2024年, 第36卷, 第10期　刊出日期：2024-10-20

  

• 全选
  |

• Select
  2024先进钢铁冶炼与高温合金熔炼用耐火材料专刊序言

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1245-1246.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
综合论述
• Select
  基于机器视/听觉的耐火材料蚀损行为表征评价研究进展

  刘陈陈, 黄奥, 李昇昊, 陈昕煜, 顾华志

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1247-1266. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240167

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  耐火材料作为冶金和建材等高温工业中不可替代的关键基础材料,在服役过程中不可避免地遭受到热-化-力耦合条件下的化学侵蚀和力学损伤(简称蚀损),造成高温炉衬损毁并影响产品生产质量。传统手段多采用事后冷态分析评价方法,难以直接对高温复杂环境下耐火材料的损毁过程进行原位观测,同时易缺少诸如热-化-力耦合条件下的过程信息从而导致分析结果产生偏差。综述了机器视/听觉技术在耐火材料蚀损行为表征评价中的应用研究进展,表明利用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)和声发射(Acoustic Emission, AE)等非接触式技术,通过实时监测耐火材料蚀损的全场应变及声发射信号,能有效表征耐火材料在多因素耦合条件下的材料蚀损演变过程,对准确揭示耐火材料的损毁机制和服役性能评价提供了新途径,旨在为高品质产品熔炼或生产用优质耐火材料开发提供理论支撑。
• Select
  利用工业固废制备轻质耐火材料及其冶金应用现状

  慕鑫, 李广明, 张呈呈, 刘永利, 宋娜, 马北越

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1267-1274. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230276

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  中国每年产生大量含有较高铝硅含量的工业固废,有望成为冶金行业制备铝硅系轻质耐火材料的原料。总结了尾矿、冶金废渣、尘泥、粉煤灰、煤矸石等工业固废在制备轻质骨料方面的研究现状,通过对比总结了人工骨料替代天然骨料制备轻质耐火材料的性能优势,对制备轻质耐火材料中的轻质骨料微孔化与基质均匀化的相关研究进行了总结,阐明了使用工业固废骨料制备轻质耐火材料的合理性与发展前景,提出了开发固废骨料制备轻质耐火材料新工艺、新技术的需求,以及不断改善铝硅系轻质耐火材料的绝热性能与抗渣侵蚀性能的方式,以实现工业固废资源的高效利用以及冶金高性能耐火材料的轻量化和功能化发展。
• Select
  先进钢铁冶炼用轻量化耐火材料的研究进展

  张巍

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1275-1289. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230248

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  耐火材料作为钢铁冶炼用高温窑炉的内衬,对其提高热效率、降低能耗起着至关重要的作用。近年来,先进钢铁冶炼用耐火材料轻量化的研究受到广泛关注。基于此,根据轻量化耐火材料的种类,综述了先进钢铁冶炼用轻量化耐火材料的研究进展,以期指导长寿轻量化耐火材料的设计和开发,促进先进钢铁冶炼用高温窑炉的节能减排。耐火材料的轻量化可通过引入轻量骨料和密度梯度的结构设计实现。轻量化耐火材料具有较低的热导率和体积密度,较好的隔热性能,可直接作为工作层使用。轻量化耐火材料的制备技术、种类及损毁机制尚需深入研究。
• Select
  菱镁矿除钙提纯技术及镁钙基耐火材料开发应用的研究进展

  吴晟, 侯庆冬, 罗旭东, 马北越, 王鹏, 满奕然

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1290-1297. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230228

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  菱镁矿作为一种重要的工业生产用矿产资源,由于生产工艺的制约,致使大量低品位菱镁矿无法得到有效利用。为了提高这类菱镁矿提纯工艺的作业率,通过归纳难免离子、捕收剂、抑制剂对菱镁矿浮选过程中白云石分离的作用机制和煅烧温度、原料粒径对菱镁矿热选过程中白云石提纯的影响,分析了浮选/热选工艺的优缺点;另一方面介绍了采用提纯后的菱镁矿制备的镁钙基耐火材料在炼钢领域的应用进展。
耐火材料
• Select
  含不同形貌碳的C/MgO复合粉对低碳MgO-C耐火材料性能影响

  丁冬海, 关越, 李国丹, 肖国庆

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1298-1307. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230091

