连铸耐火材料研究进展及工业应用

1、 顾华志顾华志武汉科技大学武汉科技大学概述概述连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁塞棒耐火材料塞棒耐火材料滑板耐火材料滑板耐火材料气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料结语结语洁净钢：钢中夹杂物和杂质元素的数量、分布和大小洁净钢：钢中夹杂物和杂质元素的数量、分布和大小“降低降低”到对到对产品加工性能、使用性能无不良影响的钢。产品加工性能、使用性能无不良影响的钢。 p 生产苛刻条件下高附加值钢铁产品的基础。p 钢铁企业核心竞争力的重要组成部分，国家钢铁制造水平的重要 标志。p 高效率、低成本洁净钢生产技术为优先发展主题和重点。高效率、低成本洁净钢生产技术为优先发展主题和重点。 国家中长期科学和技术发展规划

2、纲要 国家钢铁产业发展政策一一 概述概述p既是钢水冶炼过程的炉衬材料，又参 与冶金过程，也是钢中有害元素和非金属夹杂物的主要来源之一。p 耐火材料是钢铁工业发展的支撑。解决连铸耐火材料对钢水污染成为洁净钢生产关键技术之一 如果没有合适的耐火材料，精炼如果没有合适的耐火材料，精炼后的钢水，在成材前又可能在钢包，后的钢水，在成材前又可能在钢包，特别是中间包中被重新二次污染。特别是中间包中被重新二次污染。一一 概述概述n中间包结构设计中间包结构设计 n 中间包的形状、几何尺寸对中间包中间包的形状、几何尺寸对中间包内流场及钢液的停留时间有显著的影内流场及钢液的停留时间有显著的影响。响。一一 概述概述中

3、间包加热技术中间包加热技术 等离子体加热等离子体加热 电感应加热电感应加热 电渣加热电渣加热 陶瓷电阻加热陶瓷电阻加热 一一 概述概述一一 概述概述n 氧化物的自由能及氧分压 耐火材料碱性化耐火材料碱性化一一 概述概述不同耐火材料对钢中硫含量的影响n1-石灰砖石灰砖；2-刚玉砖刚玉砖；3-镁铝尖晶石砖；镁铝尖晶石砖；4-镁砖；镁砖；5-镁碳砖；镁碳砖；6-镁钙砖；镁钙砖；7-油浸高油浸高铝砖；铝砖； 8-高铝砖；高铝砖；9-镁铬砖；镁铬砖； 10-锆英石锆英石砖砖一一 概述概述中间包挡墙高铝质（莫来石质）高铝质（莫来石质）低水泥中间挡墙已很少使用镁质挡墙镁质挡墙很快转变成镁铝质、铝镁铬质镁铝质

4、、铝镁铬质新品种为硅微粉结合MgOMgO熔融石英质挡墙熔融石英质挡墙，熔融石英能显著改善镁质的抗热震性，提高韧性和抗冲刷能力，在某些钢厂配合中间包干式料使用，寿命达到40小时。一一 概述概述中间包干式料目前大型中间包大量使用镁质涂抹料、喷涂料。小型中间包也大量推广使用树脂结合干式料，使中间包寿命大幅度提高，但存在污染环境问题，大企业难以接受。新品种：无机盐结合的镁质干式料无机盐结合的镁质干式料优点：不含碳或含碳量很低，无污染。缺点：寿命不长，60T板坯中间包68炉（通钢量约2000T）一一 概述概述二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁耐火材料的总侵蚀率：耐火材料的总侵蚀率： Wt = Wsy

5、s = Wc + Wf+ Wth 式中，式中，Wt （或（或Wsys）为耐火材料总侵蚀率；）为耐火材料总侵蚀率；Wc为由于化学反应引起的为由于化学反应引起的耐火材料侵蚀率；耐火材料侵蚀率；Wf为由于流体力学作用引起的耐火材料侵蚀率；为由于流体力学作用引起的耐火材料侵蚀率；Wth为为由于结构应力或热应力作用引起的耐火材料的侵蚀率。由于结构应力或热应力作用引起的耐火材料的侵蚀率。 使用条件：多相流动使用条件：多相流动 化学反应化学反应 热应力破坏热应力破坏协同作用协同作用二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁Wff = f ( , I ) = ( x , y ) I( x , y ) 带有夹杂物的

