对含有磷酸盐的高铬砖为内衬的GE水煤浆气化炉运行中开停车次数、运行时间等状况进行了实时跟踪,测量了不同运行阶段气化炉内腔直径,计算了残砖厚度,分析了高铬砖在整个运行周期内的损毁速率及用后残砖的显微结构、成分分布和物相组成等。结果表明:含磷高铬砖在水煤浆气化炉上的全周期服役的损毁速率具有非均匀性,表现为前期慢,中后期快,末期又变慢的特点;侵蚀、渗透和剥落是造成含磷高铬砖炉衬损毁的主要因素,在其服役的不同阶段由特定损毁因素主导是损毁速率不均匀的原因;高铬砖中的磷酸盐抑制了硅酸盐玻璃熔渣的渗透深度,减少了剥落,延长了炉衬寿命。

为了减少高温窑炉的热能损耗,降低窑体的表面温度,以自制的镁质多孔骨料(以高纯镁粉为原料,以油酸钾为发泡剂)、中档镁砂粉、铝酸钙水泥、SiO₂微粉为原料,引入硅溶胶处理后的核桃壳粉(以Sws表示)作为造孔剂,制备镁质隔热材料试样。研究了Sws的加入量(质量分数分别为0、10%、15%和20%)和烧结温度(1 300、1 350、1 400和1 480 ℃)对试样性能的影响。结果表明:1)1 480 ℃时添加Sws为10%(w)时,试样耐压强度为22 MPa;添加Sws为20%(w)时,热导率为0.368 W·m^-1·K^-1 (350 ℃)。2)硅溶胶中的纳米SiO₂与基质内的MgO反应生成镁橄榄石,将核桃壳粉挥发后的气孔包裹起来,形成封闭气孔。

为了提高钢水连续测温传感器Al₂O₃-C管的烧制质量,首先对烧制过程中炉内温度场进行测量,分析炉内温度场的变化规律;然后建立烧制过程中Al₂O₃-C管头部的热应力模型,根据热应力云图和最大热应力位置的应力、温度、应变曲线,确定最易发生损坏的位置,并分析其发生损坏的原因;最后根据分析得到的损坏发生的原因改进烧制过程的温度制度,并用于实际生产。研究表明:炉内的实际温度与设定温度不一致,上部温度高于下部的,排气口下方的温度高于其他位置的;根据应力模型确定的3个应力最大位置与实际烧制过程中的损坏位置一致;将300~600 ℃的升温速率由3.3 ℃·min^-1降低至2 ℃·min^-1后,烧制损坏率由改进前的千分之八减小到万分之一。

以电熔白刚玉颗粒、碳化硅颗粒和细粉、活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉、纯铝酸钙水泥等为主要原料,制备了SiC含量(w)分别为86%和71%的两种碳化硅浇注料,在1 000 ℃保温3 h热处理后,在1 000 ℃水蒸气中分别进行100、200、300、400和500 h的氧化试验,检测了试样氧化前后的质量变化率、体积变化率、体积密度、显气孔率、常温耐压强度,并进行XRD和SEM分析。结果表明:1)在0~300 h氧化阶段,碳化硅的氧化速率呈增大趋势;在300~500 h氧化阶段,碳化硅的氧化速率很小。2)SiC含量为71%(w)的试样的氧化速率比SiC含量为86%(w)的试样的略大。3)随着试样中碳化硅氧化程度的增大,氧化后试样的显气孔率呈增大趋势,体积密度和常温耐压强度呈减小趋势。

以高纯刚玉砖、刚玉-莫来石砖、莫来石砖、六铝酸钙砖、六铝酸钙-刚玉砖为研究对象,探究了5种耐火制品在1 370和1 500 ℃碱蒸气侵蚀下的反应状态及抗碱蒸气侵蚀机制。结果表明:1)在高温碱蒸气环境下,高纯刚玉砖无明显渣层,反应膨胀明显。2)刚玉-莫来石砖在1 370 ℃时反应膨胀较为明显,1 500 ℃时转变为熔蚀。3)1 370 ℃时,碱蒸气和莫来石砖形成渣层,但无体积效应;温度提高至1 500 ℃,加剧了莫来石砖的反应熔蚀。4)六铝酸钙砖和六铝酸钙-刚玉砖在碱蒸气侵蚀下形成薄渣层,其表面吸收Na⁺形成致密层,体积效应小。

