为了提高低碳耐火材料用膨胀石墨的抗氧化性和分散性,以MgSO₄、NH₄OH和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸钠(PAAS)为原料,采用水热法对膨胀石墨进行改性,主要研究了NH₄OH加入量(n(NH₄OH)∶n(MgSO₄)分别为3∶1、2∶1和1∶1)和表面活性剂种类对水热生成的改性物质的相组成和显微结构的影响,以及对改性膨胀石墨的抗氧化性和沉降性的影响。结果表明,(1)加入不同表面活性剂水热生成的改性物质的种类不同,改性膨胀石墨的抗氧化性和沉降性也随之不同:加入SDBS生成晶须状碱式硫酸镁,加入PEG生成片状氢氧化镁,加入PAAS生成晶须状碱式硫酸镁和片状氢氧化镁;(2)加入不同种类表面活性剂制备的改性膨胀石墨的抗氧化性和沉降性均好于原膨胀石墨的,但均以加入PEG制备的改性膨胀石墨的为最佳。

以板状刚玉、α-Al₂O₃微粉和铝酸钙水泥为原料制备刚玉质浇注料试样。将试样于25 ℃分别在不同的湿度养护3 d,再在110 ℃烘干24 h后分别于800、1 100、1 450和1 620 ℃保温3 h进行热处理,研究了养护湿度(40%、70%和100%)对其性能、物相组成、显微结构的影响。结果表明:随着养护湿度的降低,浇注料的脱模强度、烘干强度及中高温热处理后的常温抗折强度增大,而显气孔率及热震后的抗折强度保持率逐渐降低。另外,随着养护湿度降低,铝酸钙水泥的水化程度更高,1 620 ℃热处理后浇注料的骨料与基质结合更加紧密。

以SiC颗粒及细粉、Si粉、AlN粉、α-Al₂O₃微粉、鳞片石墨等为原料制备了β-SiAlON-SiC材料。研究了石墨(粒度为45和300 μm,加入质量分数分别为3.0%、5.5%、7.5%、10.0%)对其抗熔碱侵蚀性的影响。结果表明:添加7.5%(w)粒度为300 μm的石墨的β-SiAlON-SiC试样抗熔碱侵蚀性能最佳,熔碱侵蚀后质量变化率最低,常温抗折强度保持率和高温抗折强度保持率最高。

碳化硅以其优异的性能被广泛应用于耐火材料领域。催化反应法合成碳化硅粉体的前景广阔,但加入的催化剂作为杂质却难以分离,而催化剂对产物碳化硅性能的影响尚缺乏研究。采用第一性原理平面波赝势法研究了催化剂种类(Fe、Co及Ni)和元素掺杂浓度(x,1.56%、3.125%、6.25%、12.5%)对3C-SiC热力学性质、力学性能、电子态密度等的影响。结果表明:1)Fe、Co及Ni掺杂3C-SiC晶体的结构稳定性由大到小依次为Fe-SiC、Co-SiC、Ni-SiC;2)当Fe元素掺杂浓度为1.56%(x)时,与未掺杂3C-SiC晶体相比,Fe-SiC体系体弹性模量值变化量为0.023%,剪切模量和杨氏模量变化量为3.57%与2.77%,硬度值和脆韧性基本未发生明显变化,态密度图也基本不变,说明低浓度Fe元素掺杂基本不影响3C-SiC体系的力学性能。因此,用Fe作催化剂,采用催化反应法制备的碳化硅粉体理论上是可以应用于耐火材料领域的。

以棕刚玉、碳化硅、α-Al₂O₃微粉、SiO₂微粉及不同种类的铝酸钙水泥等为原料,制备了Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料,研究了铝酸钙水泥种类(水泥CA50、CA70、Vical71、Vical21)对浇注料性能的影响。结果表明:引入CA50、CA70、Vical71、Vical21四种铝酸钙水泥的试样,随所含水泥中Al₂O₃和SiO₂总含量的增加,CaO及其他杂质含量的减少,110 ℃干燥后的显气孔率降低,1 450 ℃热处理后的显气孔率先减小后增大,两条件下体积密度的变化幅度均较小;干燥后的常温强度先减小后增大,热处理后的常温强度、高温抗折强度、抗渣性能均逐渐增大。综合实验室和工业试验结果考虑,选用水泥Vical21,使用效果最好。