6、钢液冲向耐火材料表面时，造成短程切削与带有夹杂物的钢液冲向耐火材料表面时，造成短程切削与 塑性变形的坑，在反复塑性变形的情况下形成磨损。塑性变形的坑，在反复塑性变形的情况下形成磨损。高速流动的钢液与耐火材料壁面之间由于相对运动而产生高速流动的钢液与耐火材料壁面之间由于相对运动而产生 剪切应力，不断地撕裂、剥落表面耐火材料。剪切应力，不断地撕裂、剥落表面耐火材料。湍流加剧了局部钢液的搅动，促进冲蚀过程。湍流加剧了局部钢液的搅动，促进冲蚀过程。因此，钢液对耐火材料的冲蚀需考虑剪切应力与湍流强度两方因此，钢液对耐火材料的冲蚀需考虑剪切应力与湍流强度两方面主要因素。面主要因素。 式中，Wff为钢液对耐

7、火材料的冲蚀率；为壁面剪切力，Pa； I为湍流强度；x、y、z分别为位置坐标，m。 中间包内的耐火材料在高温下的冲蚀可看作塑性冲蚀。中间包内的耐火材料在高温下的冲蚀可看作塑性冲蚀。二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁以二流板坯中间包为例，系统研究了不同控流装置的配置以二流板坯中间包为例，系统研究了不同控流装置的配置对中间包耐火材料冲蚀强度的影响。对中间包耐火材料冲蚀强度的影响。 中间包中心截面钢液流场中间包中心截面钢液流场 （a） 挡渣堰距离入口挡渣堰距离入口750mm （b） 挡渣堰距离入口挡渣堰距离入口1200mm （c） 挡渣堰距离入口挡渣堰距离入口1500mm 钢液对耐火材料的冲蚀强

8、度钢液对耐火材料的冲蚀强度 钢液对耐火材料的冲蚀率钢液对耐火材料的冲蚀率 二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁渣蚀过程受熔渣/耐火材料化学组成、温度、流动及材料显微结构等多因素影响。101520253035400.00.51.01.52.0渣蚀深度/渣蚀深度/mm转 速转 速/(r/min) 耐火材料与熔渣的相对运动会加速熔渣与耐火材料间的传质过程。动态抗渣实验表明：转速与渗透侵蚀界面层的厚度成正比：d=0.053r-0.04二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁转速(r)中心温度(K)边缘温度(K)中心应力(MPa)边界应力(GPa)101484.66

9、1785.4113.419.0201459.711782.6314.819.4301435.251779.929.6719.8401410.381777.1530.521.5不同转速条件下不同转速条件下试样温度与热应力分布试样温度与热应力分布熔渣相对运动同时也导致耐火材料与熔渣界面处热应力递增，因而导致界面产生裂纹而加速熔渣的渗透和侵蚀。F=19.79-0.11r+0.004r21020304018.519.019.520.020.521.021.522.0边 界热应力值边 界热应力值/GPa转 速转 速(r/min) 边界热 应力 F=19.7875-0.11r+0.004r2 二二 连铸耐

10、火材料损毁连铸耐火材料损毁透气砖透气砖 弥散式弥散式 直通孔式直通孔式 直通狭缝式直通狭缝式 组合式组合式 二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁不同吹气量对透气耐火材料温度场的影响不同吹气量对透气耐火材料温度场的影响吹气量为吹气量为7L/min吹气量为吹气量为10L/min二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁吹气量为吹气量为13L/min 吹气量为吹气量为15L/min二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁不同吹气量对透气耐火材料温度场的影响不同吹气量对透气耐火材料温度场的影响 透气砖应力场透气砖应力场 n 36m3/h (b) 45m3/h (c) 54m3/h不同的吹气量条件下透气砖热