为了提高粉煤灰的资源化综合利用水平,以粉煤灰为硅源,Al(OH)₃为铝源,AlF₃为晶须促进剂,V₂O₅为烧结助剂,采用固相烧结法制备了莫来石多孔材料,主要研究了粉煤灰与Al(OH)₃的配比(质量比分别为28.2:71.8、34.2:65.8、40.2:59.8、46.2:53.8、52.2:47.8)对制备的莫来石多孔材料性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)随着粉煤灰与Al(OH)₃的质量比增大,试样的显气孔率逐渐增大,体积密度和耐压强度逐渐减小。2)随着粉煤灰与Al(OH)₃的质量比增大,试样中莫来石的衍射峰逐渐增强,刚玉衍射峰逐渐减弱直至消失。3)当粉煤灰与Al(OH)₃质量比为52.2:47.8时,试样的显气孔率为53.1%,体积密度为1.12 g·cm^-3,耐压强度为22.8 MPa,莫来石晶体的长径比达到30。

以氢氧化镁和α-Al₂O₃微粉为原料,经过干混、成型和1 750 ℃反应烧结制备了刚玉-尖晶石骨料,研究了氢氧化镁粒度(平均粒径分别为55、36.4和10.6 μm)对刚玉-尖晶石材料体积密度、气孔率及显微结构等的影响。结果表明:随着氢氧化镁粒度的减小,试样的体积密度增加,显气孔率下降,封闭气孔增加,总气孔率和孔径逐渐下降;当氢氧化镁粒度减小时,氢氧化镁和Al₂O₃的分布更为均匀,有效接触面积增大,可以促进固相反应的进行,会形成更为细小的、分布更为均匀、广泛的封闭气孔;试样在500 ℃下的热导率随着氢氧化镁粒度的减小而增大。

基于“骨料微孔化、基质紧密化”的研究思路,采用显气孔率低、闭口气孔率高、热导率比普通耐火材料低20%~50%、抗渣性能与普通原料相当的具有微纳米尺度晶内气孔的微孔刚玉和矾土以及镁砂为原料,根据颗粒紧密堆积理论,对Dinger-Funk方程进行修正,建立轻量耐火材料基质堆积密度预测模型,制备了轻量铝镁浇注料。结果表明:此轻量铝镁浇注料不仅抗热震性好,热导率小,而且抗渣性能与普通铝镁浇注料相当。实际应用表明,采用微孔刚玉为骨料制备的钢包工作层用Al₂O₃-MgO质预制块使用寿命在同等条件下均优于现行材料。

分别添加不同量(质量分数分别为2%、4%、6%、8%、10%)的MgO粉或Y₂O₃粉作为烧结助剂,经球磨混合、造粒、成型、6 MPa氮气-1 750 ℃气压烧结制备氮化硅陶瓷,检测试样的相对密度,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:1)MgO粉添加量为6%(w)的试样和Y₂O₃粉添加量为8%(w)的试样的相对密度分别达到其系列试样的最大值96.5%和98%。2)添加量相同时,添加Y₂O₃粉试样的相对密度均比添加MgO粉试样的大,表明Y₂O₃比MgO更能促进氮化硅陶瓷的烧结致密化。3)添加MgO粉或Y₂O₃粉均能促进α-Si₃N₄向 β-Si₃N₄ 转变。

为研究废旧匣钵在锂电池正极材料用堇青石-莫来石质匣钵中回收利用的可能性,以粒度为≤0.044 mm的废匣钵粉,1.25~0.5 mm的堇青石颗粒,2~1、≤1 mm的M70莫来石颗粒,≤0.5、≤0.045 mm的电熔镁铝尖晶石,以及氧化铝微粉、广西白泥为主要原料,用质量分数为0、4%、8%、12%的废匣钵细粉替代部分氧化铝微粉和尖晶石细粉制备堇青石-莫来石质试样,并经1 320、1 350和1 380 ℃保温3 h烧后测试其体积密度、显气孔率和常温强度等物理性能,通过SEM对烧后试样的显微结构进行分析。结果表明:随着废匣钵粉添加量的增加,试样的体积密度和显气孔率变化较小,强度略有下降。综合来看,废匣钵粉添加量(w)为4%、8%时对堇青石-莫来石质匣钵试样性能的影响较小。

分析了在某170 t·h^-1干熄炉 “牛腿”上部和下部使用6年后的氮化物结合碳化硅砖在化学组成、致密度、常温强度、高温强度、气孔孔径、物相组成、显微结构等方面的变化。结果表明:1)在170 t·h^-1干熄炉使用6年后,上部砖和下部砖的SiC含量和Si₃N₄ 含量均减少,SiO₂含量均大幅度增多(增多291.3%~722.5%),气孔孔径均增大(d₅₀增大22%~239%);上部砖的常温抗折强度和高温抗折强度大幅减小(分别减小47.9%和48.5%),下部砖的常温抗折强度和高温抗折强度小幅减小(分别减小8.6%和11.0%)。2)用后氮化物结合碳化硅砖的上述变化是氧化造成的。上部的氧化比下部的严重,表层的氧化比内部的严重。

