連鑄耐火材料研究進(jìn)展與工業(yè)應(yīng)用

1、 顧華志顧華志武漢科技大學(xué)武漢科技大學(xué)概述概述連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀塞棒耐火材料塞棒耐火材料滑板耐火材料滑板耐火材料氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料結(jié)語(yǔ)結(jié)語(yǔ)潔凈鋼：鋼中夾雜物和雜質(zhì)元素的數(shù)量、分布和大小潔凈鋼：鋼中夾雜物和雜質(zhì)元素的數(shù)量、分布和大小“降低降低”到對(duì)到對(duì)產(chǎn)品加工性能、使用性能無(wú)不良影響的鋼。產(chǎn)品加工性能、使用性能無(wú)不良影響的鋼。 p 生產(chǎn)苛刻條件下高附加值鋼鐵產(chǎn)品的基礎(chǔ)。p 鋼鐵企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，國(guó)家鋼鐵制造水平的重要 標(biāo)志。p 高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)為優(yōu)先發(fā)展主題和重點(diǎn)。高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)為優(yōu)先發(fā)展主題和重點(diǎn)。 國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃

2、綱要 國(guó)家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策一一 概述概述p既是鋼水冶煉過程的爐襯材料，又參 與冶金過程，也是鋼中有害元素和非金屬夾雜物的主要來(lái)源之一。p 耐火材料是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的支撐。解決連鑄耐火材料對(duì)鋼水污染成為潔凈鋼生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一 如果沒有合適的耐火材料，精煉如果沒有合適的耐火材料，精煉后的鋼水，在成材前又可能在鋼包，后的鋼水，在成材前又可能在鋼包，特別是中間包中被重新二次污染。特別是中間包中被重新二次污染。一一 概述概述n中間包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中間包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) n 中間包的形狀、幾何尺寸對(duì)中間包中間包的形狀、幾何尺寸對(duì)中間包內(nèi)流場(chǎng)及鋼液的停留時(shí)間有顯著的影內(nèi)流場(chǎng)及鋼液的停留時(shí)間有顯著的影響。響。一一 概述概述中

3、間包加熱技術(shù)中間包加熱技術(shù) 等離子體加熱等離子體加熱 電感應(yīng)加熱電感應(yīng)加熱 電渣加熱電渣加熱 陶瓷電阻加熱陶瓷電阻加熱 一一 概述概述一一 概述概述n 氧化物的自由能及氧分壓 耐火材料堿性化耐火材料堿性化一一 概述概述不同耐火材料對(duì)鋼中硫含量的影響n1-石灰磚石灰磚；2-剛玉磚剛玉磚；3-鎂鋁尖晶石磚；鎂鋁尖晶石磚；4-鎂磚；鎂磚；5-鎂碳磚；鎂碳磚；6-鎂鈣磚；鎂鈣磚；7-油浸高油浸高鋁磚；鋁磚； 8-高鋁磚；高鋁磚；9-鎂鉻磚；鎂鉻磚； 10-鋯英石鋯英石磚磚一一 概述概述中間包擋墻高鋁質(zhì)（莫來(lái)石質(zhì)）高鋁質(zhì)（莫來(lái)石質(zhì)）低水泥中間擋墻已很少使用鎂質(zhì)擋墻鎂質(zhì)擋墻很快轉(zhuǎn)變成鎂鋁質(zhì)、鋁鎂鉻質(zhì)鎂鋁質(zhì)

4、、鋁鎂鉻質(zhì)新品種為硅微粉結(jié)合MgOMgO熔融石英質(zhì)擋墻熔融石英質(zhì)擋墻，熔融石英能顯著改善鎂質(zhì)的抗熱震性，提高韌性和抗沖刷能力，在某些鋼廠配合中間包干式料使用，壽命達(dá)到40小時(shí)。一一 概述概述中間包干式料目前大型中間包大量使用鎂質(zhì)涂抹料、噴涂料。小型中間包也大量推廣使用樹脂結(jié)合干式料，使中間包壽命大幅度提高，但存在污染環(huán)境問題，大企業(yè)難以接受。新品種：無(wú)機(jī)鹽結(jié)合的鎂質(zhì)干式料無(wú)機(jī)鹽結(jié)合的鎂質(zhì)干式料優(yōu)點(diǎn)：不含碳或含碳量很低，無(wú)污染。缺點(diǎn)：壽命不長(zhǎng)，60T板坯中間包68爐（通鋼量約2000T）一一 概述概述二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀耐火材料的總侵蝕率：耐火材料的總侵蝕率： Wt = Wsy