11、应力分布（不同的吹气量条件下透气砖热应力分布（MPa） 二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁(a) 0.16mm(b) 0.20mm (c) 0.25mm不同缝宽透气砖在烧氧过程中的轴向热应力分布不同缝宽透气砖在烧氧过程中的轴向热应力分布 (MPa) 二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁要求性能要求性能 抗热震性好抗热震性好 高温强度大高温强度大 耐侵蚀性强耐侵蚀性强二二 连铸耐火材料损毁连铸耐火材料损毁三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料塞棒：塞棒： 二战前唯一钢流控制方式 材质 粘土质，叶腊石 二战后，平炉大型化，钢包大型化 脱碳技术和连铸技术引进，钢水滞留时间延长。 设计思路：设计思路：

12、Hard Head, Soft Nozzle Soft Head, Hard Nozzle 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料洋葱洋葱 鳞片石墨鳞片石墨 1 1、塞头：层状材料、塞头：层状材料 塞棒本体：铝碳质、熔融石英塞棒本体：铝碳质、熔融石英棒头：棒头：Al2O3-C质、质、MgO-C质、质、ZrO2-C质、质、MgAl2O4-C质。质。塞棒棒头和渣线部位材质的组成和性能塞棒棒头和渣线部位材质的组成和性能项目项目本体本体棒头和渣线棒头和渣线化学组成化学组成C31.215.613.314.8B2O31.6-2.00.6ZrO20.9-4.673.5CaO-3.1Al2O352.01.182.50

13、.7MgO-71.3-1.0SiO215.7体积密度体积密度g/cm32.352.532.873.61显气孔率显气孔率17.916.816.315.6常温抗折强度常温抗折强度MPa8.1浇注钢钟浇注钢钟普通钢普通钢钙处理钢钙处理钢高氧钢高氧钢高锰钢高锰钢三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料 高热导率高热导率 低膨胀系数低膨胀系数 高电阻高电阻 低介电常数低介电常数 高熔点高熔点 与钢水不润湿与钢水不润湿 AlN基本性能基本性能性能 AlN Al2O3 Si3N4 SiC 熔点（） 2450（升华分解） 2050 1900 2100 真密度（g.cm-3） 3.2

14、6 3.99 3.18 3.21 热导率 (25,W.m-1.K-1) 130220 2030 1040 41 热膨胀系数 (25-1000,10-6K-1) 4.4 7.27.4 3.2 4.4 弹性模量(GPa) 310 370 320 450 抗弯强度（MPa） 300400 300350 980 450 硬度(GPa) 12 25 20 25.5 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料含含AlN整体塞棒棒头与浸入式水口碗部用材料性能整体塞棒棒头与浸入式水口碗部用材料性能材质材质化学组成化学组成体积体积密度密度g/cm3显气显气孔率孔率耐压耐压强度强度MPa抗折抗折强度强度MPaAl2O3MgO

15、SiO2AlNC+SiCMgO-C468-282.4217.0328.0AlN-Al2O3-C55-30152.5719.55414.5三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料具有缓解热应力功能的组分梯度层具有缓解热应力功能的组分梯度层热膨胀系数梯度热膨胀系数梯度功能梯度材料功能梯度材料温度梯度温度梯度高温区高温区低温区低温区2、塞头：梯度材料、塞头：梯度材料1984年，日本科学家平井敏雄首先提出。年，日本科学家平井敏雄首先提出。 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料通过连续地改变两种材通过连续地改变两种材料的组成和结构，使其料的组成和结构，使其内部界面消失，从而得内部界面消失，从而得到功能相应于组成和结到功

16、能相应于组成和结构的变化而渐变的非均构的变化而渐变的非均质材料，以减小和克服质材料，以减小和克服结合部位的性能不匹配结合部位的性能不匹配因素。因素。 梯度塞棒耐火材料梯度塞棒耐火材料设想：设想： 镁碳质棒头与铝碳质塞棒本体镁碳质棒头与铝碳质塞棒本体 热膨胀系数不匹配热膨胀系数不匹配 镁碳质材料抗侵蚀，但不耐冲刷镁碳质材料抗侵蚀，但不耐冲刷 采用采用“过渡层过渡层”制成制成“梯度梯度”塞棒耐火材料，消除热塞棒耐火材料，消除热应力，以提高两者之间结合强度和抗钢水冲刷能力。应力，以提高两者之间结合强度和抗钢水冲刷能力。 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料实例实例三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料三三 塞棒耐

