅消耗鳞片石墨资源释放温室气体,而且使含碳耐火材料的性能下降、使用寿命缩短。因此,含碳耐火材料防氧化技术的发展对钢铁冶金行业提质增效、资源环境保护具有重要的现实意义。然而,含碳耐火材料的原料组成复杂,使用过程中性能相互制约,在提高抗氧化性能的同时,导致含碳耐火材料的其他性能下降。因此,研究者们除了通过调整不同抗氧化剂的含量和粒径优化抗氧化性能外,主要从抗氧化剂的复合化和含碳耐火材料微观结构演变方面不断尝试,在提高含碳耐火材料抗氧化性能的同时,协同提高其抗渣侵蚀性能和力学性能。根据含碳耐火材料的氧化损毁机理,添加抗氧化剂法依旧是含碳耐火材料最常用的防氧化技术。金属抗氧化剂除了生成金属氧化物和碳化物阻止含碳耐火材料的氧化外,通过固相反应生成的陶瓷相产物还可以提高含碳耐火材料的力学性能和抗渣侵蚀性能,过渡金属和金属合金作为抗氧化剂还可以催化热解碳石墨化以及促进碳化物晶须的生成。碳化物抗氧化剂除了常见的碳化硅和碳化硼外,MAX相和Al与碳化物结合制备的复杂化合物不仅具有优异的抗氧化性能,还可以有效避免由金属碳化物水化导致的含碳耐火材料的开裂问题。含硼氧化物作为抗氧化剂不但可以生成致密的氧化层减缓氧气的渗透,而且容易通过离子迁移形成镁铝尖晶石。此外,纳米抗氧化剂和复合粉抗氧化剂更易于分散在含碳耐火材料基质中形成均质微观结构,从而改善其综合性能。本文综述了含碳耐火材料的氧化损毁机理,主要分析了金属、碳化物和含硼氧化物三种类型抗氧化剂的研究现状,着重阐述了抗氧化剂在反应机理、微观结构演变方面的研究进展,最后提出了含碳耐火材料防氧化技术新的研究方向。