5、s = Wc + Wf+ Wth 式中，式中，Wt （或（或Wsys）為耐火材料總侵蝕率；）為耐火材料總侵蝕率；Wc為由于化學(xué)反應(yīng)引起的為由于化學(xué)反應(yīng)引起的耐火材料侵蝕率；耐火材料侵蝕率；Wf為由于流體力學(xué)作用引起的耐火材料侵蝕率；為由于流體力學(xué)作用引起的耐火材料侵蝕率；Wth為為由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力或熱應(yīng)力作用引起的耐火材料的侵蝕率。由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力或熱應(yīng)力作用引起的耐火材料的侵蝕率。 使用條件：多相流動(dòng)使用條件：多相流動(dòng) 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 熱應(yīng)力破壞熱應(yīng)力破壞協(xié)同作用協(xié)同作用二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀Wff = f ( , I ) = ( x , y ) I( x , y ) 帶有夾雜物的

6、鋼液沖向耐火材料表面時(shí)，造成短程切削與帶有夾雜物的鋼液沖向耐火材料表面時(shí)，造成短程切削與 塑性變形的坑，在反復(fù)塑性變形的情況下形成磨損。塑性變形的坑，在反復(fù)塑性變形的情況下形成磨損。高速流動(dòng)的鋼液與耐火材料壁面之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生高速流動(dòng)的鋼液與耐火材料壁面之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生 剪切應(yīng)力，不斷地撕裂、剝落表面耐火材料。剪切應(yīng)力，不斷地撕裂、剝落表面耐火材料。湍流加劇了局部鋼液的攪動(dòng)，促進(jìn)沖蝕過程。湍流加劇了局部鋼液的攪動(dòng)，促進(jìn)沖蝕過程。因此，鋼液對(duì)耐火材料的沖蝕需考慮剪切應(yīng)力與湍流強(qiáng)度兩方因此，鋼液對(duì)耐火材料的沖蝕需考慮剪切應(yīng)力與湍流強(qiáng)度兩方面主要因素。面主要因素。 式中，Wff為鋼液對(duì)耐

7、火材料的沖蝕率；為壁面剪切力，Pa； I為湍流強(qiáng)度；x、y、z分別為位置坐標(biāo)，m。 中間包內(nèi)的耐火材料在高溫下的沖蝕可看作塑性沖蝕。中間包內(nèi)的耐火材料在高溫下的沖蝕可看作塑性沖蝕。二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀以二流板坯中間包為例，系統(tǒng)研究了不同控流裝置的配置以二流板坯中間包為例，系統(tǒng)研究了不同控流裝置的配置對(duì)中間包耐火材料沖蝕強(qiáng)度的影響。對(duì)中間包耐火材料沖蝕強(qiáng)度的影響。 中間包中心截面鋼液流場(chǎng)中間包中心截面鋼液流場(chǎng) （a） 擋渣堰距離入口擋渣堰距離入口750mm （b） 擋渣堰距離入口擋渣堰距離入口1200mm （c） 擋渣堰距離入口擋渣堰距離入口1500mm 鋼液對(duì)耐火材料的沖蝕強(qiáng)

8、度鋼液對(duì)耐火材料的沖蝕強(qiáng)度 鋼液對(duì)耐火材料的沖蝕率鋼液對(duì)耐火材料的沖蝕率 二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀渣蝕過程受熔渣/耐火材料化學(xué)組成、溫度、流動(dòng)及材料顯微結(jié)構(gòu)等多因素影響。101520253035400.00.51.01.52.0渣蝕深度/渣蝕深度/mm轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn) 速/(r/min) 耐火材料與熔渣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)加速熔渣與耐火材料間的傳質(zhì)過程。動(dòng)態(tài)抗渣實(shí)驗(yàn)表明：轉(zhuǎn)速與滲透侵蝕界面層的厚度成正比：d=0.053r-0.04二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀轉(zhuǎn)速(r)中心溫度(K)邊緣溫度(K)中心應(yīng)力(MPa)邊界應(yīng)力(GPa)101484.66

9、1785.4113.419.0201459.711782.6314.819.4301435.251779.929.6719.8401410.381777.1530.521.5不同轉(zhuǎn)速條件下不同轉(zhuǎn)速條件下試樣溫度與熱應(yīng)力分布試樣溫度與熱應(yīng)力分布熔渣相對(duì)運(yùn)動(dòng)同時(shí)也導(dǎo)致耐火材料與熔渣界面處熱應(yīng)力遞增，因而導(dǎo)致界面產(chǎn)生裂紋而加速熔渣的滲透和侵蝕。F=19.79-0.11r+0.004r21020304018.519.019.520.020.521.021.522.0邊 界熱應(yīng)力值邊 界熱應(yīng)力值/GPa轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn) 速(r/min) 邊界熱 應(yīng)力 F=19.7875-0.11r+0.004r2 二二 連鑄耐