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  将燃烧合成的C/MgO复合粉(CN0)以及CNTs/MgO复合粉(CN1)分别加入低碳MgO-C耐火材料中,对比含不同形貌碳的复合粉对低碳MgO-C耐火材料的强化效果,研究了C/MgO复合粉对低碳MgO-C耐火材料体积密度、显气孔率、耐压强度、抗折强度、抗氧化性、抗热震性和抗渣性的影响。结果表明:复合粉的添加可以降低耐火材料的显气孔率,其中添加CNTs/MgO复合粉的试样CM6的显气孔率(12.5%)比空白试样CM0的显气孔率(13.6%)降低8.1%,比添加C/MgO复合粉的试样M6降低8.8%。此外,添加CNTs/MgO复合粉对耐火材料的抗热震性及残余强度改善程度较大,M6具有最高的残余强度保持率但残余强度最低,CM6具有最高的残余强度(2.5 MPa),比CM0(2.2 MPa)高13.6%。添加CNTs/MgO复合粉的低碳MgO-C试样的抗渣侵蚀性能提高,侵蚀指数最佳为1.09,较CM0减小21.6%,较M6减小6.0%。添加CNTs/MgO复合粉可以提高耐火材料的抗氧化性,CM6的氧化系数为56.44%,与CM0相比降低了11.81%。
• Select
  基线校准法测量变形及其在粘土砖高温耐压强度测定中的应用

  朱青友, 程旭, 余超, 祝洪喜, 尹玉成, 邓承继

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1308-1317. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240127

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  温度和应力之间的耦合作用会导致耐火材料产生过大变形,从而危及炉衬结构的稳定性。因此,精确测量变形对于窑炉寿命的设计和预测至关重要。荷重软化温度和蠕变率是评估耐火材料在低应力水平下高温压缩变形的主要方法。然而,将这些方法直接应用于高应力水平工况可能导致顶杆弯曲、断裂和垫片变形等问题。为解决这一难题,提出了基于压力机软件的位移记录功能的基线校准法,用于测试耐火材料在高温下的压缩变形,并详细阐述了该方法的原理和合理性。根据粘土砖和荷重软化温度,测量其不同温度下高温耐压强度,对比其测量偏差,最小为3.2%。利用CT技术检测试验后样品内部孔隙分布,其闭气孔率从3.43%增加至8.10%,并结合物相和典型形貌分析,进一步表明基线校准法具有较高的准确性和实用性。根据试验结果提出了高温耐压强度的判断依据和定义,为耐火材料的研究以及高温窑炉炉衬的设计提供了理论支持。
• Select
  基于三维细观随机模型的耐火浇注料损伤

  黄育飞, 苏安, 杨鑫, 张湲鹭, 何志军

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1318-1325. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240181

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  细观尺度的耐火浇注料损伤研究对揭示损伤演化过程与机制意义重大。借助计算机辅助技术,应用Matlab编译耐火浇注料三维随机模型随机生成程序,并结合Comsol Multiphysics建模工具,建立了符合耐火浇注料颗粒级配的三维细观随机模型,随后导入Abaqus,最大主应力准则作为裂纹开裂准则,研究了耐火浇注料损伤演化全过程。结果显示本模型可以捕捉到从微观到宏观不同尺度上的微裂纹扩展行为;耐火浇注料应用过程中微裂纹通常起始于基质部分的缺陷处,并在骨料周围45°位向方向快速扩展。基质间相邻裂纹尖端的应力分布与骨料的存在可影响裂纹的扩展路径,使其在骨料周围发生偏转,弯曲方向远离骨料颗粒,其结果与实际损伤破坏结果一致。
• Select
  轻量化氧化铝孔结构特征对材料性能的影响

  郭童双, 丁军, 邓承继, 余超, 祝洪喜

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1326-1335. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230256

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究轻量化过程中气孔对材料性能的影响,制备了具有不同孔结构参数的多孔氧化铝,并利用压汞仪和CT扫描技术对材料孔结构进行表征,采用灰色理论研究了孔结构变化对材料性能的影响。结果表明,随着材料气孔率的提高,其体积密度逐渐下降,且多孔氧化铝的耐压强度和导热系数显著降低。不同孔径区间对材料性能影响存在较大差异,孔径分布小于1.5 μm的孔对材料耐压强度和导热系数影响最大,而孔径分布大于150 μm的孔对材料的性能影响最小。因此,在材料轻量化的过程中,提高孔径分布在小于1.5 μm孔的占比更有利于提升材料的综合性能。
• Select
  HIsmelt熔融还原炼铁用铝铬质耐火材料烧结性能及Cr⁶⁺降价机制

  李静捷, 张寒, 赵惠忠, 李宇奇

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1336-1342. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230351

