耐火材料技术进步所面临问题

1、1耐火材料技术进步所面临的问题耐火材料技术进步所面临的问题武汉科技大学李李 楠楠湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地省部共建国家重点实验室培育基地2湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地耐火材料的技术进步推动力1） 冶金等用户技术进步的要求2） 基础学科的应用3） 交叉学科3湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地上世纪的主要技术进步1） 碳复合耐火材料2） 不定形耐火材料4湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地耐火材料面临的问题1） 长寿与低耗永恒的主题2

2、） 对熔炼物的污染3） 环境、能源与资源的要求洁净钢的要求新功能的开发，对钢水的净化作用降低能源与资源的消耗环境友好5湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地长寿与低耗耐火材料损毁的两大因素1） 化学侵蚀：熔损与渗透造成的结构剥落2） 热应力导致的开裂与破坏一对一的服务耐火材料生产的精细化6湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地化学侵蚀1） 耐火材料熔入渣中2） 形成高熔点固相，或高粘度液相 保护耐火材料不受侵蚀，间接溶解 阻塞气孔)(OSCCDJOSCC扩散停止自适应，自保护7湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地渣

3、对耐火材料溶解的判断例子例子，利用FactSage软件计算Al2O3在不同组成的渣中的溶解性渣1渣2C/S3.161.05Al2O32.457.93MgO7.956.00SiO214.4839.62CaO45.7841.60MnO2.46-Fe2O326.471.27C/S=3.16C/S=1.05CA6Al2O3CA6Al2O38湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地表面固相层形成的条件例子，在Al2O3颗粒表面生成CA6条件CaO-Al2O3-SiO2系相图系相图 9湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地热震损毁与热应力存在问题：1） 耐

4、火材料结构的复杂性2） 使用条件极为复杂理论研究严重不足试验方法缺乏科学基础原因：10湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地热应力的计算最近几年来发展很快，也取得一些应用成果。不同形状滑板应力值测定结果不同形状滑板应力值测定结果 11湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地传统滑板传统滑板B与改进型滑板与改进型滑板A中的应变分布中的应变分布 12湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地脱硫喷枪的热力学计算二次待包冷却二次待包冷却0.5h时温度场时温度场二次作业结束时温度场二次作业结束时温度场13湖北省耐火材料与高温陶瓷重

5、点实验室省部共建国家重点实验室培育基地钢结构对热应力分布有很大影响。82.285.290.382.582.986.285.183.782.98082848688909200.020.040.060.080.1径向钢筋占耐火材料占体积比最大热应力 /MPa 耐火材料径向钢筋含量与喷枪热应力的关系耐火材料径向钢筋含量与喷枪热应力的关系 14湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地细观力学的应用 当前热应力计算中存在的问题仍然把耐火材料看成一个均匀分布的整体。 不知道各个部分对整体性能的贡献是怎么样的。15湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地细观力

6、学应用原理按各组分的体积分数。按一定的计算模型，计算其整体性质。耐火材料的显微结构耐火材料的显微结构1.颗粒（骨料），2基质，3气孔，4晶粒，5晶界，6裂纹16湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地 用细观力学计算的铝碳（含ZrO2）的结果实测值计算值E (MPa)6.36.15 0.110.16 (10-6/ )5.55.63 (W/m )20.42.8517湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地小结 没有一个像碳复合耐火材料这样的新材料。 冶金工业的进步，致使渣的成分和形状变化很大。精细化18湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家

7、重点实验室培育基地精细化的内容 针对每一个冶金工艺的渣组成及性质，有针对性的研发耐火材料。一对一服务。 生产工艺精细化。研发生产使用19湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地要求 有一批高水平的技术支持人员 总承包：卖出去就赚钱省下来就赚钱有利于可持续发展20湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地洁净钢与耐火材料炼钢工程中各物质之间的关系。碱度组成组成氧化还原性熔化温度粘度显微结构组成物理化学性质结构钢合金元素渣耐火材料结构化学性质物理性质表面张力品种21湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地耐火材料对钢水的有害作用

8、 污染钢水 不与或少与合金元素或附加元素反应非铁元素：O、N、S、P、C 。Al + SiO2 (Al2O3)S + Si夹杂：氧化物夹杂，非氧化物夹杂。22湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地耐火材料对钢水的有利作用 吸附钢水中的夹杂 不与或少与合金元素或附加元素反应CaOS + S = (CaS) + O4CaOS + 2P + 5O = Ca4P2O9(S)3MgOS + 2P + 5O = Mg3P2O8(S)23湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地环境、资源与能源环境： 粉尘 CO2、NOX、SiO2的排放。除菱镁石、白云石以外

9、，这些排放与能耗有关。 铬污染资源： 如何合理地开采，利用资源，如菱镁矿、硅 用后耐火材料的回收利用。铝系矿物等。欧洲，20回收到地球中去。能源： 耐火材料生产中的节能 为工业炉节能做出贡献24湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地耐火材料资源合理利用面临优质资源枯竭MgO98的菱镁矿不多高铝矾土也大量开采，面临铝工业的竞争低铝矾土及粘土大量废弃，没得到合理的利用大量的白云石没有利用石墨等重要资源被大量利用与外销兰晶石、红柱石、硅线石利用25湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地铝硅系矿物的利用铝工业要求矾土中Al2O3/SiO2不小于33.

10、5。越高越好。相当Al2O3含量7578。Al2O380矾土大部分铝工业耐火材料出路 将Al2O3与二、三级矾土进行合理配料，制备具有良好性能的刚玉-莫来石。 选矿去硅提纯。26湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地低铝矾土与粘土的应用生产莫来石M70莫来石高硅氧玻璃复合材料M60、M50、M45、M30分为两类： 加K2O等易熔成分不加K2O等易熔成分27湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地莫来石 57%, 玻璃相 47 玻璃相成分SiO2Al2O3K2O897428湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地某实际M

11、60的晶相与玻璃相成分Al2O3SiO2Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OM60熟料57.1540.900.491.200.090.170.030.02晶相150071.0527.360.400.570.070.110.0040.001160071.9026.680.380.750.090.060.0030.002玻璃相15009.1186.090.783.310.160.370.100.1016008.3287.310.842.650.190.530.100.1029湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地耐火材料与工业炉节能散热冷空气烟气热空气辐射换热器蓄热器30湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地微孔绝热材料孔径小于气孔分子自由程含空气的气孔的导热系数与气孔孔径的关系31湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地微孔SiO2的性质B.D. 0.36 g/cm3A.P. 86 % (Wm-1k-1)60080010000.0430.0540.06932湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地轻骨料耐火材料高密度骨料？33湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地潜热蓄热器TCQT相变QTCQT加热 t1t2冷