17、火材料塞棒耐火材料各部分化学分析各部分化学分析CAl2O3SiO2MgO棒头棒头8.97.280.3077.01棒头后部棒头后部17.21.451.8577.85棒身过渡带棒身过渡带22.963.375.051.21棒身棒身31.251.713.08-各部分物理性能各部分物理性能显气孔率显气孔率体积密度体积密度g/cm3耐压强度耐压强度MPa抗折强抗折强度度MPa抗折强度抗折强度 MPa 140015min棒头棒头92.81-棒头后部棒头后部162.6029-棒身棒身17.52.3623.576.376.23三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料 在钢包、中间包底部的滑动水口系统中，用来控制钢水流在钢

18、包、中间包底部的滑动水口系统中，用来控制钢水流出和流量大小的功能性耐火材料。出和流量大小的功能性耐火材料。 承受承受温度骤然升降温度骤然升降，温差较大而引起裂纹扩展；，温差较大而引起裂纹扩展； 控制钢水流量时滑板控制钢水流量时滑板来回滑动来回滑动，使滑动面磨损，造成开合困难；，使滑动面磨损，造成开合困难； 钢水对铸孔的钢水对铸孔的冲刷冲刷，造成扩孔；，造成扩孔； 为提高抗侵蚀性和抗热震性，在滑板中添加了碳素原料，从而又引为提高抗侵蚀性和抗热震性，在滑板中添加了碳素原料，从而又引 起抗起抗氧化氧化性差和强度下降的问题。性差和强度下降的问题。 四四 滑板耐火材料滑板耐火材料滑板滑板 控制铝锆碳滑板

19、材料的控制铝锆碳滑板材料的微气孔结构微气孔结构，优化材料的性能，优化材料的性能， 试想在现行滑板的基础上进一步提高滑板的使用寿命。试想在现行滑板的基础上进一步提高滑板的使用寿命。 采用不同碳素原料采用不同碳素原料 硅粉粒度及添加量硅粉粒度及添加量 Al2O3微粉微粉 烧成温度烧成温度基本思路：基本思路：四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 在1000t的摩擦压砖机上压制标准砖，烧成以后，把试验样砖切成断面呈梯形、厚约25mm、高110mm条形试样，组装成坩埚。侵蚀剂为钢包渣，钢渣的化学分析结果见表。在坩埚底部放入钢块，加热熔化后加入钢渣，在15801620温度范围内保温3h，每隔1.5h换一次渣，保

20、持渣线位置不变，待冷却后取出试样，沿渣线方向切开，通过检测蚀损深度来判定抗渣性。成分成分TFeSiO2Al2O3CaOMgOF含量含量%28.3310.3812.9832.0810.010.49渣的化学成分分析渣的化学成分分析 采用电磁感应炉抗渣法采用电磁感应炉抗渣法四四 滑板耐火材料滑板耐火材料抗氧化磨耗性抗氧化磨耗性 将试样置于电炉中，在11002h条件下氧化（升温曲线为：1h，200；2h，200500；3h，5001100），随炉冷却以后的试样在常温耐磨试验机（型号CWNMJ-9901A）上进行耐磨试验。试验条件：将1kg碳化硅粉（粒度0.30.5mm）喷吹到被氧化试样的表面，喷吹时间

21、为450秒，工作压力为448kPa。通过测定体积损失来表征抗氧化磨耗性好坏。体积损失计算公式为：32112/cmggWgWWWV氧化后试样的密度，磨性之后的重量，氧化后的试样在检测耐磨性之前的重量，氧化后的试样在检测耐其中，体积损失四四 滑板耐火材料滑板耐火材料炭素原料对滑板材料显微结构及性能的影响炭素原料对滑板材料显微结构及性能的影响 材料中生成大量质量较好的SiC晶须，能够使材料形成更好的陶瓷结合，可以有效地提高材料的强度，改善材料的显微结构。 选用炭黑A和炭黑B两种超细炭素以及鳞片石墨三种原料，考察这三种炭素原料的添加对材料结构与性能的影响。制得的烘干试样在隧道窑中埋炭烧成（14808h

