非氧化物耐火材料的进展课件

1、非氧化物耐火材料的进展课件1非氧化物耐火材料的进展非氧化物耐火材料的进展 非氧化物耐火材料的进展课件2简简 介介 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 无机非金属材料系无机非金属材料系非氧化物耐火材料的进展课件3结构材料研究室结构材料研究室-耐火材料耐火材料 耐火材料是高温技术工业不可缺少的基耐火材料是高温技术工业不可缺少的基础材料，其应用领域：础材料，其应用领域：钢铁冶金工业钢铁冶金工业-60%-60%有色金属冶炼有色金属冶炼-20%-20%建材工业建材工业 -10%-10%机械工业机械工业化学工业化学工业非氧化物耐火材料的进展课件4无机非金属材料概况无机非金属材料概况耐火材料方向耐火材料方

2、向1 1、行业概况；、行业概况；2 2、发展前景；、发展前景；3 3、研究方向、研究方向非氧化物耐火材料的进展课件5耐火材料的定义耐火材料的定义 耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于15801580的无机非金属材料的无机非金属材料。非氧化物耐火材料的进展课件6钢铁工业概况钢铁工业概况 目标目标: :提高钢材质量，降低单耗，控制总量。提高钢材质量，降低单耗，控制总量。非氧化物耐火材料的进展课件7我国钢铁冶金技术的发展我国钢铁冶金技术的发展 耐火材料随冶金技术的进步而发展，不同阶段的冶金工艺对耐耐火材料随冶金技术的进步而发展，不同阶段的冶金工艺对耐火材料有不同要求：火材料有不同要求： 钢铁

3、冶炼第一代技术的特征：以空气底吹转炉、酸性平炉、模钢铁冶炼第一代技术的特征：以空气底吹转炉、酸性平炉、模铸为代表的第一代生产流程技术。铸为代表的第一代生产流程技术。 钢铁冶炼第二代技术的特征：铁水预处理、氧气顶底吹转炉、钢铁冶炼第二代技术的特征：铁水预处理、氧气顶底吹转炉、炉外精炼、连铸技术、控制轧制为代表。连铸不仅提高了钢铁炉外精炼、连铸技术、控制轧制为代表。连铸不仅提高了钢铁成材率和生产效率成材率和生产效率, ,而且促进了钢铁生产从单元化、间断生产而且促进了钢铁生产从单元化、间断生产的模式向连续化方向发展。熔融还原、薄板坯连铸连轧等技术的模式向连续化方向发展。熔融还原、薄板坯连铸连轧等技术

4、则是对第二代技术的完善及补充。则是对第二代技术的完善及补充。 钢铁冶炼第三代技术特征：氢气冶金。钢铁冶炼第三代技术特征：氢气冶金。 三代技术对耐火材料提出不同的要求。三代技术对耐火材料提出不同的要求。 非氧化物耐火材料的进展课件8钢铁工业用耐火材料小结钢铁工业用耐火材料小结 中国是钢铁生产的大国中国是钢铁生产的大国, ,产量占世界总产量的产量占世界总产量的1/31/3。 耐火材料约耐火材料约60%60%用于钢铁冶金。用于钢铁冶金。 高炉长寿是目前主要目标。高炉长寿是目前主要目标。 中国是耐火材料生产和消耗的第一大国。市场中国是耐火材料生产和消耗的第一大国。市场前景广阔，同时也面临很多机遇和挑战

5、。前景广阔，同时也面临很多机遇和挑战。非氧化物耐火材料的进展课件9第二代冶金技术的重要特征之二非氧化物耐火材料的进展课件10非氧化物耐火材料的进展课件11 炉口 炉帽 耳轴区 冲击区炉坡永久衬底吹透气砖 炉底 炉身 出钢口炼钢转炉炼钢转炉非氧化物耐火材料的进展课件12 非氧化物耐火材料的进展课件13 非氧化物耐火材料的进展课件14 非氧化物耐火材料的进展课件15炼钢电炉炼钢电炉 非氧化物耐火材料的进展课件16 非氧化物耐火材料的进展课件17 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 无机非金属材料系无机非金属材料系非氧化物耐火材料的进展课件18炼钢钢包炼钢钢包非氧化物耐火材料的进展课件19非氧化物