10、火材料損毀連鑄耐火材料損毀透氣磚透氣磚 彌散式彌散式 直通孔式直通孔式 直通狹縫式直通狹縫式 組合式組合式 二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀不同吹氣量對(duì)透氣耐火材料溫度場(chǎng)的影響不同吹氣量對(duì)透氣耐火材料溫度場(chǎng)的影響吹氣量為吹氣量為7L/min吹氣量為吹氣量為10L/min二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀吹氣量為吹氣量為13L/min 吹氣量為吹氣量為15L/min二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀不同吹氣量對(duì)透氣耐火材料溫度場(chǎng)的影響不同吹氣量對(duì)透氣耐火材料溫度場(chǎng)的影響 透氣磚應(yīng)力場(chǎng)透氣磚應(yīng)力場(chǎng) n 36m3/h (b) 45m3/h (c) 54m3/h不同的吹氣量條件下透氣磚熱

11、應(yīng)力分布（不同的吹氣量條件下透氣磚熱應(yīng)力分布（MPa） 二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀(a) 0.16mm(b) 0.20mm (c) 0.25mm不同縫寬透氣磚在燒氧過程中的軸向熱應(yīng)力分布不同縫寬透氣磚在燒氧過程中的軸向熱應(yīng)力分布 (MPa) 二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀要求性能要求性能 抗熱震性好抗熱震性好 高溫強(qiáng)度大高溫強(qiáng)度大 耐侵蝕性強(qiáng)耐侵蝕性強(qiáng)二二 連鑄耐火材料損毀連鑄耐火材料損毀三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料塞棒：塞棒： 二戰(zhàn)前唯一鋼流控制方式 材質(zhì) 粘土質(zhì)，葉臘石 二戰(zhàn)后，平爐大型化，鋼包大型化 脫碳技術(shù)和連鑄技術(shù)引進(jìn)，鋼水滯留時(shí)間延長(zhǎng)。 設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)思路：

12、Hard Head, Soft Nozzle Soft Head, Hard Nozzle 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料洋蔥洋蔥 鱗片石墨鱗片石墨 1 1、塞頭：層狀材料、塞頭：層狀材料 塞棒本體：鋁碳質(zhì)、熔融石英塞棒本體：鋁碳質(zhì)、熔融石英棒頭：棒頭：Al2O3-C質(zhì)、質(zhì)、MgO-C質(zhì)、質(zhì)、ZrO2-C質(zhì)、質(zhì)、MgAl2O4-C質(zhì)。質(zhì)。塞棒棒頭和渣線部位材質(zhì)的組成和性能塞棒棒頭和渣線部位材質(zhì)的組成和性能項(xiàng)目項(xiàng)目本體本體棒頭和渣線棒頭和渣線化學(xué)組成化學(xué)組成C31.215.613.314.8B2O31.6-2.00.6ZrO20.9-4.673.5CaO-3.1Al2O352.01.182.50

13、.7MgO-71.3-1.0SiO215.7體積密度體積密度g/cm32.352.532.873.61顯氣孔率顯氣孔率17.916.816.315.6常溫抗折強(qiáng)度常溫抗折強(qiáng)度MPa8.1澆注鋼鐘澆注鋼鐘普通鋼普通鋼鈣處理鋼鈣處理鋼高氧鋼高氧鋼高錳鋼高錳鋼三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料 高熱導(dǎo)率高熱導(dǎo)率 低膨脹系數(shù)低膨脹系數(shù) 高電阻高電阻 低介電常數(shù)低介電常數(shù) 高熔點(diǎn)高熔點(diǎn) 與鋼水不潤(rùn)濕與鋼水不潤(rùn)濕 AlN基本性能基本性能性能 AlN Al2O3 Si3N4 SiC 熔點(diǎn)（） 2450（升華分解） 2050 1900 2100 真密度（g.cm-3） 3.2

