"第十八屆全國(guó)耐火材料青年學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)"于2022年7月11日上午在長(zhǎng)沙融程花園酒店隆重開(kāi)幕。來(lái)自全國(guó)耐火材料及上下游行業(yè)的科研院所、高校、生產(chǎn)企業(yè)等單位的400余名代表相約長(zhǎng)沙，齊聚一堂，共同見(jiàn)證了這一盛會(huì)。
7月12日下午，會(huì)議的主題報(bào)告分別由中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司王文武副總經(jīng)理和遼寧科技大學(xué)欒艦教授主持。
中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司劉國(guó)齊正高級(jí)工程師、湖南湘鋼瑞泰科技有限公司劉羽博士、浙江自立高溫科技股份有限公司劉光平博士、武漢科技大學(xué)劉浩教授、淄博元和機(jī)電工程有限公司孫旺總經(jīng)理、鄭州玉發(fā)精瓷科技有限公司的劉亞工程師、長(zhǎng)沙理工大學(xué)楊現(xiàn)鋒教授、武漢善達(dá)化工有限公司黃凱經(jīng)理、鄭州大學(xué)高金星副教授和國(guó)防科技大學(xué)李端博士分別做了精彩的主題報(bào)告。
王文武副總經(jīng)理主持報(bào)告
欒艦教授主持報(bào)告
01
含碳耐火材料中鎂鋁尖晶石原位生成機(jī)理及調(diào)控
劉國(guó)齊
中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司
原位尖晶石化是含碳耐火材料服役行為的重要影響因素，不僅可提高材料的抗侵蝕性，而且嚴(yán)重制約功能耐火材料的可靠性。報(bào)告首先介紹了含碳材料中Mg氣相、Al氣相的生成過(guò)程以及碳組分對(duì)鎂鋁尖晶石原位生成的影響，闡明了鎂鋁尖晶石氣相原位生成機(jī)理；另外還研究了鋁碳/鎂碳復(fù)合材料高溫下的結(jié)構(gòu)變化，明晰了鋁碳/鎂碳界面處傳質(zhì)機(jī)制，闡明了復(fù)合材料高溫穩(wěn)定性影響因素；最后介紹了二次尖晶石化對(duì)含碳材料性能和結(jié)構(gòu)的影響，明確了材料中二次尖晶石化發(fā)生的條件，上述研究為含碳耐火材料的組成和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
02
湘鋼低鐵耗高產(chǎn)能的煉鋼模式對(duì)耐材的新需求
劉羽
湖南湘鋼瑞泰科技有限公司
提高廢鋼利用率可有效地降低碳排放和鐵水消耗。湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司由2020年初開(kāi)啟低鐵耗高產(chǎn)能的煉鋼模式，鐵耗由900kg/噸鋼降低至700kg/噸鋼，年鋼產(chǎn)量由1200萬(wàn)噸提高至1600萬(wàn)噸。更苛刻的耐火材料服役環(huán)境，也對(duì)耐火材料提出了新需求。報(bào)告匯報(bào)了針對(duì)湘鋼低鐵耗高產(chǎn)能的煉鋼模式開(kāi)啟的技術(shù)攻關(guān)。對(duì)鐵水包、轉(zhuǎn)爐、鋼包、RH爐、中間包等多工序項(xiàng)目逐一進(jìn)行了材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究。現(xiàn)役鐵水包罐齡超1000次，效率提升約25%；90t轉(zhuǎn)爐爐齡超32000次，出鋼口壽命超400次，轉(zhuǎn)爐擋渣滑板壽命超32次，效率提升約28%；140t轉(zhuǎn)爐爐齡超25000次，出鋼口壽命超500次，轉(zhuǎn)爐擋渣滑板壽命超28次，效率提升約30%；精煉鋼包罐齡超120次，效率提升約26%，鋼包引流率超99.5%，鋼包滑板連滑率超3次；140tRH爐浸漬管壽命超130次，效率提升約53%；方坯中包壽命超35小時(shí)，效率提升約25%；板坯中包壽命超22小時(shí)，效率提升約38%。
