镁碳质耐火材料的抗氧化研究进展

介绍了镁碳质耐火材料的氧化机制,综合分析了近10年来镁碳质耐火材料抗氧化的研究成果,主要包括:材料表面涂釉技术、抗氧化剂直接添加技术、炭素原料涂层处理技术和复合粉体技术,并对今后镁碳质耐火材料抗氧化技术的研究发展方向提出了见解。

水煤浆气化炉用高铬耐火材料的研究进展

介绍了水煤浆气化炉用高铬耐火材料的发展历程、性能特点及存在的主要问题,并指出了水煤浆气化炉用高铬耐火材料的发展方向。

酚醛树脂在耐火材料中的应用及其研究现状

综述了酚醛树脂在镁碳砖、铝碳砖、中间包干式料、转炉修补料、高炉压入料、高炉无水炮泥等不同类耐火材料中的应用及其研究现状;并针对酚醛树脂在耐火材料应用和及其研究中存在的问题及缺陷指出,利用催化反应改善树脂残炭的结构与性能,以及合成新型的网络互穿的高性能树脂,是酚醛树脂作为含碳耐火材料用结合剂的研究热点和发展方向。

耐火材料连续颗粒分布的紧密堆积模型

在研究国内外材料颗粒堆积理论的基础上，以连续尺寸颗粒的分形分布模型为基础，建立了小于某一尺寸颗粒的累积体积分数与颗粒尺寸幂指数关系的模型。采用该模型设计并研究了耐火砖配料与颗粒紧密堆积，发现理论最紧密堆积值n=3-D在0．37附近变化时，最小颗粒ds的变化对耐火材料颗粒粒度组成的影响比较显著，而n值对材料颗粒粒度组成的影响不很明显。以此为基础，结合烧成砖制造的实际相关边界条件，设计了烧成砖的理论粒度质量组成，按此组成，经工业生产制备的烧成砖气孔率为5％～10％，实现了耐火材料的紧密堆积。

连铸中间包用耐火材料冲蚀的数值模拟

建立了中间包内钢液-夹杂物两相流对耐火材料冲蚀的数学模型,并对设置有湍流控制器、挡渣堰、挡渣坝中间包耐火材料的冲蚀特性进行了数值模拟计算。计算结果表明,中间包内冲蚀率最大的位置在湍流控制器内,其次是注入区近渣线处包壁、挡渣堰与挡渣坝迎向钢液流动一侧壁面,其他区域耐火材料的冲蚀很小,可以忽略不计。

连铸中间包耐火材料的冲蚀特性与控流装置的优化设置

中间包内耐火材料的损毁是化学反应、热应力与钢液流动的协同作用所致,中间包内控流装置发生侵蚀的主要原因是钢液对耐火材料的冲蚀。对设置有湍流控制器、挡渣堰、挡渣坝的中间包耐火材料的冲蚀特性进行数值模拟计算与分析,结果表明,中间包内冲蚀最严重的部位是在湍流控制器及冲击区包壁上部1/3处,其次是挡渣堰迎向钢液流动一侧壁面;随着挡渣堰与钢液入口距离的增加,钢液对挡渣堰、挡渣坝的冲蚀强度下降;根据停留时间分布(RTD)曲线设置中间包控流装置时,应考虑钢液对耐火材料的冲蚀特性。

发泡法制备莫来石轻质耐火材料工艺研究

以黏土、工业氧化铝、石英砂为主要原料，采用发泡法制备莫来石轻质耐火材料，研究了发泡剂的种类、发泡工艺、耐火纤维加入量对莫来石轻质耐火材料性能的影响。结果表明，以十二烷基苯磺酸钠等为发泡剂，其加入量为1％时，试样的容重最轻；加入糊精可以提高试样烧结后的强度，最佳加入量为5％；而搅拌时间为8～11min或发泡温度为50℃时，试样烧结后强度最大。引入硅酸铝耐火纤维对试样的容重和气孔率影响不大，但可明显提高烧结后试样的强度，其加入量以1％为宜。

加入碳纤维对铝碳耐火材料性能及显微结构的影响

为了提高铝碳耐火材料的性能，以电熔白刚玉（3～1、≤1mm）为骨料，电熔白刚玉（≤0．074mm）、鳞片石墨（≤0．15mm）为基质，Si粉为抗氧化剂，热固性酚醛树脂为结合剂，碳纤维为添加剂，制成铝碳耐火材料，研究了碳纤维添加量对相组成、显微结构、常温物理性能、高温抗折强度和抗氧化性能的影响。结果表明：1）经220℃处理后，碳纤维与树脂结合紧密；1100℃处理后，碳纤维与树脂之间存在一定的间隙，碳纤维表面未蚀变，但其表面有少量碳化硅晶须生成；l400℃处理后，碳纤维表面发生蚀变，形成C-Si系物质，同时其表面形成大量碳化硅晶须；2）碳纤维在不显著改变铝碳耐火材料显气孔率和体积密度的基础上，能显著提高试样经220℃和1400℃处理后的常温耐压强度和抗折强度及1400℃下的高温抗折强度；3）碳纤维的加入使铝碳耐火材料抗氧化性能下降。

