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1 耐火材料技術(shù)進(jìn)步所面臨的問(wèn)題 武漢科技大學(xué) 李楠 湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 耐火材料的技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)力 1 冶金等用戶技術(shù)進(jìn)步的要求 2 基礎(chǔ)學(xué)科的應(yīng)用 3 交叉學(xué)科 上世紀(jì)的主要技術(shù)進(jìn)步 1 碳復(fù)合耐火材料 2 不定形耐火材料 耐火材料面臨的問(wèn)題 1 長(zhǎng)壽與低耗 永恒的主題 2 對(duì)熔煉物的污染 3 環(huán)境 能源與資源的要求 潔凈鋼的要求 新功能的開(kāi)發(fā) 對(duì)鋼水的凈化作用 降低能源與資源的消耗 環(huán)境友好 長(zhǎng)壽與低耗 耐火材料損毀的兩大因素 1 化學(xué)侵蝕 熔損與滲透造成的結(jié)構(gòu)剝落 2 熱應(yīng)力導(dǎo)致的開(kāi)裂與破壞 一對(duì)一的服務(wù) 耐火材料生產(chǎn)的精細(xì)化 化學(xué)侵蝕 1 耐火材料熔入渣中 2 形成高熔點(diǎn)固相 或高粘度液相 保護(hù)耐火材料不受侵蝕 間接溶解 阻塞氣孔 擴(kuò)散停止 自適應(yīng) 自保護(hù) 渣對(duì)耐火材料溶解的判斷例子 例子 利用FactSage軟件計(jì)算Al2O3在不同組成的渣中的溶解性 C S 3 16 C S 1 05 CA6 Al2O3 CA6 Al2O3 表面固相層形成的條件 例子 在Al2O3顆粒表面生成CA6條件 CaO Al2O3 SiO2系相圖 熱震損毀與熱應(yīng)力 存在問(wèn)題 1 耐火材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 2 使用條件極為復(fù)雜 理論研究嚴(yán)重不足 試驗(yàn)方法缺乏科學(xué)基礎(chǔ) 原因 熱應(yīng)力的計(jì)算 最近幾年來(lái)發(fā)展很快 也取得一些應(yīng)用成果 不同形狀滑板應(yīng)力值測(cè)定結(jié)果 傳統(tǒng)滑板B與改進(jìn)型滑板A中的應(yīng)變分布 脫硫噴槍的熱力學(xué)計(jì)算 二次待包冷卻0 5h時(shí)溫度場(chǎng) 二次作業(yè)結(jié)束時(shí)溫度場(chǎng) 鋼結(jié)構(gòu)對(duì)熱應(yīng)力分布有很大影響 耐火材料徑向鋼筋含量與噴槍熱應(yīng)力的關(guān)系 細(xì)觀力學(xué)的應(yīng)用 當(dāng)前熱應(yīng)力計(jì)算中存在的問(wèn)題 仍然把耐火材料看成一個(gè)均勻分布的整體 不知道各個(gè)部分對(duì)整體性能的貢獻(xiàn)是怎么樣的 細(xì)觀力學(xué)應(yīng)用原理 按各組分的體積分?jǐn)?shù) 按一定的計(jì)算模型 計(jì)算其整體性質(zhì) 耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)顆粒 骨料 2 基質(zhì) 3 氣孔 4 晶粒 5 晶界 6 裂紋 用細(xì)觀力學(xué)計(jì)算的鋁碳 含ZrO2 的結(jié)果 小結(jié) 沒(méi)有一個(gè)像碳復(fù)合耐火材料這樣的新材料 冶金工業(yè)的進(jìn)步 致使渣的成分和形狀變化很大 精細(xì)化 