6、耐火材料的进展课件20Star-lined Slots星线槽(1) 0.1 x 16 mm(2) 0.25 x 16 mm(3) 0.4 x 10 mm(4) 0.175 x 16 mmSlots in length-section沿长度方向的截面Steel-Cone 圆锥式套管Porous Indicator气体指示器(cross-section 横截面 40 x40mm)Gas ConnectionTube气体连接管Castable 浇筑料Gas Distribution Chamber气体分配室120mm150mm扁缝直通式透气芯非氧化物耐火材料的进展课件21钢水流量控制技术 非氧化物耐

7、火材料的进展课件22非氧化物耐火材料的进展课件23连铸工艺连铸工艺非氧化物耐火材料的进展课件24非氧化物耐火材料的进展课件25非氧化物耐火材料的进展课件26非氧化物耐火材料的进展课件27MONOBLOCK STOPPERMATERIAL OPTIONS STOPPER WELLBLOCKS整体塞棒塞棒的选择座砖Grasanit HX01Grasanit HX25Grasanit HX28Grazettral TX02Gramagal WX08Ankoform C84 0-15Resistal B80 PCBody material Body material Nose enhancement

8、Nose enhancement Nose enhancement Grasanit HX01General steel grades Grasanit HX25Aggressive steel grades Grasanit HX28Nose enhancement for aggressive steelGrazettral TX02Nose enhancement for high O steelGramagal WX08Nose enhancement for Ca steelRHI China RHI Europe 本体材料本体材料强化的塞头强化的塞头强化的塞头适合普通钢种适合侵蚀性

9、钢种强化塞头适合侵蚀性钢种强化塞头适合高含氧量的钢种塞头强化适合含钙的钢种奥镁中国奥镁欧洲2 Body material 本体材料Grasanit HX12Body material 本体材料Grasanit HX18Body material 本体材料Grasanit HX25Body material 本体材料Grasanit D05HInner layer material 内层材料Grazettral TX18Slag band渣线Grazettral TX21Slag band渣线Gramagal WX08Seating material 咬合界面材料Grasanit HX01Gen

10、eral steel grades适合普通钢种Grasanit HX12Long casting times, anti-clogging 浇注时间长，防堵塞Grasanit HX18Cold start material 免烘烤材料Grasanit HX25Aggressive steel grades 适合耐侵蚀性钢种Grasanit D05HCarbon free anti-clogging material 无碳防堵塞材料Grazettral TX18Standard slag band 标准渣线Grazettral TX21High resitstant slag band 渣线部位

11、耐侵蚀Gramagal WX08High abrasive resistant for seating area咬合界面耐侵蚀SUBMERGED ENTRY NOZZLE 浸入式水口浸入式水口MATERIAL OPTIONS SEN 浸入式水口的选择浸入式水口的选择非氧化物耐火材料的进展课件28PRODUCT品种CHEMICAL PROPERTIES WEIGHT - %PHYSICAL PROPERTIES化学成分物理性能SiO%Al O%ZrO%GLV LOIMgO%Bulk Dens.g/cmAP Vol.%CMOR N/mmGRASANIT HX0114.552.0-32.0-2.40

12、16.508GRASANIT HX109.060.07.023.0-2.6116.305GRASANIT HX2611.072.0-17.0-2.7217.008.5GRAZETTRAL TX0210.00.868.018.0-3.4016.009GRAZETTRAL TX186.076.013.0-3.6217.07.0GRAMAGAL WX0813.0 -17.070.02.5216.0062232体积密度显气孔率32LADLE SHROUD钢包长水口非氧化物耐火材料的进展课件29非氧化物耐火材料的进展课件30Thin Slab SEN薄板坯浸入式水口WELLBLOCKS / SPLIT