14、6 3.99 3.18 3.21 熱導(dǎo)率 (25,W.m-1.K-1) 130220 2030 1040 41 熱膨脹系數(shù) (25-1000,10-6K-1) 4.4 7.27.4 3.2 4.4 彈性模量(GPa) 310 370 320 450 抗彎強(qiáng)度（MPa） 300400 300350 980 450 硬度(GPa) 12 25 20 25.5 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料含含AlN整體塞棒棒頭與浸入式水口碗部用材料性能整體塞棒棒頭與浸入式水口碗部用材料性能材質(zhì)材質(zhì)化學(xué)組成化學(xué)組成體積體積密度密度g/cm3顯氣顯氣孔率孔率耐壓耐壓強(qiáng)度強(qiáng)度MPa抗折抗折強(qiáng)度強(qiáng)度MPaAl2O3MgO

15、SiO2AlNC+SiCMgO-C468-282.4217.0328.0AlN-Al2O3-C55-30152.5719.55414.5三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料具有緩解熱應(yīng)力功能的組分梯度層具有緩解熱應(yīng)力功能的組分梯度層熱膨脹系數(shù)梯度熱膨脹系數(shù)梯度功能梯度材料功能梯度材料溫度梯度溫度梯度高溫區(qū)高溫區(qū)低溫區(qū)低溫區(qū)2、塞頭：梯度材料、塞頭：梯度材料1984年，日本科學(xué)家平井敏雄首先提出。年，日本科學(xué)家平井敏雄首先提出。 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料通過連續(xù)地改變兩種材通過連續(xù)地改變兩種材料的組成和結(jié)構(gòu)，使其料的組成和結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部界面消失，從而得內(nèi)部界面消失，從而得到功能相應(yīng)于組成和結(jié)到功

16、能相應(yīng)于組成和結(jié)構(gòu)的變化而漸變的非均構(gòu)的變化而漸變的非均質(zhì)材料，以減小和克服質(zhì)材料，以減小和克服結(jié)合部位的性能不匹配結(jié)合部位的性能不匹配因素。因素。 梯度塞棒耐火材料梯度塞棒耐火材料設(shè)想：設(shè)想： 鎂碳質(zhì)棒頭與鋁碳質(zhì)塞棒本體鎂碳質(zhì)棒頭與鋁碳質(zhì)塞棒本體 熱膨脹系數(shù)不匹配熱膨脹系數(shù)不匹配 鎂碳質(zhì)材料抗侵蝕，但不耐沖刷鎂碳質(zhì)材料抗侵蝕，但不耐沖刷 采用采用“過渡層過渡層”制成制成“梯度梯度”塞棒耐火材料，消除熱塞棒耐火材料，消除熱應(yīng)力，以提高兩者之間結(jié)合強(qiáng)度和抗鋼水沖刷能力。應(yīng)力，以提高兩者之間結(jié)合強(qiáng)度和抗鋼水沖刷能力。 三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料實(shí)例實(shí)例三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料三三 塞棒耐

17、火材料塞棒耐火材料各部分化學(xué)分析各部分化學(xué)分析CAl2O3SiO2MgO棒頭棒頭8.97.280.3077.01棒頭后部棒頭后部17.21.451.8577.85棒身過渡帶棒身過渡帶22.963.375.051.21棒身棒身31.251.713.08-各部分物理性能各部分物理性能顯氣孔率顯氣孔率體積密度體積密度g/cm3耐壓強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)抗折強(qiáng)度度MPa抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度 MPa 140015min棒頭棒頭92.81-棒頭后部棒頭后部162.6029-棒身棒身17.52.3623.576.376.23三三 塞棒耐火材料塞棒耐火材料 在鋼包、中間包底部的滑動(dòng)水口系統(tǒng)中，用來(lái)控制鋼水流在鋼

18、包、中間包底部的滑動(dòng)水口系統(tǒng)中，用來(lái)控制鋼水流出和流量大小的功能性耐火材料。出和流量大小的功能性耐火材料。 承受承受溫度驟然升降溫度驟然升降，溫差較大而引起裂紋擴(kuò)展；，溫差較大而引起裂紋擴(kuò)展； 控制鋼水流量時(shí)滑板控制鋼水流量時(shí)滑板來(lái)回滑動(dòng)來(lái)回滑動(dòng)，使滑動(dòng)面磨損，造成開合困難；，使滑動(dòng)面磨損，造成開合困難； 鋼水對(duì)鑄孔的鋼水對(duì)鑄孔的沖刷沖刷，造成擴(kuò)孔；，造成擴(kuò)孔； 為提高抗侵蝕性和抗熱震性，在滑板中添加了碳素原料，從而又引為提高抗侵蝕性和抗熱震性，在滑板中添加了碳素原料，從而又引 起抗起抗氧化氧化性差和強(qiáng)度下降的問題。性差和強(qiáng)度下降的問題。 四四 滑板耐火材料滑板耐火材料滑板滑板 控制鋁鋯碳滑板