气孔结构参数与漂珠隔热耐火材料热导率的相关性研究

以漂珠隔热耐火材料为研究对象,通过调整漂珠的添加量(25%、35%、65%和85%)来改变试样的气孔结构参数,并研究了漂珠的添加量对试样气孔结构参数的影响,分别借助于回归分析理论和灰色关联理论探讨了试样的气孔率、以及气孔孔径区间等气孔结构参数与热导率之间的相关性。结果表明,随着漂珠添加量的增加,试样的闭口气孔率显著增加,但开口气孔率变化不明显;各组试样气孔孔径分布范围为1～300#m,其中以50～100#m孔径区间的气孔为主。在一定温度范围内,试样的热导率随着总气孔率的增大而呈指数关系减小;不同孔径区间与热导率的灰色关联分析表明,<150#m范围内的气孔与热导率的关联度最大。

ZrO_2-C质耐火材料中碳对氧化锆的稳定作用

分别以粒度均<0.045 mm的氧化钙部分稳定氧化锆、氧化镁部分稳定氧化锆和氧化钇部分稳定氧化锆为原料,酚醛树脂作为结合剂和碳源,按部分稳定氧化锆与酚醛树脂质量比为9 1配料,研究了在埋焦炭条件下于1 600℃渗碳处理后3种部分稳定氧化锆的相组成变化,以及保护渣对渗碳处理后氧化锆稳定性的影响。结果表明:1)高温下树脂碳对氧化锆存在渗碳过程,并对氧化锆有稳定作用,促进了部分稳定氧化锆中单斜相向四方相的转化;但也发现渗碳过程对部分稳定氧化锆中的氧化钙和氧化镁稳定剂存在还原作用并引起其挥发。2)由于渗碳处理过程中部分氧化钙和氧化镁稳定剂被还原挥发,高温下空气气氛中部分稳定氧化锆随着氧化锆晶格中碳的氧化而迅速失稳;而在埋炭条件下部分稳定氧化锆晶格中碳的存在减缓了部分稳定氧化锆的失稳过程。

FeAl_2O_4对方镁石-铁铝尖晶石质耐火材料性能的影响

以高纯镁砂（5～2、≤2和≤0．088mm）、电熔铁铝尖晶石（3～1和≤0．088mm）为原料，亚硫酸纸浆废液为结合剂，配料混练后机压成型为Ф36mm×36mm及25mm×25mm×140mm的试样，经110℃24h烘干，然后于1650℃3h热处理。采用热膨胀仪、弹性模量仪、SEM等对试样进行了分析研究，分别研究了FeAl2O4粒度（3～1或≤0．088mm）及加入量（质量分数为0、2％、4％、6％、8％、10％、12％）对方镁石一铁铝尖晶石质耐火材料性能的影响。结果表明：随着FeAl2O4添加量的增加，试样的常温强度、线膨胀系数、弹性模量降低。FeAl2O4以细粉形式加入时，试样的常温强度、弹性模量比以颗粒形式加入的要大；加入约4％（W）FeAl2O4就能明显改善镁质制品的抗热震性，其抗热震提高的机制以微裂纹增韧为主；固定尖晶石加入量为8％（W），尖晶石以细粉形式加入时，试样中FeAl2O4可完全反应为（Mg，Fe）Al2O4，以颗粒形式加入时，仅会在颗粒周围生成少量（Mg，Fe）Al2O4。

镁锆质耐火材料的性能研究

以电熔镁砂和锆英石为原料,研究锆英石质量分数和烧成温度对镁锆质试样物理性能的影响,利用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析等手段对试样的物相组成和显微结构进行分析。结果表明,当锆英石质量分数为20%、烧成温度为1 650℃时,镁锆质试样具有最佳的物理性能;当锆英石质量分数超过20%,试样的物理性能和热震稳定性开始下降。试样的主要物相由t-ZrO2、方镁石和镁橄榄石组成,t-ZrO2晶粒与MgO晶粒交错分布,形成二相结构。

MgO-C耐火材料抗折强度分布规律的研究

以两种不同碳含量的MgO-C耐火材料为研究对象,对试验测得的抗折强度数据采用Weibull函数进行统计分析,并结合试样的断口形貌研究了MgO-C耐火材料的抗折强度分布规律。结果表明:MgO-C耐火材料的抗折强度服从Weibull分布;增大材料的致密度和石墨含量能够降低MgO-C耐火材料抗折强度的离散性,提高强度的可靠性。