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  HIsmelt炼铁工艺具有流程短、原料适用性广、产品纯净度高等特点,是一种高效低碳绿色的炼铁工艺,其炉衬主要使用铝铬质耐火材料。以板状刚玉和铝铬渣为原料,磷酸二氢铝为结合剂,选择硅微粉为添加剂,经150 MPa压力成型和1 600 ℃×3 h烧成后制得HIsmelt熔融还原炼铁用再生铝铬质耐火材料试样,就硅微粉对试样烧结性能及铬元素价态转变的影响开展了研究。结果表明:加入硅微粉可以促进试样的烧结,使铬元素向刚玉中固溶,从而抑制Cr⁶⁺化合物的产生。铝铬固溶体晶胞参数随硅微粉加入量的增加而变大。同时,硅微粉可以将Cr⁶⁺降价还原为Cr³⁺,降低试样中Cr⁶⁺的浓度。加入硅微粉后试样中可原位生成柱状莫来石,从而影响试样的热震稳定性和热膨胀系数,硅微粉的加入量(质量分数)以2%~3%为宜。
• Select
  CaZrO₃引入种类和氧化镁含量对合成MgO-CaZrO₃质耐火材料性能的影响

  孔一博, 隋盺源, 王志鹏, 王立广, 于景坤, 袁磊, 温天朋

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1343-1351. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240214

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为制备高性能的MgO-CaZrO₃耐火材料,利用预合成CaZrO₃作为原料,在制备过程中分别加入不同含量的MgO,通过X射线衍射、物理性能分析和扫描电镜等技术,研究CaZrO₃引入种类和MgO含量对其物相组成、显微组织和物理性能的影响。结果表明,MgO在一定程度上促进了CaZrO₃向钙锆中间产物Ca_0.15Zr_0.85O_1.85的转化,在高温烧结过程中,会新生成一定量的CaZrO₃,界面反应增多,促进了烧结致密化。引入CaZrO₃预处理原料时,当MgO加入量为30%(质量分数),材料性能较好,主要物相为MgO、CaZrO₃和Ca_0.15Zr_0.85O_1.85,CaZrO₃平均晶粒尺寸为1.5~2.5 μm,MgO平均晶粒尺寸为2.5~3.5 μm;显气孔率为2.56%,体积密度为3.85 g/cm³,线收缩率为15.43%,常温耐压强度为376 MPa。引入CaZrO₃原料时,当MgO加入量为30%(质量分数),材料性能较好,主要物相为MgO、CaZrO₃和Ca_0.15Zr_0.85O_1.85,CaZrO₃平均晶粒尺寸为2~4 μm,MgO平均晶粒尺寸为9~11 μm;显气孔率为0.90%,体积密度为4.87 g/cm³,线收缩率为17.47%,常温耐压强度为250 MPa。
• Select
  水泥含量对轻烧刚玉-尖晶石质钢包透气砖性能和微观结构的影响

  陈玉娥, 张佩雄, 左小坦, 赵立, 王恩会, 侯新梅

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1352-1360. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230284

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  铝酸钙水泥含量及热处理温度是影响轻烧透气砖中低温强度性能和抗热震性的2个主要因素。研究了热处理温度(110~1 600 ℃)和水泥含量(1%~9%,质量分数)对刚玉-尖晶石质浇注料的显微结构、物相组成、抗折强度、耐压强度、高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明:随着水泥含量的增加,110~1 000 ℃烧成试样的抗折强度和耐压强度增加;1 400 和1 600 ℃烧成试样的抗折强度和耐压强度先增加后减小。当水泥质量分数为5%时,试样的抗折强度和耐压强度最高。经1 600 ℃热处理后,随水泥加入量的增加,试样的高温抗折强度先增加后减小(质量分数为5%时最优),试样的抗热震性得到改善。当水泥质量分数为7%时,试样的抗热震性最优。因此,刚玉-尖晶石轻烧透气砖的适宜水泥加入质量分数为5%~7%。
• Select
  球形镁碳复合骨料对MgO-C耐火材料热震性能的影响

  赵浩浩, 韩兵强, 魏佳炜, 苗正, 钟虎堂

  钢铁研究学报. 2024, 36(10): 1361-1368. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20240145

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目前钢包用镁碳耐火材料中较高的碳含量会导致耐火材料向钢水中增碳,并且会使材料有较高的导热系数,导致热量的大量损失。降低碳含量则会导致材料的抗热震性能显著下降,而改变碳源的引入方式可以提高材料的使用性能,为降碳工作提供可能。针对上述问题提出了一种以成球造粒法制备球形镁碳复合骨料,并替代鳞片石墨以提高材料抗热震性能的新方法。结果表明:将球形镁碳复合骨料引入到镁碳耐火材料后,材料的力学性能和抗热震性能均有所提高,其中1 100与1 550 ℃热处理后最佳替代量耐火材料的抗折强度与断裂能分别提高了27.93%、15.17%和4.12%、8.84%,热震保持率与残余强度分别提高了9.15%和0.8 MPa,并且热震后的裂纹扩展表现出更多的穿骨料断裂,这主要是球形镁碳复合骨料的加入引入了微裂纹且骨料与基质的同相烧结使基质间结合更紧密所导致的。