22、）。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料试样的物理性能及微孔率试样的物理性能及微孔率编编号号配料配料特点特点显气显气孔率孔率%体积体积密度密度g/cm3常温耐常温耐压强度压强度MPa高温抗高温抗折强度折强度MPad1m微孔率微孔率%T1鳞片鳞片石墨石墨11.53.1448.49.956.1T2炭黑炭黑A7.13.1673.813.7570.2T3炭黑炭黑B10.33.0867.311.2571.4图图2 试样试样T1,T2,T3的孔径的累积分布曲线的孔径的累积分布曲线可以发现，所有试样基本上没有可以发现，所有试样基本上没有直径直径d100m的孔，但试样的孔，但试样T2、T3中直径中直径d1m的气孔体

23、积比的气孔体积比率明显比率明显比T1增加。其中试样增加。其中试样T1、T2和和T3中孔洞直径中孔洞直径d1m的孔体的孔体积总量占总孔体积的比率分别为积总量占总孔体积的比率分别为56.1%、70.2%和和71.4%。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料a）石墨（）石墨（T1) b) 炭黑炭黑A (T2) c)炭黑炭黑B(T3) 图图10 添加不同炭素原料的铝锆碳滑板试样的断口添加不同炭素原料的铝锆碳滑板试样的断口SEM照片照片四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 硅粉添加量及粒度对材料显微结构及性能的影响硅粉添加量及粒度对材料显微结构及性能的影响 图图4 试样强度随硅粉添加量的变化试样强度随硅粉添加量的变化

24、 图图5 试样抗氧化性随硅粉添加量的变化试样抗氧化性随硅粉添加量的变化（J1J2 J3 J4 ）四四 滑板耐火材料滑板耐火材料图图6 试样抗氧化磨耗性与硅粉添加量的关系试样抗氧化磨耗性与硅粉添加量的关系 图图7 侵蚀后试样的外貌侵蚀后试样的外貌J2:2.8mmJ3:3mm四四 滑板耐火材料滑板耐火材料添加不同粒度金属硅粉对材料性能的影响添加不同粒度金属硅粉对材料性能的影响表表3 3 添加不同粒度金属硅粉试样物理性能与微孔率添加不同粒度金属硅粉试样物理性能与微孔率编号显气孔率%体积密度g/cm3常温耐压强度MPad1m的微气孔率 %J4-粗18.62.9471.770.9J5-细17.62.98

25、80.880.8J4 J5图图8 烧成后试样烧成后试样J4、J5的孔径分布曲线的孔径分布曲线 烧成试样的性能烧成试样的性能指标表明，与试样指标表明，与试样J4相比，试样相比，试样J5的显气的显气孔率较低，常温耐压孔率较低，常温耐压强度较高，体积密度强度较高，体积密度较大，微气孔率也较较大，微气孔率也较高。即添加粒度较细高。即添加粒度较细的硅粉更能改善材料的硅粉更能改善材料的物理性能和微孔结的物理性能和微孔结构。构。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 在在14002h条件下检测试样条件下检测试样J4、J5的抗氧化情况：的抗氧化情况： J4 J5 图图9 9 氧化后试样的切开面氧化后试样的切开面四四

26、滑板耐火材料滑板耐火材料 添加较细粒度添加较细粒度Si粉的试样粉的试样J5的抗氧化性较好。的抗氧化性较好。试样J4J5氧化深度，mm75.5氧化失重率，%1.671.62 较细粒度硅粉（较细粒度硅粉（J5）图图11 添加不同粒度硅粉的铝锆碳滑板试样的断口添加不同粒度硅粉的铝锆碳滑板试样的断口SEM照片照片较粗粒度硅粉较粗粒度硅粉(J4)a)J2 b) J4 c) J5图图12 烧成试样的衍射图谱烧成试样的衍射图谱四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 烧成温度对材料性能的影响烧成温度对材料性能的影响将烘烤后的将烘烤后的T2试样在电炉中分别以试样在电炉中分别以A、B、C （1100ABC1600）三个温

