第十七届全国耐火材料青年学术报告会在河南洛阳成功召开
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“第十七届全国耐火材料青年学术报告会”特邀报告(二)

2020年10月16日 16:45 耐火材料网 耐火材料网/文

中国耐火材料网

  10月13日下午14:00-18:00,中钢集团洛阳耐火材料研究院王战民教授级高工,武汉科技大学张海军教授,嘉晨集团郭宗奇博士,中国科学院过程工程研究所刘开琪博士,宝武装备智能科技有限公司邱文冬博士,江苏晶鑫新材料股份有限公司吕戌生高工,浙江自立新材料股份有限公司薛军柱总经理,益瑞石铝酸盐(中国)有限公司郜剑英博士和耐火材料杂志社彭西高社长做了精彩的演讲报告。报告分别由宝钢股份中央研究院耐火材料领域首席研究员徐国涛和中国金属学会耐火材料分会副主任委员李庭寿主持。

徐国涛主持报告

《从UNITECR 2019会议看世界耐火材料技术动向》
王战民

  报告简要介绍了联合国际耐火材料学术会议(UNITECR)的发展历史、现状及2019年在日本横滨举办的第16届UNITECR会议的概况,并对第16届联合国际耐火材料学术会议上发表的241篇文章进行了综合分析,从耐火材料的几个主要应用领域,举例介绍了最新的技术和产品发展动向,如高蠕变镁碳砖避免了高热膨胀系数导致的应力开裂,铝熔炼炉用锆英石浇注料减少了铝结瘤,高发射率陶瓷涂层提高节能隔热效果,3D-CT扫描技术提高了制品的无损检测效果等。同时介绍了世界耐火材料协会(WRA)2019年年度会议的情况。

  通过对学术会议文献的分析及世界耐协报告材料的分析,报告认为,耐火材料技术动向是:更加面向实际应用需求;钢铁工业用耐火材料占据主导地位;以传统课题为主:长寿命、功能化、绿色节能、资源综合利用;新兴课题逐渐增多:检测技术、智能化、计算机模拟、大数据技术等。

《学科交叉与耐火材料研究:催化、DFT计算及仿生的应用》
张海军

  报告介绍了立足于学科交叉,以催化化学、DFT计算和仿生学的最新理论和成果为基础,开展耐火材料制备、改性及性能基础研究的情况,提出催化原位反应制备非氧化物复合耐火材料新方法。结果表明Fe、Co和Ni纳米颗粒均可促进Si粉在较低温度下氮化生成Si3N4粉体;其中,Co纳米颗粒的催化氮化效果最好,其完全氮化的条件为1573 K/2 h; Fe和Ni纳米颗粒的催化效果次之,且Fe纳米颗粒与Ni纳米颗粒的催化氮化效果基本相当。DFT的计算结果表明金属原子与N2分子之间的电荷转移可以削弱N2分子中N≡N键的结合强度,活化N2分子,并最终促进Si粉氮化反应的进行。基于仿生学原理制备出超疏渣耐火材料,结果表明在碳纳米纤维沉积量仅为约0.14wt%的条件下,即可使刚玉质浇注料的渣蚀面积减少36%,甚至优于加入3wt%改性石墨所产生的浇注料抗渣侵蚀性能改善的效果(渣蚀面积比降低28%),表明表面碳纤维改性浇注料是一种很有前景的解决当前含碳耐火材料所存在的碳含量与抗渣侵蚀性能之间矛盾的方法。构筑超疏水表面,提出MgO抗水化新方法,结果表明MgO粉体表面改性的最佳制备工艺条件为:改性剂加入量为3 wt%、热处理温度为523 K及热处理时间为1 h;改性后粉体的抗水化性能大幅提高,与未改性的轻烧MgO粉体相比,其水化时间延长了250%。

