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"第十八屆全國耐火材料青年學術報告會"于2022年7月11日上午在長沙融程花園酒店隆重開幕。來自全國耐火材料及上下游行業(yè)的科研院所、高校、生產企業(yè)等單位的400余名代表相約長沙，齊聚一堂，共同見證了這一盛會。
7月12日下午，會議的主題報告分別由中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司王文武副總經理和遼寧科技大學欒艦教授主持。
中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司劉國齊正高級工程師、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、武漢科技大學劉浩教授、淄博元和機電工程有限公司孫旺總經理、鄭州玉發(fā)精瓷科技有限公司的劉亞工程師、長沙理工大學楊現鋒教授、武漢善達化工有限公司黃凱經理、鄭州大學高金星副教授和國防科技大學李端博士分別做了精彩的主題報告。
王文武副總經理主持報告
欒艦教授主持報告
01
含碳耐火材料中鎂鋁尖晶石原位生成機理及調控
劉國齊
中鋼集團洛陽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，而且嚴重制約功能耐火材料的可靠性。報告首先介紹了含碳材料中Mg氣相、Al氣相的生成過程以及碳組分對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理；另外還研究了鋁碳/鎂碳復合材料高溫下的結構變化，明晰了鋁碳/鎂碳界面處傳質機制，闡明了復合材料高溫穩(wěn)定性影響因素；最后介紹了二次尖晶石化對含碳材料性能和結構的影響，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構設計提供了基礎數據。
02
湘鋼低鐵耗高產能的煉鋼模式對耐材的新需求
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。湘潭鋼鐵集團有限公司由2020年初開啟低鐵耗高產能的煉鋼模式，鐵耗由900kg/噸鋼降低至700kg/噸鋼，年鋼產量由1200萬噸提高至1600萬噸。更苛刻的耐火材料服役環(huán)境，也對耐火材料提出了新需求。報告匯報了針對湘鋼低鐵耗高產能的煉鋼模式開啟的技術攻關。對鐵水包、轉爐、鋼包、RH爐、中間包等多工序項目逐一進行了材料設計及應用研究。現役鐵水包罐齡超1000次，效率提升約25%；90t轉爐爐齡超32000次，出鋼口壽命超400次，轉爐擋渣滑板壽命超32次，效率提升約28%；140t轉爐爐齡超25000次，出鋼口壽命超500次，轉爐擋渣滑板壽命超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，效率提升約25%；板坯中包壽命超22小時，效率提升約38%。
03
精煉鋼包用高純無水泥結合剛玉-尖晶石預制塊的損毀機理研究
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)異的高溫力學性能，剛玉尖晶石澆注料/預制塊廣泛應用于鋼包渣線以下工作層。為了進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組成和結構的優(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合的鋁鎂質或剛玉尖晶石質預制塊或澆注料。考慮養(yǎng)護時間、生坯強度和原料價格，常用鋁酸鈣作為結合劑，但在基質中引入CaO往往會影響澆注料/預制塊的高溫力學強度、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合劑，但由于ρ-Al2O3的比表面高，造成施工時間短，燒結過程中顯收縮，需要引入少量的高純鎂砂，利用原位尖晶石反應的膨脹來抵消燒結收縮，但因鎂砂水化開裂的尖銳問題，常常引入氧化硅粉，來防止水化開裂及提高中溫強度，但在剛玉尖晶石/鋁鎂質材料的基質中SiO2引入，將顯著降低其高溫抗折強度，不利于其抗鋼水/熔渣的沖刷和侵蝕。
基于以上方面，新研制了一種無水泥結合的剛玉尖晶石預制塊，采用新型結合劑，其(Al2O3+MgO> 99 wt%)、雜質含量極低(CaO、SiO2含量分別小于0.2%)，并將其成功的工業(yè)化應用。報告剖析了服役于精煉鋼包包壁的用后高純無水泥結合剛玉-尖晶石預制塊的組成與結構，提出剛玉-尖晶石預制塊在精煉鋼包包壁中可能的損毀機理，同時分析渣與剛玉-尖晶石質耐火材料的相互反應，揭示其改進的需要和方向。
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
為了延長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象，對比了兩種磚樣抗復合侵蝕劑的侵蝕能力。結果表明，氧化鉻含量及顯微結構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硅酸鹽和釩酸鹽物相，升溫熔化/降溫凝固過程產生的體積應變，容易導致材料開裂、剝落，加劇侵蝕過程；鋁鉻磚中鋁鉻固溶體對剛玉顆粒形成的包裹，避免了與低熔點液相的直接接觸，提高了材料的抗侵蝕能力。