以硅溶胶、淀粉和TiO₂为初始原料,采用碳热还原法于1 550 ℃保温不同时间制备了SiC-TiC复合粉末。采用XRD、SEM、EDS探讨了保温时间(1、2和3 h)对合成粉末的物相组成和显微结构的影响。结果表明:所合成的SiC-TiC复合粉末在1 550 ℃保温2 h后合成反应已进行较为完全,合成粉末中除了生成一定量的片状颗粒和大量近似球状颗粒(粒径约在50~100 nm)外,还存在一定量的大小均匀且细长的直径约为50~100 nm 的以SiC为主的晶须。

以高碳铬铁渣为主要原料制备了镁橄榄石-尖晶石复相材料,研究了热处理温度(1 150、1 200和1 250 ℃)对复相材料性能的影响。结果表明:高碳铬铁渣中含有发育良好的镁橄榄石及尖晶石,可作为镁橄榄石-尖晶石复相材料的支撑骨架;不同热处理温度会显著影响试样中物相的含量,试样中存在网状结构的尖晶石晶体可提高试样的抗热震性; 尖晶石相的存在有利于固溶游离的铬离子,随着热处理温度的升高,铬离子浸出浓度减小;当热处理温度为1 200 ℃时,试样的综合性能最好,常温耐压强度达108.8 MPa,抗热震性达到8次,总铬离子(Cr³⁺、Cr⁶⁺)浸出质量浓度为0.14 mg·L^-1。

为了进一步提高钢包滑板用Al₂O₃-C材料的强度和抗热震性能,研究了单峰活性氧化铝微粉07RAL、单峰活性氧化铝微粉15RA、双峰活性氧化铝微粉22RABL和煅烧氧化铝微粉40CA等四种氧化铝微粉对 Al₂O₃-C 材料的致密度、强度和抗热震性能的影响。结果表明:在Al₂O₃-C材料中引入活性氧化铝微粉,可提高材料的致密度、强度和抗热震性能。其中,引入双峰活性氧化铝微粉的试样的综合性能最佳,尤其是高温抗折强度最高。在钢厂的实际使用结果表明,引入双峰活性氧化铝微粉生产的Al₂O₃-C滑板,其平均使用寿命提高,铸孔扩孔、板面氧化拉毛、开裂等问题也得到明显改善。

为了粉煤灰漂珠的高附加值利用,以粉煤灰漂珠为模板,铝矾土为铝源,AlF₃和V₂O₅为添加剂,采用黏附法与固相烧结技术制备了莫来石质多孔陶瓷材料,研究了煅烧温度(分别为1 100、1 200、1 300和1 350 ℃)对莫来石质多孔陶瓷材料物相组成、显微形貌和性能的影响。结果表明:1)随着煅烧温度从1 100 ℃升高至 1 350 ℃,试样中莫来石的衍射峰逐渐增强,石英衍射峰逐渐减弱直至消失;2)随着煅烧温度从1 100 ℃升高至1 350 ℃,试样的显气孔率先增大后减少,体积密度和耐压强度先减少后增大;3)当煅烧温度为1 300 ℃时,试样的显气孔率为68.4%,体积密度为0.72 g·cm^-3,耐压强度为14.6 MPa。

为合理控制陶瓷膜的制备成本,选用成本低的黄土和粉煤灰作为原料,选用羧甲基纤维素为黏结剂,采用滚压成型、常压烧结制备了陶瓷膜支撑体。研究黄土和粉煤灰的质量比和烧结温度对支撑体性能的影响。结果发现:当黄土与粉煤灰掺杂质量比为6∶4,烧结至1 100 ℃并保温2 h时为最优制备条件,此时支撑体水通量为1 832 L·m^-2·h^-1,抗折强度为28.3 MPa。

使用R语言+WPS,综合运用数据透视表、相关分析、关联分析、聚类分析等数据分析工具,以及线性、决策树、随机森林、人工神经网络等模型和评估工具研究了某碱性砖企业成型车间的质量统计数据,从上述工具族中选出优胜者,分析耐火材料设备、耐火砖品种、型号和产量对砖坯合格率的影响,研讨各种成型缺陷之间的内在联系,根据所发现的缺陷成因及其危害程度,进行了有的放矢的治理,显著提高了产品合格率和经济效益。

为了降低衬板烧损、脱落,提高节能效果,在干熄焦旋转焦罐采用莫来石质复合衬板取代铸钢或合金衬板。结果表明:圆锥段较致密的莫来石质复合衬板密度在2.2 g·cm^-3,磨损量为4.08 cm³;直筒段轻质的莫来石质复合衬板密度在1.95 g·cm^-3,磨损量为17.6 cm³。莫来石质复合衬板使用后内部无收缩缝,无烧损,无孔洞,密封性好,其圆锥段衬板耐烧损性能好,使用半年以上无衬板脱落事故。采用铸钢或合金衬板焦罐的外表面温度在480~570 ℃,而莫来石质复合衬板焦罐的外表温度在120~170 ℃,保温性能得到大幅度提高。在现有焦罐笼架基础上采用莫来石质复合衬板可及时处理,整块切换,利于提高使用寿命,减少维护工作量。