《中国耐火材料用镁砂的生产原理》
郭宗奇

  报告指出,中国镁砂的年产量大约1200万吨,耐火材料用镁砂的生产量,价格和质量直接影响中国和全球钢铁工业的运行和发展。

  报告总结了中国晶型菱镁矿生产的普通烧结镁砂(DBM92),中档烧结镁砂(DBM95),高纯烧结镁砂(DBM97,DBM98)和电熔镁砂(FM96,FM97和FM98)的原理和关键技术要点。DBM92是生产镁质砖制品最低档镁砂,将菱镁矿块料和白煤混合加入竖窑一步完成菱镁矿分解和镁砂烧结过程,已从简单的开放式燃烧装置发展到节能环保封闭式的自动化竖窑,DBM92质量大大提高;DBM95的生产首先在反射炉中完成菱镁矿分解过程,轻烧粉磨细后湿法成球,破碎再成球,和白煤混合后在竖窑中完成镁砂的烧结过程。DBM97高纯镁砂生产过程也首先在反射炉中完成菱镁矿分解,再到重油或液化气做燃料的竖窑中使镁砂烧结。DBM98是将浮选提纯的菱镁矿在多膛炉或悬浮炉中分解,烧结过程在液化气加热的竖窑中完成。电熔镁砂工业生产中可直接在三相电弧炉中熔融菱镁矿生产普通电熔镁砂,也将成球的轻烧镁粉熔融生产大结晶电熔镁砂。

  近年来出现将菱镁矿和轻烧镁粉球共同熔融的工艺,还采用封闭式利用冷却电熔坨的热能预热电熔物料,达到提高环保节能的迫切需要。近年来最突出的发展是从单一反浮选SiO2的提纯技术发展到将级外菱镁矿提纯到98%MgO的品位;闪速分解菱镁矿的悬浮炉可成功生产高活性的轻烧镁粉,大大提高了轻烧镁的生产效率,2019年首次从天然晶型菱镁矿工业生产密度3.42g/cm3,纯度98%MgO的高纯度高密度烧结镁砂。该文稿还重点讨论了镁砂生产技术发展的关键问题。

碳化硅多孔陶瓷的抗热震性能》
刘开琪

  报告指出,氧化物结合多孔碳化硅在受到频繁热冲击时颈部会产生热应力,为了解热力耦合作用对其机械性能的影响,采用230μm近等径碳化硅颗粒为骨料,分别以玻璃、莫来石、堇青石为主要结合相,制备出具有贯通孔结构,气孔率为37%的多孔陶瓷。在600~800℃水冷抗热震后发现,玻璃相结合多孔碳化硅的抗折强度随热震温差的增大连续降低,从27.2MPa降到12.6MPa,而在油冷和空冷热震后强度仅降低1~2MPa。在600~1200℃水冷热震后,莫来石结合碳化硅多孔陶瓷结合相中裂纹缺陷可自我修复,使得≤1000℃抗热震后的强度不降反升,如1000℃热震后强度达36.5MPa,为其室温强度的1.6倍。上述现象在快速冷却时出现,而在缓冷时几乎没有,表明残余应力机制使得材料得到增强。堇青石结合的多孔碳化硅在抗热震后也具有自增强特性,但强度增加率及强度开始衰减温度均低于莫来石结合多孔陶瓷,后者的高温强度和抗热震性能均优,在冶金、化工、能源、环保等领域有较好的应用前景。

《钢铁工业用耐火材料市场存在的问题及思考》

邱文冬

  邱博士指出,目前钢铁用耐火材料的市场现状普遍以吨钢承包为主,在原材料价格、人工成本等不断上涨,同时面临环保压力的大环境下,钢铁耐材市场竞争越来越严峻,恶性竞争,不正当竞争日益成为耐材行业面临的难题。事实上钢铁生产离不开耐火材料,耐材是钢铁安全生产的基础材料,日益成为钢铁生产优化发展的先导和制约因素,耐材行业应以"用户友好"理念服务钢铁行业,提高耐火材料的使用水平,实现用后耐材再利用,实现消耗和排放的减量化,以低成本实现高可靠,满足钢铁生产的需要。

  在当前及今后相当长的时间里,钢铁耐材市场竞争会更加残酷,耐材企业生存更加艰难,三类企业可能会得到更好的发展,一是产业链完整的企业,二是具有特色产品及技术的企业,三是给钢厂提供增值服务的企业。