27、度埋炭烧成。）三个温度埋炭烧成。 图图3 试样性能与烧成温度的关系试样性能与烧成温度的关系 四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 A （低温烧成）（低温烧成） C（高温烧成）（高温烧成） 图图13 不同温度烧成后铝锆碳滑板试样断口的不同温度烧成后铝锆碳滑板试样断口的SEM照片照片四四 滑板耐火材料滑板耐火材料Al2O3微粉对材料显微结构及性能的影响微粉对材料显微结构及性能的影响微粉填充在颗粒的孔隙中，有利于紧密堆积；微粉填充在颗粒的孔隙中，有利于紧密堆积；在烧成的过程中，微粉有利于传质，促进烧结。在烧成的过程中，微粉有利于传质，促进烧结。实验所选用的微粉有：实验所选用的微粉有： 活性氧化铝微粉活性氧

28、化铝微粉-1 活性氧化铝微粉活性氧化铝微粉-2 白刚玉微粉白刚玉微粉 板状刚玉板状刚玉T-60 煅烧氧化铝微粉煅烧氧化铝微粉四四 滑板耐火材料滑板耐火材料表表4 微粉原料的比表面积和粒度分布微粉原料的比表面积和粒度分布 微粉比表面积m2/g粒度径距d10md50md90m真密度g.cm-.3活性氧化铝微粉-13.02.5活性氧化铝微粉-22.564.460.6832.52911.9603.9522白刚玉微粉1.355.3420.7588.06743.851板状刚玉T-603.0煅烧氧化铝微粉0.94.0除了白刚玉微粉的除了白刚玉微粉的d50较大以外，板状刚玉微粉较大以外，板状刚玉微粉T-60、

29、煅烧氧化、煅烧氧化铝微粉、活性氧化铝微粉铝微粉、活性氧化铝微粉-1、活性氧化铝微粉、活性氧化铝微粉-2的的d50数据相差数据相差很小。很小。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 在细粒度粉料总量保持不变的基础上，分别以五种微粉替代部分粒在细粒度粉料总量保持不变的基础上，分别以五种微粉替代部分粒度度0.044mm的板状刚玉细粉进行配料，如表的板状刚玉细粉进行配料，如表5所示。试样经所示。试样经11024h干燥后在隧道窑中埋炭烧成（干燥后在隧道窑中埋炭烧成（14706h）。）。原 料L1L2L3L4L5L6板状刚玉0.044mm+板状刚玉微粉T-60+煅烧氧化铝微粉+活性氧化铝微粉-1+活性氧化铝微粉-

30、2+白刚玉微粉+试验配比特点试验配比特点四四 滑板耐火材料滑板耐火材料表表6 6 烧成后试样的物理性能及微孔率烧成后试样的物理性能及微孔率试样编号显气孔率%体积密度g.cm-.3常温耐压强度MPa高温抗折强度MPa微孔率%L112.43.1172.27.9532.7L211.23.1488.510.9838.4L311.03.1496.110.1037.5L411.13.1385.1 12.6142.8L511.23.14105.8 14.8237.0L611.33.1292.614.6458.6四四 滑板耐火材料滑板耐火材料L1：对比试样；L2，L6：添加一种微粉；L3，L4，L5：添加二种

31、微粉。n鈴木遼平等较为系统地研究了颗粒粒度组成对氧化铝砖、氧化铝-碳砖性能影响。氧化铝砖及氧化铝-碳砖中不同粒度氧化铝的比例四四 滑板耐火材料滑板耐火材料n粒度组成对氧化铝砖性能的影响四四 滑板耐火材料滑板耐火材料粒度组成对氧化铝-碳砖性能的影响四四 滑板耐火材料滑板耐火材料工业试验工业试验根据上述实验结果，对配方进一步优化在马钢耐火材料公司研制了Al2O3-ZrO2-C滑板，并在马钢第二钢轧总厂扩大试用。试用工艺条件：氧气顶吹转炉四座（30t4），平均出钢量36t，钢包公称容量40t，浇注时间3050min，钢包浇注温度：15701640，全连铸。浇注钢种：Q235195、16Mn矿、Q34