13、RING座砖座砖/分离环分离环Ankoform C84 0-15RHI ChinaMORTAR火泥火泥Resitect 190K E13 0-0,3RHI EuropeSUBMERGED ENTRY NOZZLE浸入式水口浸入式水口Grasanit HX12Body material本体材料Grasanit HX25Body material本体材料Grazettral TX18Slag band 渣线Grazettral TX21Slag band渣线Gramagal WX08Seating material座砖材料非氧化物耐火材料的进展课件31水泥工业用耐火材料水泥工业用耐火材料 2007

14、2007年水泥产量为年水泥产量为13.613.6亿吨。亿吨。 中国产量占世界的中国产量占世界的4545，居世界第一。，居世界第一。 自自19851985年起我国水泥产量已连续位居世界第年起我国水泥产量已连续位居世界第一位一位. .非氧化物耐火材料的进展课件32CementCement - - ANKRAL -SC (Chrome) ANKRAL -ZC (Hercynite) ANKRAL -RC (MA Spinel) ANKRAL -SZC (MagHer-Cr非氧化物耐火材料的进展课件33耐火材料行业的发展概况耐火材料行业的发展概况 世界范围内耐火材料概况世界范围内耐火材料概况 1 1、

15、欧洲引领耐火材料的发展：、欧洲引领耐火材料的发展： 奥镁公司、奥镁公司、LWBLWB、圣哥班、威苏威、雷法、摩根公司、圣哥班、威苏威、雷法、摩根公司均为总部在欧洲的跨国公司。均为总部在欧洲的跨国公司。 2 2、美洲（北美和南美）：、美洲（北美和南美）： 美国耐火材料产业受制于环境、发展前景不被看好、美国耐火材料产业受制于环境、发展前景不被看好、南美主要是巴西发展势头很好。南美主要是巴西发展势头很好。 3 3、非洲：、非洲： 耐火材料未进入真正的发展时期耐火材料未进入真正的发展时期. . 4 4、亚洲主要是中国和日本：、亚洲主要是中国和日本： 日本是一个岛国、耐火材料产业受制于资源、其基日本是一

16、个岛国、耐火材料产业受制于资源、其基本理念是低端产品放弃、只保留高端产品。本理念是低端产品放弃、只保留高端产品。非氧化物耐火材料的进展课件34发展概况小结发展概况小结 欧洲引领世界耐火材料发展；欧洲引领世界耐火材料发展； 北美耐火材料发展呈萎缩势态；北美耐火材料发展呈萎缩势态； 非洲尚未真正进入快速发展时期；非洲尚未真正进入快速发展时期； 南美以巴西为代表、品质与数量均未形成主流；南美以巴西为代表、品质与数量均未形成主流； 亚洲尤其是中国正在成为世界范围的耐火材料制亚洲尤其是中国正在成为世界范围的耐火材料制造研发中心。造研发中心。非氧化物耐火材料的进展课件35技术发展概况技术发展概况 世界耐火

17、材料技术发展路线：世界耐火材料技术发展路线： 欧洲技术路线，日本技术路线。欧洲技术路线，日本技术路线。 欧洲技术路线：欧洲技术路线： 稳定、安全、可靠稳定、安全、可靠是其基本出发点。是其基本出发点。非氧化物耐火材料的进展课件36技术发展概况技术发展概况日本技术路线：日本技术路线： 日本是一个岛国、缺乏资源尤其是耐火日本是一个岛国、缺乏资源尤其是耐火材料资源，再者是其很高的劳动力成本，决定其材料资源，再者是其很高的劳动力成本，决定其基本思路：基本思路： 经济、实用、高效！经济、实用、高效！非氧化物耐火材料的进展课件37中国的耐火材料工业现状：中国的耐火材料工业现状： 1、二十世纪八十年代以前,几