19、材料的控制鋁鋯碳滑板材料的微氣孔結(jié)構(gòu)微氣孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)化材料的性能，優(yōu)化材料的性能， 試想在現(xiàn)行滑板的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高滑板的使用壽命。試想在現(xiàn)行滑板的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高滑板的使用壽命。 采用不同碳素原料采用不同碳素原料 硅粉粒度及添加量硅粉粒度及添加量 Al2O3微粉微粉 燒成溫度燒成溫度基本思路：基本思路：四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 在1000t的摩擦壓磚機(jī)上壓制標(biāo)準(zhǔn)磚，燒成以后，把試驗(yàn)樣磚切成斷面呈梯形、厚約25mm、高110mm條形試樣，組裝成坩堝。侵蝕劑為鋼包渣，鋼渣的化學(xué)分析結(jié)果見表。在坩堝底部放入鋼塊，加熱熔化后加入鋼渣，在15801620溫度范圍內(nèi)保溫3h，每隔1.5h換一次渣，保

20、持渣線位置不變，待冷卻后取出試樣，沿渣線方向切開，通過檢測(cè)蝕損深度來(lái)判定抗渣性。成分成分TFeSiO2Al2O3CaOMgOF含量含量%28.3310.3812.9832.0810.010.49渣的化學(xué)成分分析渣的化學(xué)成分分析 采用電磁感應(yīng)爐抗渣法采用電磁感應(yīng)爐抗渣法四四 滑板耐火材料滑板耐火材料抗氧化磨耗性抗氧化磨耗性 將試樣置于電爐中，在11002h條件下氧化（升溫曲線為：1h，200；2h，200500；3h，5001100），隨爐冷卻以后的試樣在常溫耐磨試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)CWNMJ-9901A）上進(jìn)行耐磨試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：將1kg碳化硅粉（粒度0.30.5mm）噴吹到被氧化試樣的表面，噴吹時(shí)間

21、為450秒，工作壓力為448kPa。通過測(cè)定體積損失來(lái)表征抗氧化磨耗性好壞。體積損失計(jì)算公式為：32112/cmggWgWWWV氧化后試樣的密度，磨性之后的重量，氧化后的試樣在檢測(cè)耐磨性之前的重量，氧化后的試樣在檢測(cè)耐其中，體積損失四四 滑板耐火材料滑板耐火材料炭素原料對(duì)滑板材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響炭素原料對(duì)滑板材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響 材料中生成大量質(zhì)量較好的SiC晶須，能夠使材料形成更好的陶瓷結(jié)合，可以有效地提高材料的強(qiáng)度，改善材料的顯微結(jié)構(gòu)。 選用炭黑A和炭黑B兩種超細(xì)炭素以及鱗片石墨三種原料，考察這三種炭素原料的添加對(duì)材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。制得的烘干試樣在隧道窯中埋炭燒成（14808h

22、）。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料試樣的物理性能及微孔率試樣的物理性能及微孔率編編號(hào)號(hào)配料配料特點(diǎn)特點(diǎn)顯氣顯氣孔率孔率%體積體積密度密度g/cm3常溫耐常溫耐壓強(qiáng)度壓強(qiáng)度MPa高溫抗高溫抗折強(qiáng)度折強(qiáng)度MPad1m微孔率微孔率%T1鱗片鱗片石墨石墨11.53.1448.49.956.1T2炭黑炭黑A7.13.1673.813.7570.2T3炭黑炭黑B10.33.0867.311.2571.4圖圖2 試樣試樣T1,T2,T3的孔徑的累積分布曲線的孔徑的累積分布曲線可以發(fā)現(xiàn)，所有試樣基本上沒有可以發(fā)現(xiàn)，所有試樣基本上沒有直徑直徑d100m的孔，但試樣的孔，但試樣T2、T3中直徑中直徑d1m的氣孔體

23、積比的氣孔體積比率明顯比率明顯比T1增加。其中試樣增加。其中試樣T1、T2和和T3中孔洞直徑中孔洞直徑d1m的孔體的孔體積總量占總孔體積的比率分別為積總量占總孔體積的比率分別為56.1%、70.2%和和71.4%。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料a）石墨（）石墨（T1) b) 炭黑炭黑A (T2) c)炭黑炭黑B(T3) 圖圖10 添加不同炭素原料的鋁鋯碳滑板試樣的斷口添加不同炭素原料的鋁鋯碳滑板試樣的斷口SEM照片照片四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 硅粉添加量及粒度對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響硅粉添加量及粒度對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響 圖圖4 試樣強(qiáng)度隨硅粉添加量的變化試樣強(qiáng)度隨硅粉添加量的變化