李庭寿主持报告

《氮化硅在耐火材料中的应用探索》

吕戌生

  报告介绍了氮化硅微粉的引入对铝锆碳滑板性能的影响,滑板作为滑动水口的重要组成部分,对控制钢水的流量至关重要,要多次反复承受高温钢水的静压力和冲刷、剧烈的热冲击以及机械磨损作用,使用条件苛刻。初步试验表明,在滑板中引入适量氮化硅,其常温抗折、耐压强度提升约16%,热态抗折强度提升19%,氮化硅微粉的加入有助于提高滑板的耐磨性和抗侵蚀性能,高温抗氧化性能和抗热震性优良。添加3%氮化硅制成的滑板在国内某钢厂进行了试用,能够满足钢厂的使用要求,使用效果良好。

《板状烧结刚玉的多元化发展应用研究》

薛军柱

  报告指出,板状烧结刚玉在某些间歇式工作环境下,依然需要进一步改善抗热震性、抗熔损性、致密性。主要从3个方面进行了改进:1、致密板状烧结刚玉,采用优化的工艺路线,不添加任何助烧剂,经过高温烧制而成,体密达到3.65~3.7g/cm3,结构致密,气孔率低,代替普通烧结板状刚玉,能够进一步提高材料的堆积密度,从而提高制品的强度和抗渣性能;2、低钠烧结板状刚玉,通过工艺优化,基本去除原料中的氧化钠含量,经过合理的烧成控制,从而达到超低钠含量的刚玉指标,经过ICP-OES测试,氧化钠≤0.1%,代替普通烧结板状刚玉,能够明显提高材料的高温抗折强度和抗渣性能;3、烧结锆刚玉,通过合理有效引入氧化锆,使得氧化锆均匀分散在境界处,从而能有效改进裂纹扩展,代替普通板状烧结刚玉,明显提高材料的抗热震性。

  通过板状烧结刚玉的多元化研发和应用,能够更加有针对性的提供更好的刚玉原料,服务于不同产品或领域。

《改善含碳耐火材料抗氧化性能的新途径》

郜剑英

  报告指出,在空气或氧化性气氛条件下,碳材料在700℃以上发生氧化。碳材料的氧化行为直接影响着含碳耐火材料的服役寿命,因此一直以来提高抗氧化性能都是重要研究方向之一。

  应用最为广泛的改善含碳耐火材料抗氧化性能的方法是加入金属或碳化物作为抗氧化剂,如加入铝粉、硅粉、铝镁合金粉、铝硅合金粉和/或碳化硅、碳化硼等。这些抗氧化剂的作用机理是与碳材料氧化生成的一氧化碳(CO)发生反应生成相应的氧化物和碳,从而减缓碳材料的氧化。另外,生成的氧化物会起到降低气孔率和提高强度效果,或生成保护性表面涂层起到保护碳材料的作用(如B4C)。

  镁盾(MagArmour)是益瑞石公司开发的一种新型铝镁钙系复相材料,应用于含碳耐火材料中具有形成热面粘附保护渣层、消除材料内部应力集中和改善抗氧化性能的效果。通过对用后镁碳砖的显微结构分析,认为镁盾主要是通过在高温下形成液相、液相渗入基质封闭气孔从而阻断氧扩散通道,起到保护碳材料的作用。为了深入理解液相对含碳耐火材料高温性能的影响,通过Factsage计算了MgO-MagArmour体系在不同温度下的液相量变化。发现镁盾的加入提高了液相的生成温度,但是液相量增加并不多,因此对含碳耐火材料的高温性能影响有限,这一点也得到了实验工作的证实。

《耐火材料抗热震性试验方法国际标准制定中的问题和应对措施》

彭西高

  报告介绍了我国成功制定耐火材料抗热震性试验方法国际标准的过程和意义。抗热震性是耐火材料最重要的使用性能之一,国内外有多种检测抗热震性的试验方法标准,但是,至今还没有统一的国际标准。在国内外现行的试验方法标准中,以抗热震性的冷却介质不同,大致可以分为水急冷法、压缩空气急冷法、空气自然冷却法;其中,从试验结果判定方法上,水急冷法还分为直形砖断面破损法、小样块重量损失法、试样表面裂纹判定法等。水急冷法主要用于致密定形耐火制品的抗热震性评价,在中国使用最为广泛,其次,压缩空气冷却法在国外使用较为普遍,空气自然冷法则主要适用于轻质隔热耐火材料。

  报告指出,自2018年起,我国的耐火材料标准化工作由采用国际标准向参与制定国际标准的方向发展,这也是我们发展耐火材料强国的内容之一。

 

 

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