18、乎全部是国有企业。2、现在多为私有企业、股份制企业、中外合资及外资独资企业； （世界上所有的大型耐火材料企业均在中国建立了合资或独资公司世界上所有的大型耐火材料企业均在中国建立了合资或独资公司）。3、中国正在成为一个世界的耐火材料制造和研发中心。4、耐火材料生产企业至少1500家以上。非氧化物耐火材料的进展课件38中国耐火材料工业优势：中国耐火材料工业优势：(1) (1) 资源优势：主要原料资源优势：主要原料- -矾土（矾土（AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2系）、系）、菱镁矿（菱镁矿（MgCOMgCO3 3）、石墨（）、石墨（C C）等中国储量丰富。）等中国储量丰富。(2) (

19、2) 产量、产业规模和技术人员团队位居世界第产量、产业规模和技术人员团队位居世界第一。一。非氧化物耐火材料的进展课件39 中国未来在国际耐火材料的地位：中国未来在国际耐火材料的地位： (1) (1) 中国是耐火材料生产的第一大国，正在向强中国是耐火材料生产的第一大国，正在向强国转变。国转变。 (2) (2) 中国的耐火原料资源优势明显；钢铁工业、中国的耐火原料资源优势明显；钢铁工业、有色金属冶炼工业、水泥工业也已成为世界第一有色金属冶炼工业、水泥工业也已成为世界第一大国，对高性能耐火材料的研发具有很强的推动大国，对高性能耐火材料的研发具有很强的推动作用，中国耐火材料工业前景广阔。作用，中国耐火

20、材料工业前景广阔。非氧化物耐火材料的进展课件40我国耐火材料发展方向我国耐火材料发展方向 氧化物氧化物- -金属金属- -非氧化物复合材料非氧化物复合材料 耐火材料也已越出氧化物体系的范畴，发展耐火材料也已越出氧化物体系的范畴，发展为含有非氧化物，甚至金属的多元、多相、颗为含有非氧化物，甚至金属的多元、多相、颗粒尺寸级配的无机复合材料。粒尺寸级配的无机复合材料。非氧化物耐火材料的进展课件41“天然天然”原料合成标准的选择原料合成标准的选择国家政策国家政策 低碳低碳非氧化物耐火材料的进展课件42一、一、 未来耐火材料原料的来源？未来耐火材料原料的来源？资源丰富、性能超群、性价比适资源丰富、性能超

21、群、性价比适合合用什么工艺来生产它们？用什么工艺来生产它们？非氧化物耐火材料的进展课件43非氧化物耐火材料非氧化物耐火材料o SiCo Co Sialono Si3N4(Fe)o AlONo Mgalono AlN非氧化物耐火材料的进展课件44Si3N4o N N2 2 - - 大气总体积的大气总体积的78%78%； Si Si 地壳总重量的地壳总重量的26%26%。o SiSi3 3N N4 4 陶瓷具有高硬度、耐磨损、陶瓷具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀等，并具有优良的抗氧化性耐腐蚀等，并具有优良的抗氧化性和耐冲击性能。和耐冲击性能。o SiSi3 3N N4 4特别适用于高温结构部件。特别适用

22、于高温结构部件。非氧化物耐火材料的进展课件45举例说明举例说明：o3Si+ 2N3Si+ 2N2 2SiSi3 3N N4 4非氧化物耐火材料的进展课件46Si3N4的生产工艺的生产工艺o 低压合成低压合成o 连续生产连续生产 o 超大规模超大规模 o “高活性高活性” ” 系列化的产品：系列化的产品： SiSi3 3N N4 4 , Sialon , Alon , Sialon , Alon非氧化物耐火材料的进展课件47硅源硅源n 纯原料（纯原料（SiSi）n “二次原料二次原料”（各（各种）种）n 含硅原料含硅原料非氧化物耐火材料的进展课件48Si3N4o硅闪速燃烧合成产物的硅闪速燃烧合成