24、 圖圖5 試樣抗氧化性隨硅粉添加量的變化試樣抗氧化性隨硅粉添加量的變化（J1J2 J3 J4 ）四四 滑板耐火材料滑板耐火材料圖圖6 試樣抗氧化磨耗性與硅粉添加量的關(guān)系試樣抗氧化磨耗性與硅粉添加量的關(guān)系 圖圖7 侵蝕后試樣的外貌侵蝕后試樣的外貌J2:2.8mmJ3:3mm四四 滑板耐火材料滑板耐火材料添加不同粒度金屬硅粉對(duì)材料性能的影響添加不同粒度金屬硅粉對(duì)材料性能的影響表表3 3 添加不同粒度金屬硅粉試樣物理性能與微孔率添加不同粒度金屬硅粉試樣物理性能與微孔率編號(hào)顯氣孔率%體積密度g/cm3常溫耐壓強(qiáng)度MPad1m的微氣孔率 %J4-粗18.62.9471.770.9J5-細(xì)17.62.98

25、80.880.8J4 J5圖圖8 燒成后試樣燒成后試樣J4、J5的孔徑分布曲線的孔徑分布曲線 燒成試樣的性能燒成試樣的性能指標(biāo)表明，與試樣指標(biāo)表明，與試樣J4相比，試樣相比，試樣J5的顯氣的顯氣孔率較低，常溫耐壓孔率較低，常溫耐壓強(qiáng)度較高，體積密度強(qiáng)度較高，體積密度較大，微氣孔率也較較大，微氣孔率也較高。即添加粒度較細(xì)高。即添加粒度較細(xì)的硅粉更能改善材料的硅粉更能改善材料的物理性能和微孔結(jié)的物理性能和微孔結(jié)構(gòu)。構(gòu)。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 在在14002h條件下檢測(cè)試樣條件下檢測(cè)試樣J4、J5的抗氧化情況：的抗氧化情況： J4 J5 圖圖9 9 氧化后試樣的切開面氧化后試樣的切開面四四

26、滑板耐火材料滑板耐火材料 添加較細(xì)粒度添加較細(xì)粒度Si粉的試樣粉的試樣J5的抗氧化性較好。的抗氧化性較好。試樣J4J5氧化深度，mm75.5氧化失重率，%1.671.62 較細(xì)粒度硅粉（較細(xì)粒度硅粉（J5）圖圖11 添加不同粒度硅粉的鋁鋯碳滑板試樣的斷口添加不同粒度硅粉的鋁鋯碳滑板試樣的斷口SEM照片照片較粗粒度硅粉較粗粒度硅粉(J4)a)J2 b) J4 c) J5圖圖12 燒成試樣的衍射圖譜燒成試樣的衍射圖譜四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 燒成溫度對(duì)材料性能的影響燒成溫度對(duì)材料性能的影響將烘烤后的將烘烤后的T2試樣在電爐中分別以試樣在電爐中分別以A、B、C （1100ABC1600）三個(gè)溫

27、度埋炭燒成。）三個(gè)溫度埋炭燒成。 圖圖3 試樣性能與燒成溫度的關(guān)系試樣性能與燒成溫度的關(guān)系 四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 A （低溫?zé)桑ǖ蜏責(zé)桑?C（高溫?zé)桑ǜ邷責(zé)桑?圖圖13 不同溫度燒成后鋁鋯碳滑板試樣斷口的不同溫度燒成后鋁鋯碳滑板試樣斷口的SEM照片照片四四 滑板耐火材料滑板耐火材料Al2O3微粉對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響微粉對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響微粉填充在顆粒的孔隙中，有利于緊密堆積；微粉填充在顆粒的孔隙中，有利于緊密堆積；在燒成的過程中，微粉有利于傳質(zhì)，促進(jìn)燒結(jié)。在燒成的過程中，微粉有利于傳質(zhì)，促進(jìn)燒結(jié)。實(shí)驗(yàn)所選用的微粉有：實(shí)驗(yàn)所選用的微粉有： 活性氧化鋁微粉活性氧

28、化鋁微粉-1 活性氧化鋁微粉活性氧化鋁微粉-2 白剛玉微粉白剛玉微粉 板狀剛玉板狀剛玉T-60 煅燒氧化鋁微粉煅燒氧化鋁微粉四四 滑板耐火材料滑板耐火材料表表4 微粉原料的比表面積和粒度分布微粉原料的比表面積和粒度分布 微粉比表面積m2/g粒度徑距d10md50md90m真密度g.cm-.3活性氧化鋁微粉-13.02.5活性氧化鋁微粉-22.564.460.6832.52911.9603.9522白剛玉微粉1.355.3420.7588.06743.851板狀剛玉T-603.0煅燒氧化鋁微粉0.94.0除了白剛玉微粉的除了白剛玉微粉的d50較大以外，板狀剛玉微粉較大以外，板狀剛玉微粉T-60、