TiO_2含量对Al_2O_3-C质耐火材料性能的影响

碳复合耐火材料是现今耐火材料的发展方向之一,因为引入石墨,使材料具有较高的强度和良好的抗渣侵蚀性能,但碳本身在高温下易被氧化,这一特点限制了其使用寿命的进一步提高。以不同粒度的刚玉和石墨为骨料,以金属Si粉、Al粉和SiC微粉为抗氧化剂,以酚醛树脂为结合剂,研究不同含量的TiO2对Al2O3-C质耐火材料性能的影响。结果表明,随着TiO2含量的增加,Al2O3-C质耐火材料的耐压强度提高,其显气孔率和体积密度的变化不大;一定含量的TiO2有助于提高Al2O3-C质耐火材料的高温强度和抗氧化性能。

日本耐火材料研究发展现状

对日本耐火材料行业的总体现状和研究发展趋势进行了简要介绍与分析,就我国耐火材料行业发展中存在的问题提出了几点建议。

电磁场作用下高铁渣对MgO-C耐火材料的侵蚀

电磁场会促使熔渣中的铁、锰离子与MgO-C耐火材料反应形成锰掺杂镁铁尖晶石相,为进一步研究锰掺杂镁铁尖晶石的生成形貌及特征,采用Fe2O3质量分数为53.62%、CaO与SiO2质量比为0.8的高铁渣,分别在有、无电磁场环境下,对碳质量分数为14%的MgO-C耐火材料进行渣蚀试验。结果表明:感应炉存在电磁场,使熔渣中部分Fe2+/Fe3+与镁砂中Mg2+发生置换形成镁铁尖晶石,其含有少量Mn2+离子;镁铁尖晶石中铁含量从渣蚀层到渗透层急剧降低,锰含量几乎维持不变;侵蚀后试样渗透层较明显。电阻炉无电磁场,则侵蚀后试样没有形成镁铁尖晶石,熔渣中Si、Ca渗透到方镁石晶格中,形成钙镁榄橄石低熔相,将镁砂溶解到熔渣中;渣蚀层有明显的MgAl2O4生成。

精炼钢包刚玉基耐火材料冲蚀的有限元分析

本文根据精炼钢包耐火材料的使用工艺条件,采用Johnson-cook模型,通过与实验值的对比,利用有限元模拟方法计算了刚玉基耐火材料在高温服役条件下的冲蚀率,研究了冲蚀角、冲蚀物速度、冲蚀物粒径和材料气孔率与冲蚀率之间的关系。结合耦合固液传热的精炼钢包钢液流场,对钢包精炼过程的冲蚀情况进行了分析和探讨。结果表明:采用Johnson-cook模型模拟高温条件下耐火材料以塑性切削为主的冲蚀,模型正确、参数合理;冲蚀角在15°～30°小角度范围内,冲蚀率较大,随后随着冲蚀角的增大而下降;冲蚀率与冲蚀物速度、冲蚀物尺寸、气孔率均呈现指数变化关系;精炼钢包刚玉基耐火材料主要是承受小角度切削冲蚀,服役过程中形成高熔点致密界面层能有效改善其抗冲蚀损毁。

稀土氧化物对镁质耐火材料物理性能及挂窑皮性的影响

在镁质耐火材料中分别加入Y2O3、La2O3、Nd2O3和CeO24种稀土氧化物,研究添加不同的稀土氧化物对镁质耐火材料的烧结性能、高温力学性能和挂窑皮性的影响。结果表明,所添加的稀土氧化物可以促进镁质耐火材料的烧结,提高其常温力学性能,并且添加Y2O3还能明显提高镁质耐火材料的高温强度和挂窑皮性能。

基于有限元的细观力学在耐火材料中的研究现状

耐火材料是一种典型的多相非均质材料,在成型或烧成等工艺过程中不可避免地形成裂纹、气孔等缺陷,理论上提高表面断裂能或降低抗张强度是提高材料抗热震稳定性的有效途径。现有研究表明,耐火材料的抗热震稳定性很大程度上和骨料与基质之间的界面结构相互关联,在细观尺度上对材料界面结构进行设计和裁剪,已成为当前耐火材料研究的一个新趋势。细观力学结合有限元的材料设计方法能直观有效地揭示材料内部细观结构与宏观力学性能之间的关系,在复合材料尤其是混凝土领域的研究已相当深入,可为细观力学在耐火材料中的应用提供思路,促进耐火材料结构与性能一体化的研究发展。

不定形耐火材料节能化研究进展

针对耐火材料存在的高能耗问题,介绍了近年来国内外在不定形耐火材料原料与产品方面所开展的节能化研究工作,指出了不定形耐火材料节能化发展方向。