03
精煉鋼包用高純無(wú)水泥結(jié)合剛玉-尖晶石預(yù)制塊的損毀機(jī)理研究
劉光平
浙江自立高溫科技股份有限公司
為滿足鋼包使用壽命及鋼種冶煉的需求，精煉鋼包工作襯的耐火材料逐步向低碳、超低碳和無(wú)碳方向發(fā)展。因高的抗堿性渣的侵蝕和優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，剛玉尖晶石澆注料/預(yù)制塊廣泛應(yīng)用于鋼包渣線以下工作層。為了進(jìn)一步提高剛玉尖晶石澆注料的上述性能，大量的研究集中于基質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，包括鎂鋁尖晶石的含量、尺寸和類型，鎂砂的含量、純度和粒度，結(jié)合劑的含量和種類等。其中精煉鋼包工作襯使用較多的為水泥或凝膠結(jié)合的鋁鎂質(zhì)或剛玉尖晶石質(zhì)預(yù)制塊或澆注料。考慮養(yǎng)護(hù)時(shí)間、生坯強(qiáng)度和原料價(jià)格，常用鋁酸鈣作為結(jié)合劑，但在基質(zhì)中引入CaO往往會(huì)影響澆注料/預(yù)制塊的高溫力學(xué)強(qiáng)度、抗熱震性和抗渣侵蝕性。目前，可采用ρ-Al2O3部分/全部替代水泥作為結(jié)合劑，但由于ρ-Al2O3的比表面高，造成施工時(shí)間短，燒結(jié)過(guò)程中顯收縮，需要引入少量的高純鎂砂，利用原位尖晶石反應(yīng)的膨脹來(lái)抵消燒結(jié)收縮，但因鎂砂水化開(kāi)裂的尖銳問(wèn)題，常常引入氧化硅粉，來(lái)防止水化開(kāi)裂及提高中溫強(qiáng)度，但在剛玉尖晶石/鋁鎂質(zhì)材料的基質(zhì)中SiO2引入，將顯著降低其高溫抗折強(qiáng)度，不利于其抗鋼水/熔渣的沖刷和侵蝕。
基于以上方面，新研制了一種無(wú)水泥結(jié)合的剛玉尖晶石預(yù)制塊，采用新型結(jié)合劑，其(Al2O3+MgO> 99 wt%)、雜質(zhì)含量極低(CaO、SiO2含量分別小于0.2%)，并將其成功的工業(yè)化應(yīng)用。報(bào)告剖析了服役于精煉鋼包包壁的用后高純無(wú)水泥結(jié)合剛玉-尖晶石預(yù)制塊的組成與結(jié)構(gòu)，提出剛玉-尖晶石預(yù)制塊在精煉鋼包包壁中可能的損毀機(jī)理，同時(shí)分析渣與剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料的相互反應(yīng)，揭示其改進(jìn)的需要和方向。
04
玻璃窯蓄熱室用格子磚抗侵蝕性能研究
劉浩
武漢科技大學(xué)
為了延長(zhǎng)石油焦燃料體系下玻璃窯蓄熱室中上層格子磚的服役壽命，以顯氣孔率相近的鎂鉻磚和鋁鉻磚為研究對(duì)象，對(duì)比了兩種磚樣抗復(fù)合侵蝕劑的侵蝕能力。結(jié)果表明，氧化鉻含量及顯微結(jié)構(gòu)是影響抗侵蝕性能的重要因素。熔融的侵蝕劑在鎂鉻磚中方鎂石晶間形成了低熔點(diǎn)硅酸鹽和釩酸鹽物相，升溫熔化/降溫凝固過(guò)程產(chǎn)生的體積應(yīng)變，容易導(dǎo)致材料開(kāi)裂、剝落，加劇侵蝕過(guò)程；鋁鉻磚中鋁鉻固溶體對(duì)剛玉顆粒形成的包裹，避免了與低熔點(diǎn)液相的直接接觸，提高了材料的抗侵蝕能力。
05
智能裝備助力綠色耐材--耐火磚自動(dòng)液壓機(jī)的技術(shù)應(yīng)用
孫旺
淄博元和機(jī)電工程有限公司
