耐火材料技术进步所面临的问题分解.ppt

 耐火材料技术进步所面临的问题 武汉科技大学 李 楠 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 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 耐火材料面临的问题 1） 长寿与低耗——永恒的主题 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 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 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 ① 保护耐火材料不受侵蚀，间接溶解 ② 阻塞气孔 扩散停止 自适应，自保护 渣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2 C/S 3.16 1.05 Al2O3 2.45 7.93 MgO 7.95 6.00 SiO2 14.48 39.62 CaO 45.78 41.60 MnO 2.46 - Fe2O3 26.47 1.27 C/S=3.16 C/S=1.05 CA6 Al2O3 CA6 Al2O3 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 热震损毁与热应力 存在问题： 1） 耐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： 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 传统滑板B与改进型滑板A中的应变分布 脱硫喷枪的热力学计算 二次待包冷却0.5h时温度场 二次作业结束时温度场 钢结构对热应力分布有很大影响。 耐火材料径向钢筋含量与喷枪热应力的关系 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。 细观力学应用原理 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 颗粒（骨料），2—基质，3—气孔，4—晶粒，5—晶界，6—裂纹 用细观力学计算的铝碳（含ZrO2）的结果 实测值 计算值 E (MPa) 6.3 6.15 γ 0.11 0.16 α (10-6/℃ ) 5.5 5.63 λ (W/m℃ ) 20.4 2.85 小结 ① 没有一个像碳复合耐火材料这样的新材料。 ② 冶金工业的进步，致使渣的成分和形状变化很大。 精细化 精细化的内容 ① 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。 ② 生产工艺精细化。 研发 生产 使用 要求 ① 有一批高水平的技术支持人员 ② 总承包： 卖出去就赚钱 省下来就赚钱 有利于可持续发展 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 耐火材料对钢水的有害作用 ① 污染钢水 ② 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。 耐火材料对钢水的有利作用 ① 吸附钢水中的夹杂 ② 不与或少与合金元素或附加元素反应 CaO[S] + [S] = (CaS) + [O] 4CaO[S] + 2[P] + 5[O] = Ca4P2O9(S) 3MgO[S] + 2[P] + 5[O] = Mg3P2O8(S) 环境、资源与能源 环境：① 粉尘 ② CO2、NOX、SiO2的排放。除菱镁石、白云石 以外，这些排放与能耗有关。 ③ 铬污染 资源：① 如何合理地开采，利用资源，如菱镁矿、硅 ② 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：① 耐火材料生产中的节能 ② 为工业炉节能做出贡献 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 铝硅系矿物的利用 铝工业要求矾土中Al2O3/SiO2不小于3～3.5。越高越好。 相当Al2O3含量75～78％。 Al2O3≥80％矾土——大部分铝工业 耐火材料出路 ① 将Al2O3与二、三级矾土进行合理配料，制备具有 良