耐火材料技術(shù)進步所面臨問題

1、1耐火材料技術(shù)進步所面臨的問題耐火材料技術(shù)進步所面臨的問題武漢科技大學李李 楠楠湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地省部共建國家重點實驗室培育基地2湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地耐火材料的技術(shù)進步推動力1） 冶金等用戶技術(shù)進步的要求2） 基礎(chǔ)學科的應(yīng)用3） 交叉學科3湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地上世紀的主要技術(shù)進步1） 碳復合耐火材料2） 不定形耐火材料4湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地耐火材料面臨的問題1） 長壽與低耗永恒的主題2

2、） 對熔煉物的污染3） 環(huán)境、能源與資源的要求潔凈鋼的要求新功能的開發(fā)，對鋼水的凈化作用降低能源與資源的消耗環(huán)境友好5湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地長壽與低耗耐火材料損毀的兩大因素1） 化學侵蝕：熔損與滲透造成的結(jié)構(gòu)剝落2） 熱應(yīng)力導致的開裂與破壞一對一的服務(wù)耐火材料生產(chǎn)的精細化6湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地化學侵蝕1） 耐火材料熔入渣中2） 形成高熔點固相，或高粘度液相 保護耐火材料不受侵蝕，間接溶解 阻塞氣孔)(OSCCDJOSCC擴散停止自適應(yīng)，自保護7湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地渣

3、對耐火材料溶解的判斷例子例子，利用FactSage軟件計算Al2O3在不同組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湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地表面固相層形成的條件例子，在Al2O3顆粒表面生成CA6條件CaO-Al2O3-SiO2系相圖系相圖 9湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地熱震損毀與熱應(yīng)力存在問題：1） 耐

4、火材料結(jié)構(gòu)的復雜性2） 使用條件極為復雜理論研究嚴重不足試驗方法缺乏科學基礎(chǔ)原因：10湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地熱應(yīng)力的計算最近幾年來發(fā)展很快，也取得一些應(yīng)用成果。不同形狀滑板應(yīng)力值測定結(jié)果不同形狀滑板應(yīng)力值測定結(jié)果 11湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地傳統(tǒng)滑板傳統(tǒng)滑板B與改進型滑板與改進型滑板A中的應(yīng)變分布中的應(yīng)變分布 12湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地脫硫噴槍的熱力學計算二次待包冷卻二次待包冷卻0.5h時溫度場時溫度場二次作業(yè)結(jié)束時溫度場二次作業(yè)結(jié)束時溫度場13湖北省耐火材料與高溫陶瓷重

5、點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地鋼結(jié)構(gòu)對熱應(yīng)力分布有很大影響。82.285.290.382.582.986.285.183.782.98082848688909200.020.040.060.080.1徑向鋼筋占耐火材料占體積比最大熱應(yīng)力 /MPa 耐火材料徑向鋼筋含量與噴槍熱應(yīng)力的關(guān)系耐火材料徑向鋼筋含量與噴槍熱應(yīng)力的關(guān)系 14湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地細觀力學的應(yīng)用 當前熱應(yīng)力計算中存在的問題仍然把耐火材料看成一個均勻分布的整體。 不知道各個部分對整體性能的貢獻是怎么樣的。15湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地細觀力

6、學應(yīng)用原理按各組分的體積分數(shù)。按一定的計算模型，計算其整體性質(zhì)。耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)1.顆粒（骨料），2基質(zhì)，3氣孔，4晶粒，5晶界，6裂紋16湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地 用細觀力學計算的鋁碳（含ZrO2）的結(jié)果實測值計算值E (MPa)6.36.15 0.110.16 (10-6/ )5.55.63 (W/m )20.42.8517湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地小結(jié) 沒有一個像碳復合耐火材料這樣的新材料。 冶金工業(yè)的進步，致使渣的成分和形狀變化很大。精細化18湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家

7、重點實驗室培育基地精細化的內(nèi)容 針對每一個冶金工藝的渣組成及性質(zhì)，有針對性的研發(fā)耐火材料。一對一服務(wù)。 生產(chǎn)工藝精細化。研發(fā)生產(chǎn)使用19湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地要求 有一批高水平的技術(shù)支持人員 總承包：賣出去就賺錢省下來就賺錢有利于可持續(xù)發(fā)展20湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地潔凈鋼與耐火材料煉鋼工程中各物質(zhì)之間的關(guān)系。堿度組成組成氧化還原性熔化溫度粘度顯微結(jié)構(gòu)組成物理化學性質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼合金元素渣耐火材料結(jié)構(gòu)化學性質(zhì)物理性質(zhì)表面張力品種21湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地耐火材料對鋼水的有害作用

8、 污染鋼水 不與或少與合金元素或附加元素反應(yīng)非鐵元素：O、N、S、P、C 。Al + SiO2 (Al2O3)S + Si夾雜：氧化物夾雜，非氧化物夾雜。22湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地耐火材料對鋼水的有利作用 吸附鋼水中的夾雜 不與或少與合金元素或附加元素反應(yīng)CaOS + S = (CaS) + O4CaOS + 2P + 5O = Ca4P2O9(S)3MgOS + 2P + 5O = Mg3P2O8(S)23湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地環(huán)境、資源與能源環(huán)境： 粉塵 CO2、NOX、SiO2的排放。除菱鎂石、白云石以外

9、，這些排放與能耗有關(guān)。 鉻污染資源： 如何合理地開采，利用資源，如菱鎂礦、硅 用后耐火材料的回收利用。鋁系礦物等。歐洲，20回收到地球中去。能源： 耐火材料生產(chǎn)中的節(jié)能 為工業(yè)爐節(jié)能做出貢獻24湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地耐火材料資源合理利用面臨優(yōu)質(zhì)資源枯竭MgO98的菱鎂礦不多高鋁礬土也大量開采，面臨鋁工業(yè)的競爭低鋁礬土及粘土大量廢棄，沒得到合理的利用大量的白云石沒有利用石墨等重要資源被大量利用與外銷蘭晶石、紅柱石、硅線石利用25湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地鋁硅系礦物的利用鋁工業(yè)要求礬土中Al2O3/SiO2不小于33.

10、5。越高越好。相當Al2O3含量7578。Al2O380礬土大部分鋁工業(yè)耐火材料出路 將Al2O3與二、三級礬土進行合理配料，制備具有良好性能的剛玉-莫來石。 選礦去硅提純。26湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地低鋁礬土與粘土的應(yīng)用生產(chǎn)莫來石M70莫來石高硅氧玻璃復合材料M60、M50、M45、M30分為兩類： 加K2O等易熔成分不加K2O等易熔成分27湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地莫來石 57%, 玻璃相 47 玻璃相成分SiO2Al2O3K2O897428湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地某實際M

11、60的晶相與玻璃相成分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湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地耐火材料與工業(yè)爐節(jié)能散熱冷空氣煙氣熱空氣輻射換熱器蓄熱器30湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地微孔絕熱材料孔徑小于氣孔分子自由程含空氣的氣孔的導熱系數(shù)與氣孔孔徑的關(guān)系31湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地微孔SiO2的性質(zhì)B.D. 0.36 g/cm3A.P. 86 % (Wm-1k-1)60080010000.0430.0540.06932湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地輕骨料耐火材料高密度骨料？33湖北省耐火材料與高溫陶瓷重點實驗室省部共建國家重點實驗室培育基地潛熱蓄熱器TCQT相變QTCQT加熱 t1t2冷