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耐火材料技术的发展与探索

发布时间:2019-11-19

降耗和降低二氧化碳的排放已经成为世界高温工业发展的要求,耐火材料作为高温工业的关键基础性材料正面临着严峻挑战,一方面是其作为高温工业之一,生产过程应符合上述高温工业发展要求,另一方面,其应为所服务的高温工业安全运行、节能降耗提供物质保障,......

 
 

  节能降耗和降低二氧化碳的排放已经成为世界高温工业发展的要求,耐火材料作为高温工业的关键基础性材料正面临着严峻挑战,一方面是其作为高温工业之一,生产过程应符合上述高温工业发展要求,另一方面,其应为所服务的高温工业安全运行、节能降耗提供物质保障,为此,世界范围内的耐火材料工作者进行了大量的研究工作,并开发了新的耐火材料技术,有些已成功应用于实际。本文列举下面5 个方面的研究结果:

  1.轻质骨料耐火材料技术。

  2.含碳酸钙质耐火材料技术与钢质量。

  3.溶胶-凝胶结合浇注料技术。

  4.盐浸渍刚玉基浇注料技术。

  5.碳纳米管复合耐火材料技术。

  轻质骨料耐火材料技术

  对于某些特定的耐火材料并不需要其骨料具有较高体积密度及低气孔率。例如,基于耐火材料的渣侵蚀机理,基质往往是容易受渣侵蚀的部分,熔渣会绕道通过基质渗透到耐火骨料的后面,熔渣渗透到耐火材料的基质并与之反应形成一个渗透侵蚀层,由于侵蚀层和原质层之间热膨胀系数的差别,随后会在原质层和侵蚀层之间形成裂纹。随着裂纹的扩展,侵蚀层会和骨料一起剥落进入到渣中,这与骨料的体积密度及气孔率的高低无关。因此,对于使用于特定场合的耐火材料,可以使用轻质骨料代替高密度骨料,这样可以使耐火材料骨料和基质达到某种性能的平衡,同时,应用轻质骨料不但减少其在制备过程中能源消耗及CO2的排放,还可降低耐火材料的热导率,减少使用过程中炉衬的散热损失。采用新开发的轻质镁铝尖晶石骨料M85取代电熔镁砂制备方镁石尖晶石耐火材料,其常温和高温抗折强度、荷重软化温度及抗热震性能均高于采用电熔镁砂作为骨料的试样,而其热导率要低于镁砂骨料的试样。其次,开发的另一种轻质方镁石尖晶石骨料M40用于制备方镁石尖晶石浇注料,其与电熔镁砂骨料浇注料的抗渣侵蚀性相差不大,并不随二氧化硅微粉含量而改变。当二氧化硅含量高于2%时,轻质骨料制备浇注料的渗透指数低于镁砂骨料制备的浇注料。

 

  含碳酸钙质耐火材料技术与钢质量

  氧化钙(CaO)能够吸附钢中的夹杂物以及S,P 等有害元素,在已知的氧化物中它是最稳定的,对钢液的二次氧化很小,因此含CaO的耐火材料已广泛应用于洁净钢的生产中。但是CaO易水化,不能直接引入到中包耐火材料中。在中包耐火材料中引入石灰石(CaCO3)不仅可以避免CaO 水化的问题,而且在炼钢过程中能够生成高活性的CaO,对钢水的净化过程非常有利,同时使炉衬材料轻质化并起到了很好的保温效果。实际中发现在用后的中间包衬中仍发现有残留的石灰石,这意味着石灰石在预热阶段并未完全分解,而在炼钢过程中依然会继续分解,其分解产生的CO2可能会与钢液中的合金元素反应并对钢液的总氧含量产生影响。实验过程中将坩埚砌筑于感应炉,钢样放置于坩埚内,待钢样熔融,每间隔相同的时间对钢水取样。钢中总氧含量变化,在含石灰石坩埚中所熔钢样的总氧含量在前30分钟显著增加,随后趋于稳定,而不含石灰石坩埚中所熔钢样中总氧含量在熔炼的前90分钟一直有所增加后趋于稳定。而钢样中的碳含量变化证实石灰石分解出的二氧化碳中的碳进入钢水。上述结果可以认为在炼钢过程中耐火材料中的石灰石分解所释放出的CO2 会与钢中某些元素反应,导致钢中的C含量和总氧含量的增加。


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