32、5、HRB335-400等。共试用滑板300套，跟踪观察使用情况得出如下结果： 滑板平均寿命3次，有一定数量的滑板连用次数达到4次，正常情况下，滑板孔扩径一般为1015mm，少数为18mm。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料金属复合铝（锆）碳滑板金属复合铝（锆）碳滑板 抗氧化性好抗氧化性好 热震稳定性高热震稳定性高 抗侵蚀性强抗侵蚀性强 高温强度大高温强度大 编编号号热处热处理温理温度度化学组成化学组成 显气显气孔率孔率体积体积密度密度g/cm3抗折强度抗折强度MPa侵蚀侵蚀指数指数抗氧化指数抗氧化指数使使用用寿寿命命Al2O3ZrO2F.CAlR.T140050010001100080128-4

33、.63.42332214030354250095.5-3a8.33.1422331008030-3500100095.5-4a7.23.19353710050256四四 滑板耐火材料滑板耐火材料印度八达通卡有限公司印度八达通卡有限公司纳米材料对纳米材料对Al2O3-ZrO2-C耐火材料性能的影响耐火材料性能的影响四四 滑板耐火材料滑板耐火材料纳米材料对纳米材料对Al2O3-ZrO2-C耐火材料性能的影响耐火材料性能的影响四四 滑板耐火材料滑板耐火材料纳米结构基质在纳米结构基质在SN滑板材料中应用滑板材料中应用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料纳米结构基质在纳米结构基质在SN滑板材料中应用滑板材料中

34、应用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料纳米结构基质在纳米结构基质在SN滑板材料中应用滑板材料中应用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料纳米结构基质在纳米结构基质在SN滑板材料中应用滑板材料中应用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料抗热震性抗热震性透气性透气性抗钢水渗透性抗钢水渗透性熔点高熔点高热膨胀系数小热膨胀系数小晶粒呈柱状、针状晶粒呈柱状、针状机械强度机械强度微孔高强微孔高强透气材料透气材料Al2O3-SiO2溶胶溶胶/凝胶凝胶外加剂外加剂莫来石晶须莫来石晶须莫来石凝胶莫来石凝胶SEM照片照片微孔高强透气材料微孔高强透气材料SEM照片照片五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙

35、耐火材料透气材料透气材料显气孔率显气孔率%耐压强度耐压强度MPa抗折强度抗折强度MPa气孔平均直径气孔平均直径m透气度透气度m2未添加凝胶粉未添加凝胶粉32112.525.1521.1添加凝胶粉添加凝胶粉11.2623.5孔径3111.727透气材料凝胶处理前后的孔径分布及物理性能对比透气材料凝胶处理前后的孔径分布及物理性能对比 510152025303540452030405060708090100 累积分布，%孔径，m 未加凝胶粉 添加凝胶粉（1500C3h）五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料气气泡泡捕捕获获夹夹杂杂物物机机理理示示意意图图 数值模拟 优化设计方案工业试验工业试验钢水流

36、场钢水流场夹杂物运行轨迹夹杂物运行轨迹夹杂物去除率夹杂物去除率修修正正模模型型水力模拟吹气参数吹气参数控流位置控流位置气泡大小气泡大小气幕挡墙冶金气幕挡墙冶金五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料不吹气不吹气(A)与吹气与吹气(B)的流场比较的流场比较(A)(A)只采用湍流控制器的中间包内，在湍流控制器的两侧，形成较大的回流区，不利于夹杂物的上浮。五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料不吹气不吹气(A)与吹气与吹气(B)的流场比较的流场比较(B)(B)气幕挡墙和湍流控制器配合使用时，形成的气泡幕改变了钢液的流动方向，迫使钢液向上流动。在气幕挡墙的两侧形成两个方向相反的回流区，使该区域钢液的混合加剧。五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料湍流控制器湍流控制器+上挡墙上挡墙+下挡墙下挡墙 湍流控制器湍流控制器+气幕挡墙气幕挡墙+下挡墙下挡墙 湍流控制器湍流控制器+气幕挡墙气幕挡墙+上挡墙上挡墙 五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料湍流控制器湍流控制器+气幕挡墙气幕挡墙+上挡墙上挡墙+下挡墙下挡墙 五五 气幕挡墙耐火材料气幕挡墙耐火材料0.00.51.01.52.02.50.00.2