23、产物的XRD图谱图谱 1020304050607080900500010000150002000025000*: -SiN4*: Si2N2OIntensity (CPS) 2 (非氧化物耐火材料的进展课件49氮化硅的氮化硅的SEMSEM照片照片 非氧化物耐火材料的进展课件50氮化硅柱状晶的氮化硅柱状晶的SEMSEM形貌形貌 非氧化物耐火材料的进展课件51o硅铁闪速燃烧合成产物的硅铁闪速燃烧合成产物的XRD图谱图谱 Si3N4 (Fe)10203040506070809005000100001500020000* 2 (Intensity (CPS): -Si3N4: -SiN4*: Fe3S

24、i: Al0.5Fe3Si0.5SiO2非氧化物耐火材料的进展课件52FeSi75FeSi75硅铁合金的背散射图硅铁合金的背散射图 非氧化物耐火材料的进展课件53金属硅与金属硅与相之间存在的裂缝相之间存在的裂缝 非氧化物耐火材料的进展课件54 FeSi75FeSi75硅铁合金的背散射图硅铁合金的背散射图 非氧化物耐火材料的进展课件55氮化硅铁剖面的氮化硅铁剖面的SEMSEM照片照片 非氧化物耐火材料的进展课件56Si3N4 (Fe)o 闪速燃烧反应产物中闪速燃烧反应产物中Si3N4 与与Fe3Si的关系的关系非氧化物耐火材料的进展课件57Si3N4 (Fe)o Si3N4 与与Fe3Si关系的

25、放大图关系的放大图非氧化物耐火材料的进展课件58应用应用o炮泥炮泥金属（金属（e e）结合的氧化物和）结合的氧化物和非氧化物体系。非氧化物体系。非氧化物耐火材料的进展课件59添加氮化硅铁无水炮泥配合比添加氮化硅铁无水炮泥配合比非氧化物耐火材料的进展课件60逆反应烧结工艺逆反应烧结工艺 发明了可于氧化气氛下进行烧成的逆发明了可于氧化气氛下进行烧成的逆反应烧结工艺。以廉价的反应烧结工艺。以廉价的SiSi3 3N N4 4为原料，可为原料，可在常规耐火材料烧成窑中烧成，设备简单、在常规耐火材料烧成窑中烧成，设备简单、成本低。成本低。非氧化物耐火材料的进展课件61SiSi3 3N N4 4-SiC-S

26、iC复合耐火材料复合耐火材料oSiSi3 3N N4 43 3 3 3SiCSiC2 2o优缺点优缺点 非氧化物耐火材料的进展课件62SiCSiC系列耐火材料生产特点系列耐火材料生产特点 原料：高纯金属硅粉、进口氧化铝微粉，优质原料：高纯金属硅粉、进口氧化铝微粉，优质碳化硅，电熔棕刚玉，进口板状刚玉，低铁硅线碳化硅，电熔棕刚玉，进口板状刚玉，低铁硅线石、红柱石，高纯氮气（石、红柱石，高纯氮气（N N2 299.99%99.99%）等。）等。非氧化物耐火材料的进展课件63非氧化物结合非氧化物结合SiC生产工艺流程生产工艺流程SiCSiC细粉细粉/ Al/ Al2 2O O3 3细粉、金属硅粉、氧

27、化铝微粉、加入物细粉、金属硅粉、氧化铝微粉、加入物预混预混碳化硅颗粒碳化硅颗粒/ /刚玉颗粒刚玉颗粒混混 练练结合剂结合剂困困 料料成成 型型干干 燥燥氮化烧结氮化烧结检检 选选非氧化物耐火材料的进展课件64砖坯的成型砖坯的成型非氧化物耐火材料的进展课件65隧道式干燥窑隧道式干燥窑成型后的半成品成型后的半成品非氧化物耐火材料的进展课件66高温梭式窑高温梭式窑非氧化物耐火材料的进展课件67制氮机组制氮机组非氧化物耐火材料的进展课件68密闭氮化烧成窑车密闭氮化烧成窑车非氧化物耐火材料的进展课件69氮化烧成设备氮化烧成设备非氧化物耐火材料的进展课件70非氧化物结合系列耐火产品的理化性能非氧化物结合系