精細(xì)化的內(nèi)容 針對(duì)每一個(gè)冶金工藝的渣組成及性質(zhì) 有針對(duì)性的研發(fā)耐火材料 一對(duì)一服務(wù) 生產(chǎn)工藝精細(xì)化 研發(fā) 生產(chǎn) 使用 要求 有一批高水平的技術(shù)支持人員 總承包 賣出去就賺錢 省下來(lái)就賺錢 有利于可持續(xù)發(fā)展 潔凈鋼與耐火材料 煉鋼工程中各物質(zhì)之間的關(guān)系 堿度 組成 組成 氧化還原性 熔化溫度 粘度 顯微結(jié)構(gòu) 組成 物理化學(xué)性質(zhì) 結(jié)構(gòu) 鋼 合金元素 渣 耐火材料 結(jié)構(gòu) 化學(xué)性質(zhì) 物理性質(zhì) 表面張力 品種 耐火材料對(duì)鋼水的有害作用 污染鋼水 不與或少與合金元素或附加元素反應(yīng) 非鐵元素 O N S P C Al SiO2 Al2O3 S Si 夾雜 氧化物夾雜 非氧化物夾雜 耐火材料對(duì)鋼水的有利作用 吸附鋼水中的夾雜 不與或少與合金元素或附加元素反應(yīng) CaO S S CaS O 4CaO S 2 P 5 O Ca4P2O9 S 3MgO S 2 P 5 O Mg3P2O8 S 環(huán)境 資源與能源 環(huán)境 粉塵 CO2 NOX SiO2的排放 除菱鎂石 白云石 以外 這些排放與能耗有關(guān) 鉻污染 資源 如何合理地開(kāi)采 利用資源 如菱鎂礦 硅 用后耐火材料的回收利用 鋁系礦物等 歐洲 20 回收到地球中去 能源 耐火材料生產(chǎn)中的節(jié)能 為工業(yè)爐節(jié)能做出貢獻(xiàn) 耐火材料資源合理利用 面臨優(yōu)質(zhì)資源枯竭 MgO 98 的菱鎂礦不多 高鋁礬土也大量開(kāi)采 面臨鋁工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng) 低鋁礬土及粘土大量廢棄 沒(méi)得到合理的利用 大量的白云石沒(méi)有利用 石墨等重要資源被大量利用與外銷 蘭晶石 紅柱石 硅線石利用 鋁硅系礦物的利用 鋁工業(yè)要求礬土中Al2O3 SiO2不小于3 3 5 越高越好 相當(dāng)Al2O3含量75 78 Al2O3 80 礬土 大部分鋁工業(yè) 耐火材料出路 將Al2O3與二 三級(jí)礬土進(jìn)行合理配料 制備具有 良好性能的剛玉 莫來(lái)石 選礦去硅提純 低鋁礬土與粘土的應(yīng)用 生產(chǎn)莫來(lái)石 M70 莫來(lái)石 高硅氧玻璃復(fù)合材料 M60 M50 M45 M30 分為兩類 加K2O等易熔成分 不加K2O等易熔成分 莫來(lái)石57 玻璃相47 玻璃相成分 SiO2 Al2O3 K2O 89 7 4 某實(shí)際M60的晶相與玻璃相成分 耐火材料與工業(yè)爐節(jié)能 換熱器 蓄熱器 微孔絕熱材料 孔徑小于氣孔分子自由程 含空氣的氣孔的導(dǎo)熱系數(shù)與氣孔孔徑的關(guān)系 微孔SiO2的性質(zhì) B D 0 36g cm3 A P 86 W m 1 k 1 600 800 1000 0 043 0 054 0 069 輕骨料耐火材料 高密度骨料 潛熱蓄熱器 加熱t(yī)1 t2 冷卻t2 t1 相變蓄能中有關(guān)耐火材料問(wèn)題 多孔材料 相變材料在孔中 熔鹽體系 要求 1 強(qiáng)度 2 耐相變材料的侵蝕 3 孔容較大 結(jié)論 老問(wèn)題與新問(wèn)題都面臨挑戰(zhàn) 我們現(xiàn)在的狀況是不足以面對(duì)這些挑戰(zhàn) 企業(yè)與研究單位 生產(chǎn)與使用單位必須緊密結(jié)合