钢壳沉管隧道耐火极限标准与防火保护技术研究——以深中通道沉管隧道为例

为提高我国超大断面钢壳沉管隧道火灾防控水平,以深中通道海底沉管隧道为例,采用热力耦合模拟和材性试验等方法开展钢壳沉管隧道耐火极限标准研究,考虑到龙骨、拼缝等防火构造薄弱环节,进行管节结构和管节接头耐火试验,并提出相应的防火保护技术方案。主要结论如下:1)管节结构的耐火极限标准为火灾时,应将结构内侧钢壳最高温度控制在300℃以内;2)OMEGA橡胶管节接头的耐火极限标准为OMEGA橡胶超过70℃的时间小于2 h,超过100℃的时间小于1 h,且最高温度不得超过150℃;3)GINA橡胶管节接头的耐火极限标准为GINA橡胶超过100℃的时间小于1 h,且最高温度不得超过150℃;4)管节结构可采用35 mm单层防火板L型拼缝,对接面涂热膨胀胶;5)管节接头可采用35 mm防火板+50 mm陶瓷纤维毯双层防火保护体系,龙骨自由端取500 mm,拼缝处采用防火胶封堵。

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。

甲子风华 赓续荣光——写在《耐火与石灰》创刊60周年之际

一甲子风云历程,六十载薪火相传。在2024年这涌动着希望和朝气的春天里,《耐火与石灰》迎来了六十周年华诞。六十年前,老一辈耐火材料工作者高瞻远瞩,为传播耐火材料科技信息、开展学术交流、促进国内耐火材料行业发展,在十分艰苦的条件下开始了艰难的办刊之路。《耐火与石灰》杂志的前身可溯源于1964年1月鞍山焦化耐火材料设计研究院编辑出版的《耐火技术情报》,1966年底休刊。1971年鞍山焦化耐火材料设计研究院编辑出版了《耐火材料工业》(内部刊物)。

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。

关于耐火风管的特性研究

目前,工程中耐火风管只关注耐火极限,缺少抗震、隔热、燃烧性能方面的要求,造成耐火风管的部分性能不符合规范要求。针对此问题,结合规范要求,对耐火极限、抗震性能、隔热性能、燃烧性能对耐火风管的特性进行研究,给出了相应的指标要求。

建筑结构用高强抗震耐火H型钢组织性能研究

采用TEM、金相显微镜、EBSD等分析手段,研究建筑结构用高强抗震耐火H型钢的微观组织对其强度、韧性及高温强度的影响。结果表明,在合理的化学成分设计前提下,不需要控轧控冷手段,热轧后试验钢获得空冷贝氏体和铁素体两相组织。观察600℃保温3小时后的组织发现,在铁素体内部有纳米级相间析出物存在,析出物的行间距约在24~34 nm之间。热轧建筑结构用高强抗震耐火H型钢的屈服强度≥500 MPa,延伸率≥22%,屈强比≤0.85,-20℃冲击功≥34 J,600℃保温3小时后屈服强度≥310 MPa。

水性饰面型防火涂料的制备及其耐火性能研究

[目的]配方对防火涂料的性能有很大影响。[方法]以苯丙乳液和硅溶胶作为基料,聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺作为阻燃体系,二氧化钛作为颜填料,六偏磷酸钠作为分散剂,磷酸三丁酯作为消泡剂,羧甲基纤维素作为增稠剂,研制了一种适用于钢结构的水性饰面型复合膨胀防火涂料。利用模拟大板燃烧试验考察了各组分的质量分数对涂料性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)对防火涂层燃烧后的微观结构进行表征。[结果]最佳配方为:苯丙乳液20.0%,硅溶胶4.0%,聚磷酸铵27.0%,季戊四醇22.0%,三聚氰胺21.0%,颜填料4.0%,助剂2.0%。此时涂料的耐燃时间长达57 min,燃烧后形成的炭层致密。[结论]该涂料具有良好的防火阻燃效果。

油罐区电缆槽盒耐火性能测试方法研究

为提升油罐区电缆槽盒耐火性能测试的准确性和效率,提出一种以绝缘电阻作为判定指标的电缆槽盒耐火性能快速测试方法,并以试验的方式验证该方法的有效性和电缆槽盒的耐火性能。结果表明:测量电缆绝缘电阻值可以准确反映电缆槽盒在火灾时的失效过程,以107Ω作为电缆绝缘电阻失效判定指标可以准确反映电缆槽盒的耐火极限。

《耐火材料》2023年刊登文章技术分析

2023年《耐火材料》可被引文章111篇,其中含基金资助的文章83篇,占比为74.8%。从所属栏目来看,专论2篇,研究开发56篇,生产应用34篇,综合评述19篇。第一作者所属机构,发文数排在前5位的有:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司、武汉科技大学、辽宁科技大学、东北大学、郑州大学。排在前5位的主要关键词是:显微结构、抗热震性、力学性能、多孔陶瓷、热导率。为庆祝《耐火材料》主管、主办单位(中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司)成立60周年,特出版60周年院庆专刊(第5期)。编辑部选取耐火原料(59篇)、耐火材料技术(22篇)、轻质或多孔材料(17篇)、其他窑炉用耐火材料(12篇),展望(1篇)等方面,尝试对这些论文进行盘点,综述成文,权作索引,希望发现当今耐火材料技术发展的脉络和特点。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

原位生长的CNTs@MoS_(2)杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS_(2)杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS_(2)杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS_(2)/WES)中,通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs/WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS_(2)/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比,CNTs@MoS_(2)/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS_(2)/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40min后背面温度最低(133.3℃),这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论制备的CNTs@MoS_(2)杂化物表现出稳定的网络交织结构,有效提高了它在涂料中的分散性能。此外,CNTs@MoS_(2)/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS_(2)/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面,阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性,抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏,提升了涂层膨胀倍率;3)MoS_(2)提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成,减少了裂纹和孔隙的产生。

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。

耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和MgO微粉结合剂研究进展

结合剂是耐火浇注料的重要组成部分,为耐火浇注料提供了早期作业性能和力学强度,并可影响耐火浇注料在高温下的使用性能。对近年来耐火浇注料用SiO_(2)、Al_(2)O_(3)以及MgO微粉结合剂的研究进展及仍存在的一些问题作出了总结,期望为其进一步研究和更好的应用起到积极的推进作用。

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。