《新型鋼包耐火材料研製及其與渣、鋼多相反應機理》是依託北京大學，由王習東擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型鋼包耐火材料研製及其與渣、鋼多相反應機理
- 項目負責人：王習東
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著冶煉水平與鋼材質量的不斷提高，耐火材料（尤其是鋼包精練耐火材料）與渣、鋼的作用將成為制約鋼材質量的重要環節之一。本課題一方面研究性能優異的新型氮氧化鋁鎂（鎂阿隆）耐火材料的製備，另一方面研究耐火材料與渣鋼間相互作用機理。首先利用天然原料與固體廢棄物合成性能優異的新型氮氧化鋁鎂（鎂阿隆）耐火材料，並通過控制合成過程工藝參數，獲得不同物相、組成與結構的復相耐火材料。分別利用所合成的鎂阿隆複合耐火材料以及鋼包使用的鎂碳磚、鎂鋁尖晶石磚為鋼包爐襯，選用低碳鋁鎮靜鋼以及相應的渣係為作用對象，研究耐火材料組成、物相、結構對爐渣組成以及渣鋼反應的影響規律。建立侵蝕過程的多相反應動力學模型以及耐火材料侵蝕過程熱震斷裂模型。為高性能鋼包耐火材料的製備與套用、為高純淨鋼冶煉過程的工藝控制奠定基礎。並促進鋼包冶金技術、耐火材料技術以及冶金物理化學學科的協同發展。
結題摘要
本項目利用多種固體廢棄物合成了系列新型氮氧化物復相耐火材料，一方面將氮氧化物高技術陶瓷的成就引入到耐火材料中，另一方面大幅度提高了耐火材料的性能，並實現廢舊耐火材料的高效利用。首先，利用碳熱還原氮化方法，以廢舊鎂碳磚、廢舊鎂鋁尖晶石耐火材料、廢舊鐵鉤料、鐵水包耐火材料以及煤矸石等固體廢棄物為原料合成了一系列氮氧化物復相耐火材料。採用還原氮化方法，以廢棄鎂碳磚、廢舊冶金滑板磚為原料，通過成份調控，合成了SiAlON/MgAlON復相氮氧化物耐火材料；以廢棄鎂炭磚與鎂鋁尖晶石耐火材料為原料合成多種MgAlON複合耐火材料。系統研究了所製備的MgAlON等新型氮氧化物耐火材料的影響因素對性能的作用規律，包括原料組成、氣氛與高溫燒結工藝對所合成的MgAlON復相耐火材料物相組成、分布、形態的相互關係；揭示了MgAlON復相耐火材料力學性能與其結構、晶體形態、雜質含量的關係，建立了氮氧化物耐火材料抗氧化試驗國家標準。考慮到冶金渣的黏度與其流動性及組元的擴散係數密切相關，也對耐火材料與爐渣的侵蝕反應、產物及反應物組元的擴散、傳質等都有影響，因此，我們系統研究了爐渣黏度與組成、溫度等的相互影響規律，建立了多個冶金渣黏度預報模型。 對不同物相、結構的鎂阿隆復相耐火材料進行了不同組成爐渣和溫度的侵蝕試驗研究，討論了鎂阿隆復相耐火材料與爐渣作用過程的化學反應、擴散、傳質以及熔蝕與熔化過程耦合規律。本項目利用爐渣黏度與其成份的相互關係，建立新型耐火材料動態抗渣試驗方法，用耐火材料做測頭，在侵蝕測試過程中，試樣不斷侵蝕進入爐渣，試樣半徑不斷變小，爐渣成份隨之變化，爐渣粘度也不斷變化，因此爐渣粘度隨測頭侵蝕量變化而變化。本試驗方法的最大優點在於可直接得到試驗結果，還可反映侵蝕過程的侵蝕速度，尤其可反映初始侵蝕速度，這是因為試驗初期，妒渣成份變化不大，基本反映原成份妒渣的侵蝕速度。此外，研究了爐渣溫度、組成對不同耐火材料侵蝕速率的影響規律與反應機理及動力學模型。初步建立了耐火材料、爐渣以及多傳輸與多反應耦合過程動力學模型。發表學術論文（SCI收錄）7篇，投稿與待出版論文（SCI收錄）8篇；獲得國家發明專利8項。