05
智能裝備助力綠色耐材--耐火磚自動液壓機的技術應用
孫旺
淄博元和機電工程有限公司
報告介紹了新一代耐火磚自動液壓機。在能源節(jié)約方面，該自動液壓機全面換裝使用了伺服液壓系統，在油缸靜止時，伺服電機不轉動，而傳統液壓機電機仍在額定轉速下轉動，仍需消耗20%-30%的額定功率；同時保壓階段，伺服驅動液壓機的伺服電機的轉速僅僅補充泵及系統的溢流，相比傳統液壓機又將減少30%-40%的能耗。所以采用伺服液壓系統綜合節(jié)能將達到30%-50%，進一步在成型環(huán)節(jié)降低能耗。而且伺服液壓系統采用的內嚙合齒輪泵相較于傳統液壓機的軸向柱塞泵同種流量壓力下噪聲低5-10分貝，油缸靜止時伺服電機轉速更是直接為0。所以新一代液壓機的噪聲更低，生產環(huán)境更加友好。同時，相較于傳統的人工參與的生產方式，自動液壓機對耐材產品的性能穩(wěn)定性及質量也有提高，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，符合綠色耐材產品質量優(yōu)良化的趨勢。
06
高流動性α-Al2O3體系開發(fā)及其在耐火材料中的應用
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、燒結性能好品種多等諸多優(yōu)點。在Al2O3-SiO2、Al2O3-MgO等不定形耐火材料體系中，基質的流動性對其施工及應用性能都有重要的影響，α-Al2O3作為基質的重要組成部分，提高α-Al2O3本身的流動性，具有重要的意義，本報告從α-Al2O3顯微結構出發(fā)，配合粒度分布，同時加入合適的分散劑，制備出了高流動性的α-Al2O3體系。
07
熔融沉積技術3D打印制備氮化硅和碳化硅陶瓷
楊現鋒
長沙理工大學
結構陶瓷3D打印技術在復雜形狀陶瓷部件制備方面具有潛在的突出優(yōu)勢。但主流的結構陶瓷3D打印技術目前主要處在實驗研究和材料評估階段，高可靠性、大尺寸和高精度結構陶瓷部件的3D打印制備技術亟待突破。與光固化、激光選區(qū)燒結和粘結劑噴射等方法相比，熔融沉積方法(FDM)具有打印效率高、坯體致密度高、粉體適應性廣和設備成本低等優(yōu)勢。
長沙理工大學工程陶瓷先進制造技術團隊系統開展了工程陶瓷FDM 3D打印相關的裝備創(chuàng)新設計、標準化打印耗材制備、打印策略優(yōu)化和材料性能評價等工作，成功應用于氧化鋯、氮化硅和碳化硅陶瓷材料及其復雜形狀陶瓷部件的制備。報告分享了團隊在FDM制備氣壓燒結氮化硅陶瓷、無壓燒結碳化硅陶瓷、多孔氧化鋯陶瓷和柔性陶瓷線材等方面的研究進展，希望能夠推動陶瓷3D打印技術從實驗室走向工程應用。
08
金屬鋁與減水劑在澆注料中的匹配性研究
黃凱
武漢善達化工有限公司
隨著不定形耐火材料的快速發(fā)展，越來越多的人開始關注到澆注料的防爆性能，由于施工現場環(huán)境的不同，防爆性能不好會導致澆注料的開裂爆裂，直接影響到澆注料的使用壽命。金屬鋁粉作為防爆劑在國內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，沒有處理好會很容易導致澆注料出現鼓脹開裂現象。報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行研究，分析了不同減水劑對金屬鋁粉的反應速度的影響。結果表明不同粒徑的金屬鋁水化反應速度不一樣，最后產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膜阻隔了金屬鋁的進一步水化，但是如果匹配的減水劑可以降低氫氧化鋁保護膜的形成，促進金屬鋁的水化反應，就達到防爆防止開裂的效果。報告中從減水劑的角度出發(fā)，解決了金屬鋁反應活性和使用不穩(wěn)定性等問題，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網狀多孔陶瓷過濾器的制備與性能研究
高金星
鄭州大學
為滿足過濾金屬熔體的需要，多孔陶瓷過濾器不僅要有高的孔隙率，還應具有良好的耐高溫、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制備。此外，與氧化物陶瓷相比，塞隆不與熔渣浸潤，具有良好的抗侵蝕性能，故賽隆陶瓷有望制備出性能優(yōu)異的陶瓷過濾器。本報告通過有機泡沫浸漬法制備了β-SiAlON多孔陶瓷過濾器，研究了其氧化前后材料的氣孔、體密、耐壓強度、物相以及形貌等性能變化，探究了β-SiAlON多孔陶瓷過濾器的抗氧化性能，為新型β-SiAlON多孔陶瓷過濾器的研究和應用奠定理論基礎。
10
陶瓷材料強熱輻射快速燒結技術及應用
李端
國防科技大學
近年來，放電等離子燒結、閃燒、冷燒結等新型燒結技術發(fā)展迅速。燒結過程中的傳熱方式主要有熱傳導，熱對流和熱輻射。根據Stefan-Boltzmann定律，高溫下的熱輻射傳熱十分顯著。本報告研究采用了一個改進的放電等離子燒結裝置產生高強熱輻射，在短時間內實現材料的快速致密化，稱之為"高強熱輻射燒結（SITR）"技術。應用該方法已成功在數分鐘內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，該方法也可應用于夾層透波材料、鈣鈦礦氧氮化物粉體等的高效制備。SITR具有工藝時間短、溫度分布可調、可實現近凈成型等優(yōu)點，在陶瓷材料快速制備領域具有廣闊應用前景。