29、煅燒氧化、煅燒氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉鋁微粉、活性氧化鋁微粉-1、活性氧化鋁微粉、活性氧化鋁微粉-2的的d50數(shù)據(jù)相差數(shù)據(jù)相差很小。很小。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料 在細(xì)粒度粉料總量保持不變的基礎(chǔ)上，分別以五種微粉替代部分粒在細(xì)粒度粉料總量保持不變的基礎(chǔ)上，分別以五種微粉替代部分粒度度0.044mm的板狀剛玉細(xì)粉進(jìn)行配料，如表的板狀剛玉細(xì)粉進(jìn)行配料，如表5所示。試樣經(jīng)所示。試樣經(jīng)11024h干燥后在隧道窯中埋炭燒成（干燥后在隧道窯中埋炭燒成（14706h）。）。原 料L1L2L3L4L5L6板狀剛玉0.044mm+板狀剛玉微粉T-60+煅燒氧化鋁微粉+活性氧化鋁微粉-1+活性氧化鋁微粉-

30、2+白剛玉微粉+試驗(yàn)配比特點(diǎn)試驗(yàn)配比特點(diǎn)四四 滑板耐火材料滑板耐火材料表表6 6 燒成后試樣的物理性能及微孔率燒成后試樣的物理性能及微孔率試樣編號(hào)顯氣孔率%體積密度g.cm-.3常溫耐壓強(qiáng)度MPa高溫抗折強(qiáng)度MPa微孔率%L112.43.1172.27.9532.7L211.23.1488.510.9838.4L311.03.1496.110.1037.5L411.13.1385.1 12.6142.8L511.23.14105.8 14.8237.0L611.33.1292.614.6458.6四四 滑板耐火材料滑板耐火材料L1：對(duì)比試樣；L2，L6：添加一種微粉；L3，L4，L5：添加二種

31、微粉。n鈴木遼平等較為系統(tǒng)地研究了顆粒粒度組成對(duì)氧化鋁磚、氧化鋁-碳磚性能影響。氧化鋁磚及氧化鋁-碳磚中不同粒度氧化鋁的比例四四 滑板耐火材料滑板耐火材料n粒度組成對(duì)氧化鋁磚性能的影響四四 滑板耐火材料滑板耐火材料粒度組成對(duì)氧化鋁-碳磚性能的影響四四 滑板耐火材料滑板耐火材料工業(yè)試驗(yàn)工業(yè)試驗(yàn)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)配方進(jìn)一步優(yōu)化在馬鋼耐火材料公司研制了Al2O3-ZrO2-C滑板，并在馬鋼第二鋼軋總廠擴(kuò)大試用。試用工藝條件：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐四座（30t4），平均出鋼量36t，鋼包公稱容量40t，澆注時(shí)間3050min，鋼包澆注溫度：15701640，全連鑄。澆注鋼種：Q235195、16Mn礦、Q34

32、5、HRB335-400等。共試用滑板300套，跟蹤觀察使用情況得出如下結(jié)果： 滑板平均壽命3次，有一定數(shù)量的滑板連用次數(shù)達(dá)到4次，正常情況下，滑板孔擴(kuò)徑一般為1015mm，少數(shù)為18mm。四四 滑板耐火材料滑板耐火材料金屬?gòu)?fù)合鋁（鋯）碳滑板金屬?gòu)?fù)合鋁（鋯）碳滑板 抗氧化性好抗氧化性好 熱震穩(wěn)定性高熱震穩(wěn)定性高 抗侵蝕性強(qiáng)抗侵蝕性強(qiáng) 高溫強(qiáng)度大高溫強(qiáng)度大 編編號(hào)號(hào)熱處熱處理溫理溫度度化學(xué)組成化學(xué)組成 顯氣顯氣孔率孔率體積體積密度密度g/cm3抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度MPa侵蝕侵蝕指數(shù)指數(shù)抗氧化指數(shù)抗氧化指數(shù)使使用用壽壽命命Al2O3ZrO2F.CAlR.T140050010001100080128-4