采用TRIZ 理论对连铸钢包浇注系统设计中引流砂污染钢液问题进行分析,通过功能分析、因果链分析法确定了关键问题点,并充分应用了物质-场模型、物理冲突以及裁剪等TRIZ工具对连铸浇注工艺设计进行了改进,产生了5种解决方案。经过对方案的综合评价,确定了2个最优方案:1)利用低熔点高密度液体金属引流砂代替传统固体引流砂,同时将钢包滑板做成中空或真空形式,增加钢包上水口内液体金属引流砂的保温效果,避免凝固,确保良好的引流效果;2)将长水口出口设计成组合式,底部用于截流引流砂,侧壁用于钢液通过,将“负面”部分(污染钢液的引流砂)抽取出来,进入长水口底端存留。

为提高中间包寿命,提高金属收得率,保证生产稳定性,通过改进塞棒、稳流器、中间包工作层、浸入式水口以及上水口和座砖等,将单个中间包寿命由24 h提高到60.6 h,为高效连铸创造了条件。

质量控制图作为一种被广泛证明行之有效的质量控制工具,开始逐渐被耐火材料企业所熟悉和运用。为了监测洁净钢冶炼用耐火材料生产过程中的氧化钙含量是否处于稳定的受控状态,通过对氧化钙含量的多次测定,建立均值-极差($\bar{x}$-R)控制图,经过分析和判断,将耐火材料的氧化钙含量稳定控制在技术指标所要求的范围之内。建立的耐火材料氧化钙含量均值-极差($\bar{x}$-R)控制图运用在耐火材料生产控制中起到很好的控制和预防作用。

高温相变蓄热材料在固-液相变时有液相产生而对容器造成腐蚀。综述了高温相变蓄热材料的封装研究进展及封装方法存在的问题,并对高温相变蓄热材料未来的应用进行了展望。

介绍了水口结瘤产生的原因、结瘤物的形成过程、防止水口结瘤的方法,重点综述了电场对浸入式水口结瘤的影响,包括浸入式水口荷电的基础理论和测量、浸入式水口荷电初步研究、电场条件下钢液对耐火材料润湿行为的影响、电场对熔融金属中的氧化物夹杂的影响。基于流体力学、化学等因素对耐火材料材质、结构及夹杂物颗粒传递、黏附的影响规律,通过优化工艺条件、内壁复合防堵塞材料、创新浸入式水口结构、施加物理场等开展了较多的研究,使水口结瘤问题得到了一定程度的解决,但适用性不强、结瘤机制研究不深入等问题仍然很突出;利用电场调控防止浸入式水口结瘤堵塞作为一种新兴的防堵技术,虽然已在连铸现场试验中取得了一定的效果,但施加电场方式、电场参数及设备等工艺问题还需逐步完善,对夹杂物、浸入式水口材料在高温下的表面特性还需进一步深入研究。最后指出材料与外加电场结合将成为浸入式水口防堵塞技术的重要方向。

介绍了耐火浇注料结合体系及结合方式的主要类型,详细阐述了水泥结合体系中新型水泥的研究进展,论述了非水泥结合体系中溶胶(凝胶)、水合氧化铝、镁质结合剂、磷酸盐(磷酸)、可替代水泥的其他结合剂以及新型外加剂的性能特点与应用进展。指出新型水泥具有良好的应用效果,但新型水泥存在成本高的问题;非水泥结合剂存在施工难的问题,但易于烘烤,适用于喷补料、预制件;新型外加剂大幅改善了耐火浇注料的施工性能,具有广阔的应用前景。

结合耐火材料生产工艺,阐述了耐火材料生产的主要装备和智能制造关键技术,包括原料智能仓储立体库、自动配料系统、成型自动化生产线、全自动温控超高温隧道窑、生产过程的智能在线检测以及服役过程的智能在线监测等,并提出了耐火材料智能制造的发展建议。

综述了多孔莫来石陶瓷的合成原料和元素掺杂对其性能的影响。在此基础上,指出了多孔莫来石陶瓷在制备和应用过程中存在的问题,并展望了多孔莫来石陶瓷的未来发展方向。