報(bào)告介紹了新一代耐火磚自動(dòng)液壓機(jī)。在能源節(jié)約方面，該自動(dòng)液壓機(jī)全面換裝使用了伺服液壓系統(tǒng)，在油缸靜止時(shí)，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，而傳統(tǒng)液壓機(jī)電機(jī)仍在額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，仍需消耗20%-30%的額定功率；同時(shí)保壓階段，伺服驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速僅僅補(bǔ)充泵及系統(tǒng)的溢流，相比傳統(tǒng)液壓機(jī)又將減少30%-40%的能耗。所以采用伺服液壓系統(tǒng)綜合節(jié)能將達(dá)到30%-50%，進(jìn)一步在成型環(huán)節(jié)降低能耗。而且伺服液壓系統(tǒng)采用的內(nèi)嚙合齒輪泵相較于傳統(tǒng)液壓機(jī)的軸向柱塞泵同種流量壓力下噪聲低5-10分貝，油缸靜止時(shí)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速更是直接為0。所以新一代液壓機(jī)的噪聲更低，生產(chǎn)環(huán)境更加友好。同時(shí)，相較于傳統(tǒng)的人工參與的生產(chǎn)方式，自動(dòng)液壓機(jī)對(duì)耐材產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性及質(zhì)量也有提高，間接提升了高溫材料的壽命，降低煉鋼等行業(yè)的耐火材料的平均消耗量，符合綠色耐材產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良化的趨勢(shì)。
06
高流動(dòng)性α-Al2O3體系開(kāi)發(fā)及其在耐火材料中的應(yīng)用
劉亞
鄭州玉發(fā)精瓷科技有限公司
α-Al2O3是重要的耐火材料原料，具有高溫性能好、燒結(jié)性能好品種多等諸多優(yōu)點(diǎn)。在Al2O3-SiO2、Al2O3-MgO等不定形耐火材料體系中，基質(zhì)的流動(dòng)性對(duì)其施工及應(yīng)用性能都有重要的影響，α-Al2O3作為基質(zhì)的重要組成部分，提高α-Al2O3本身的流動(dòng)性，具有重要的意義，本報(bào)告從α-Al2O3顯微結(jié)構(gòu)出發(fā)，配合粒度分布，同時(shí)加入合適的分散劑，制備出了高流動(dòng)性的α-Al2O3體系。
07
熔融沉積技術(shù)3D打印制備氮化硅和碳化硅陶瓷
楊現(xiàn)鋒
長(zhǎng)沙理工大學(xué)
結(jié)構(gòu)陶瓷3D打印技術(shù)在復(fù)雜形狀陶瓷部件制備方面具有潛在的突出優(yōu)勢(shì)。但主流的結(jié)構(gòu)陶瓷3D打印技術(shù)目前主要處在實(shí)驗(yàn)研究和材料評(píng)估階段，高可靠性、大尺寸和高精度結(jié)構(gòu)陶瓷部件的3D打印制備技術(shù)亟待突破。與光固化、激光選區(qū)燒結(jié)和粘結(jié)劑噴射等方法相比，熔融沉積方法(FDM)具有打印效率高、坯體致密度高、粉體適應(yīng)性廣和設(shè)備成本低等優(yōu)勢(shì)。
長(zhǎng)沙理工大學(xué)工程陶瓷先進(jìn)制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開(kāi)展了工程陶瓷FDM 3D打印相關(guān)的裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化打印耗材制備、打印策略優(yōu)化和材料性能評(píng)價(jià)等工作，成功應(yīng)用于氧化鋯、氮化硅和碳化硅陶瓷材料及其復(fù)雜形狀陶瓷部件的制備。報(bào)告分享了團(tuán)隊(duì)在FDM制備氣壓燒結(jié)氮化硅陶瓷、無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷、多孔氧化鋯陶瓷和柔性陶瓷線材等方面的研究進(jìn)展，希望能夠推動(dòng)陶瓷3D打印技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工程應(yīng)用。