28、列耐火产品的理化性能性性 能能SiSi3 3N N4 4 -SiC -SiCSialon-SiCSialon-SiCSialon-AlSialon-Al2 2O O3 3SiC %SiC %73.0473.0474.8674.8679.1479.14（AlAl2 2O O3 3）SiSi3 3N N4 4 % %23.8223.825.955.95（N N ）5.395.39（N N）游离游离Si %Si %0.30.30.270.27 0.3 0.3FeFe2 2O O3 3 % %0.250.250.320.320.480.48显气孔率显气孔率 % %14148.68.69.09.0体积密

29、度体积密度 g/cmg/cm3 32.742.742.862.863.303.30耐压强度耐压强度 MPaMPa205205211211198198常温抗折强度常温抗折强度 MPaMPa56.456.459593333高温抗折强度高温抗折强度 MPaMPa（1400 1400 0.5h0.5h）6969636327.327.3热震稳定性（热震稳定性（11001100，水冷）次，水冷）次303030301515热膨胀系数（热膨胀系数（20-100020-1000）/10/10-6-6K K-1-14.54.55.15.15.85.8导热系数（导热系数（10001000）W/M.KW/M.K17.

30、8417.8416.516.54.084.08非氧化物耐火材料的进展课件71二二、金属、金属氧化物氧化物非氧化物非氧化物 耐火材料体系的研究耐火材料体系的研究非氧化物耐火材料的进展课件721 1 背景和目的背景和目的o 高炉长寿对炉衬提出了新的要求：高炉长寿对炉衬提出了新的要求： SiSi3 3N N4 4-SiC-SiC Sialon-SiC Sialon-SiC Sialon-Al Sialon-Al2 2O O3 3o 材料是在氮气氛下，经反应烧结而转变成材料是在氮气氛下，经反应烧结而转变成SiSi3 3N N4 4结结合或合或SialonSialon结合制品。结合制品。 （1 1）制氮

31、装置）制氮装置 （2 2）高温氮化炉）高温氮化炉 生产工艺复杂，成本高，阻碍作为耐火材料生产工艺复杂，成本高，阻碍作为耐火材料的推广使用。的推广使用。非氧化物耐火材料的进展课件73目的：在氧化气氛下烧结，并保持金属相存在。目的：在氧化气氛下烧结，并保持金属相存在。o 金属作为组元复合在无机材料中：金属作为组元复合在无机材料中：（）在适当的气氛形成相应的化合物；（）在适当的气氛形成相应的化合物； （）具有金属的特性。（）具有金属的特性。 金属金属氧化物氧化物非氧化物体系非氧化物体系 特点：具有特点：具有塑性塑性特点特点结果：所以无机材料中具有塑性金属相的存在必然结果：所以无机材料中具有塑性金属相

32、的存在必然给脆性陶瓷基材料带来一系列优越性能给脆性陶瓷基材料带来一系列优越性能 。非氧化物耐火材料的进展课件742 2 关键技术及创新性关键技术及创新性o 利用金属相塑性成型，使坯体气孔率降低；利用金属相塑性成型，使坯体气孔率降低； o 通过造膜技术，实现氧化气氛烧结金属通过造膜技术，实现氧化气氛烧结金属氧氧化物化物非氧化物体系耐火材料；非氧化物体系耐火材料；o 利用环境温度梯度的变化，点燃金属燃烧反利用环境温度梯度的变化，点燃金属燃烧反应。应。o 金属的助烧作用，实现耐火材料的低温烧成金属的助烧作用，实现耐火材料的低温烧成高温使用。高温使用。 生成氮氧化物或复合物，堵塞气孔，提高生成氮氧化物或复合物，堵塞气孔，提高了抗渣、铁侵蚀的能力。了抗渣、铁侵蚀的能力。非氧化物耐火材料的进展课件75o具有具有“自修复