33、.63.42332214030354250095.5-3a8.33.1422331008030-3500100095.5-4a7.23.19353710050256四四 滑板耐火材料滑板耐火材料印度八達(dá)通卡有限公司印度八達(dá)通卡有限公司納米材料對(duì)納米材料對(duì)Al2O3-ZrO2-C耐火材料性能的影響耐火材料性能的影響四四 滑板耐火材料滑板耐火材料納米材料對(duì)納米材料對(duì)Al2O3-ZrO2-C耐火材料性能的影響耐火材料性能的影響四四 滑板耐火材料滑板耐火材料納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在SN滑板材料中應(yīng)用滑板材料中應(yīng)用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在SN滑板材料中應(yīng)用滑板材料中

34、應(yīng)用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在SN滑板材料中應(yīng)用滑板材料中應(yīng)用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在納米結(jié)構(gòu)基質(zhì)在SN滑板材料中應(yīng)用滑板材料中應(yīng)用四四 滑板耐火材料滑板耐火材料五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料抗熱震性抗熱震性透氣性透氣性抗鋼水滲透性抗鋼水滲透性熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高熱膨脹系數(shù)小熱膨脹系數(shù)小晶粒呈柱狀、針狀晶粒呈柱狀、針狀機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度微孔高強(qiáng)微孔高強(qiáng)透氣材料透氣材料Al2O3-SiO2溶膠溶膠/凝膠凝膠外加劑外加劑莫來(lái)石晶須莫來(lái)石晶須莫來(lái)石凝膠莫來(lái)石凝膠SEM照片照片微孔高強(qiáng)透氣材料微孔高強(qiáng)透氣材料SEM照片照片五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻

35、耐火材料透氣材料透氣材料顯氣孔率顯氣孔率%耐壓強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度MPa氣孔平均直徑氣孔平均直徑m透氣度透氣度m2未添加凝膠粉未添加凝膠粉32112.525.1521.1添加凝膠粉添加凝膠粉11.2623.5孔徑3111.727透氣材料凝膠處理前后的孔徑分布及物理性能對(duì)比透氣材料凝膠處理前后的孔徑分布及物理性能對(duì)比 510152025303540452030405060708090100 累積分布，%孔徑，m 未加凝膠粉 添加凝膠粉（1500C3h）五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料氣氣泡泡捕捕獲獲夾夾雜雜物物機(jī)機(jī)理理示示意意圖圖 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案工業(yè)試驗(yàn)工業(yè)試驗(yàn)鋼水流

36、場(chǎng)鋼水流場(chǎng)夾雜物運(yùn)行軌跡夾雜物運(yùn)行軌跡夾雜物去除率夾雜物去除率修修正正模模型型水力模擬吹氣參數(shù)吹氣參數(shù)控流位置控流位置氣泡大小氣泡大小氣幕擋墻冶金氣幕擋墻冶金五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料不吹氣不吹氣(A)與吹氣與吹氣(B)的流場(chǎng)比較的流場(chǎng)比較(A)(A)只采用湍流控制器的中間包內(nèi)，在湍流控制器的兩側(cè)，形成較大的回流區(qū)，不利于夾雜物的上浮。五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料不吹氣不吹氣(A)與吹氣與吹氣(B)的流場(chǎng)比較的流場(chǎng)比較(B)(B)氣幕擋墻和湍流控制器配合使用時(shí)，形成的氣泡幕改變了鋼液的流動(dòng)方向，迫使鋼液向上流動(dòng)。在氣幕擋墻的兩側(cè)形成兩個(gè)方向相反的回流區(qū)，使該區(qū)域鋼液的混合

37、加劇。五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料湍流控制器湍流控制器+上擋墻上擋墻+下?lián)鯄ο聯(lián)鯄?湍流控制器湍流控制器+氣幕擋墻氣幕擋墻+下?lián)鯄ο聯(lián)鯄?湍流控制器湍流控制器+氣幕擋墻氣幕擋墻+上擋墻上擋墻 五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料湍流控制器湍流控制器+氣幕擋墻氣幕擋墻+上擋墻上擋墻+下?lián)鯄ο聯(lián)鯄?五五 氣幕擋墻耐火材料氣幕擋墻耐火材料0.00.51.01.52.02.50.00.81.01.21.4 C ti ti-gas中間包內(nèi)氣幕擋墻對(duì)中間包內(nèi)氣幕擋墻對(duì)RTD曲線的影響曲線的影響 平均停留時(shí)間延長(zhǎng)了近123s，峰值時(shí)間延長(zhǎng)了121s，死區(qū)體積降低了18.6%，活塞流體積分率增加了46.7%。 Flow controlstmin/stpeak/stav/sVd/V / %Vp