08
金屬鋁與減水劑在澆注料中的匹配性研究
黃凱
武漢善達(dá)化工有限公司
隨著不定形耐火材料的快速發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注到澆注料的防爆性能，由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不同，防爆性能不好會(huì)導(dǎo)致澆注料的開(kāi)裂爆裂，直接影響到澆注料的使用壽命。金屬鋁粉作為防爆劑在國(guó)內(nèi)外不定形耐火材料中被廣泛采用，然而金屬鋁活性太高，影響因素太多，沒(méi)有處理好會(huì)很容易導(dǎo)致澆注料出現(xiàn)鼓脹開(kāi)裂現(xiàn)象。報(bào)告從不同金屬鋁粉的粒度、不同金屬鋁粉的加入量和減水劑的匹配性進(jìn)行研究，分析了不同減水劑對(duì)金屬鋁粉的反應(yīng)速度的影響。結(jié)果表明不同粒徑的金屬鋁水化反應(yīng)速度不一樣，最后產(chǎn)生的氣體量也有差異，主要是由于金屬鋁水化后表面很容易形成一層氫氧化鋁的保護(hù)膜阻隔了金屬鋁的進(jìn)一步水化，但是如果匹配的減水劑可以降低氫氧化鋁保護(hù)膜的形成，促進(jìn)金屬鋁的水化反應(yīng)，就達(dá)到防爆防止開(kāi)裂的效果。報(bào)告中從減水劑的角度出發(fā)，解決了金屬鋁反應(yīng)活性和使用不穩(wěn)定性等問(wèn)題，讓金屬鋁在澆注料中更好得發(fā)揮其防爆效果，使得澆注料的抗爆裂性能更加優(yōu)越。
09
β-SiAlON網(wǎng)狀多孔陶瓷過(guò)濾器的制備與性能研究
高金星
鄭州大學(xué)
為滿足過(guò)濾金屬熔體的需要，多孔陶瓷過(guò)濾器不僅要有高的孔隙率，還應(yīng)具有良好的耐高溫、抗氧化性及耐腐蝕性等性能。賽隆（SiAlON）是氮化硅的固溶體，其強(qiáng)度、硬度、抗氧化性等方面與氮化硅陶瓷相媲美，且比氮化硅陶瓷易于燒結(jié)制備。此外，與氧化物陶瓷相比，塞隆不與熔渣浸潤(rùn)，具有良好的抗侵蝕性能，故賽隆陶瓷有望制備出性能優(yōu)異的陶瓷過(guò)濾器。本報(bào)告通過(guò)有機(jī)泡沫浸漬法制備了β-SiAlON多孔陶瓷過(guò)濾器，研究了其氧化前后材料的氣孔、體密、耐壓強(qiáng)度、物相以及形貌等性能變化，探究了β-SiAlON多孔陶瓷過(guò)濾器的抗氧化性能，為新型β-SiAlON多孔陶瓷過(guò)濾器的研究和應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
10
陶瓷材料強(qiáng)熱輻射快速燒結(jié)技術(shù)及應(yīng)用
李端
國(guó)防科技大學(xué)
近年來(lái)，放電等離子燒結(jié)、閃燒、冷燒結(jié)等新型燒結(jié)技術(shù)發(fā)展迅速。燒結(jié)過(guò)程中的傳熱方式主要有熱傳導(dǎo)，熱對(duì)流和熱輻射。根據(jù)Stefan-Boltzmann定律，高溫下的熱輻射傳熱十分顯著。本報(bào)告研究采用了一個(gè)改進(jìn)的放電等離子燒結(jié)裝置產(chǎn)生高強(qiáng)熱輻射，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)材料的快速致密化，稱之為"高強(qiáng)熱輻射燒結(jié)（SITR）"技術(shù)。應(yīng)用該方法已成功在數(shù)分鐘內(nèi)制得致密氧化鋯陶瓷，多孔氮化硅陶瓷，梯度碳化硅陶瓷等。同時(shí)，該方法也可應(yīng)用于夾層透波材料、鈣鈦礦氧氮化物粉體等的高效制備。SITR具有工藝時(shí)間短、溫度分布可調(diào)、可實(shí)現(xiàn)近凈成型等優(yōu)點(diǎn)，在陶瓷材料快速制備領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