以电熔镁砂、鳞片石墨为主要原料制备了镁碳质转炉出钢口管砖,研究了不同的抗氧化剂(Al粉、Al粉+Si粉、Al粉+Si粉+CaB₆粉)和碳源种类(鳞片石墨、造粒石墨和膨胀石墨)对其性能的影响。结果表明:1)复合添加Al粉+Si粉+CaB₆粉,镁碳出钢口管砖的抗氧化性能、高温抗折强度显著改善;2)引入造粒石墨有利于镁碳出钢口管砖的抗热震性和抗氧化性能的改善,膨胀石墨的添加虽能够显著改善镁碳出钢口管砖的抗热震性,但却降低了材料的抗氧化性能;3)研制的转炉出钢口管砖在某钢厂转炉应用,平均使用寿命181次,比之前提高了45%,效果良好。

以镁钙砖烧成用隧道窑烟气治理为例,提出了干法脱硫、选择性催化还原(简称SCR)脱硝的治理工艺。据此,可以实现二氧化硫、粉尘和氮氧化物的排放浓度分别低于10、35和50 mg·m^-3的超低排放标准。该工艺已在山西某生产镁钙砖的耐火材料企业投入使用,运行效果良好,但每吨产品增加成本约13.5元。

以熔融石英粉、白炭黑、硅溶胶为硅源,氢氧化钙为钙源,研究了硅源对水热法制备硅钙材料性能的影响。结果表明:以熔融石英为硅源时,材料中没有合成硬硅钙石相,以白炭黑和硅溶胶为硅源时合成了硬硅钙石纤维。硅溶胶具有更高的活性,形成硬硅钙石相含量较多,且呈针状结构。硬硅钙石的形成决定了硅钙材料的常温及高温性能,以硅溶胶为硅源的试样中硬硅钙石针状纤维相互交织,使试样的高温强度更加优异。

以铝型材厂污泥、高岭土和滑石粉为主要原料,制备刚玉-堇青石-莫来石复相材料的基础上,添加ZrO₂(加入质量分数分别为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%)矿化剂,以期改善复相材料的性能。结果表明:随着ZrO₂矿化剂添加量的增加,试样的常温抗折强度和热震后的常温抗折强度呈现出先升高后降低的趋势,其他性能处于波动状态;各试样均含有刚玉、莫来石固溶体和堇青石三种主晶相;当ZrO₂添加量为2.5%(w)时,热震后的常温抗折强度及其保持率最高,且晶粒明显长大,整体结构密实,玻璃相很少,能构成完整的网络结构。因此,确定ZrO₂矿化剂的最佳添加量为2.5%(w)。

BN纳米管(BNNTs)是一种与碳纳米管相似的管状结构材料,因其优异的力学强度、高的热导率、良好的热稳定性及化学稳定性、超疏水性及优异的电绝缘性等性能,在冶金、化工、环境、催化及生物医学等领域具有广泛的应用前景。简要综述了电弧放电法、化学气相沉积法与球磨氮化反应法制备BNNTs的优缺点及影响因素,并对今后BNNTs的研究重点和方向进行了展望。

综述了国内外利用碳热还原氮化法、固相反应法、直接氮化法及放电等离子烧结法制备MgAlON材料的研究现状,并展望了MgAlON材料的发展方向。

氧化物基耐火材料因其具备优异的高温力学性能、良好的抗热震性以及抗熔渣侵蚀性等优点,被广泛应用于陶瓷制造、石油和能源等高温工业装备领域,但熔渣渗透和化学侵蚀是导致其损毁的主要因素。综述了熔渣对单相氧化物、多相氧化物和氧化物-碳复合耐火材料的侵蚀和渗透机制,并对侵蚀后耐火材料性能的变化规律和显微结构的变化特征进行了分析。展望了氧化物基耐火材料抗熔渣侵蚀的研究方向。

钢铁行业氢冶金是采用氢部分或完全取代碳作为铁矿石的还原剂,实现铁矿石脱氧过程的技术。它不固定存在于某一特定工艺过程中,直接还原铁工艺是氢冶金关键流程之一。从直接还原铁工艺介绍出发,结合国内外钢铁行业氢冶金项目,对氢冶金方式和氢源等相关问题进行了探讨,最后对钢铁行业推广氢冶金技术进行了展望。

钢液中夹杂物在浸入式水口内壁的黏附是导致水口结瘤和堵塞的主要原因,控制钢液中夹杂物向水口壁面的迁移和聚集是抑制水口结瘤和堵塞的重要技术措施。介绍了夹杂物在电流作用下进行迁移的电泳理论,总结了外加电流抑制水口结瘤和堵塞的应用研究,并且分析了其作用机制,同时对未来的研究进行了展望。由于外加电流对控制夹杂物迁移和抑制水口堵塞具有显著的效果,有望成为一种新的冶金技术。