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發(fā)布時間：2017-12-01
| 推薦學(xué)校： | 合作方式： |
| 聯(lián)系人：李楠,顧華志,柯昌明,汪寧,鄒繼新,牟濟寧,趙繼增,劉百寬,王周福,杭文明,張文杰,邱文冬,張美杰,馬列鷹,王渝斌 | 所處階段： |
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項目內(nèi)容：
【成果完成人】李楠 顧華志 柯昌明 汪寧 鄒繼新 牟濟寧 趙繼增 劉百寬 王周福 杭文明 張文杰 邱文冬 張美杰 馬列鷹 王渝斌
【第一完成單位】 武漢科技大學(xué)
【成果簡介】 1、課題來源與背景： 廣義上的潔凈鋼是指鋼中夾雜物和雜質(zhì)元素的數(shù)量、分布及大降低”到對產(chǎn)品的加工性能、使用性能無不良影響的鋼。它廣泛應(yīng)用于汽車、家電、管線、食品工業(yè)以及海洋、輪胎用鋼簾線、鋼軌等多個領(lǐng)域，其生產(chǎn)具有巨大的社會經(jīng)濟效益，是反映一個國家的鋼鐵制造水平的重要標(biāo)志之一。目前國際先進潔凈鋼冶煉水平Σw(C+S+P+N+TO+H)<55ppm。我國在“國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”中已將“高效率、低成本潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)”列為優(yōu)先發(fā)展主題。耐火材料是鋼水冶煉過程中的爐襯材料，同時也參與冶金過程，是鋼中非金屬夾雜和有害元素重要來源之一。為了提高鋼的潔凈度，冶金工作者采用了一系列精煉技術(shù)。但是，如果沒有合適的耐火材料，鋼水在精煉后成材之前又可能在鋼包，特別是在中間包中被重新二次污染。因此，研發(fā)長壽、不污染鋼水，進而可降低鋼中夾雜物和有害元素的耐火材料及其應(yīng)用技術(shù)成為滿足潔凈鋼生產(chǎn)的重要任務(wù)。 1)國“九五”科技攻關(guān)：連鑄鋼包整體澆注料的研究(96-522-01-04); 2)“九五”科技攻關(guān)：中間包耐火材料冶金綜合技術(shù)(96-522-0101); 3)國家“十五”科技攻關(guān)引導(dǎo)項目：超純凈鋼冶煉用中間包關(guān)鍵耐火材料開發(fā)(2005BA325C); 4)國家自然科學(xué)基金：鈣鎂系耐火材料組成及對鋼水凈化作用研究(59874018)。 2、技術(shù)原理及性能指標(biāo)： 根據(jù)潔凈鋼生產(chǎn)用耐火材料存在的主要問題，提出鋼包爐襯無碳長壽化、中間包爐襯全堿性化、氣幕擋墻等功能耐火材料結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化的技術(shù)路線，開展相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，開發(fā)出無碳長壽鋼包爐襯材料、防污染中間包爐襯材料和氣幕擋墻制備與應(yīng)用等優(yōu)質(zhì)耐火材料元、器件。 1)以Al2O3-MgO系材料為基礎(chǔ)，研究組成、顯微結(jié)構(gòu)、無碳結(jié)合劑、生產(chǎn)工藝對鋁鎂系耐火材料性能，特別是抗剝落性與抗渣性的影響，開發(fā)出抗熱震與抗渣滲透及侵蝕的鋼包用無碳耐火材料，并考慮綜合砌爐實現(xiàn)平衡蝕損，減少對鋼水污染。 2)根據(jù)CaO易水化特性，采用含鈣礦物原位分解、復(fù)合表面處理技術(shù)，解決CaO材料因水化而難于推廣應(yīng)用的難題及確認(rèn)鎂鈣材料合理組成。開發(fā)無碳復(fù)合結(jié)合技術(shù)，包括堿性中間包工作襯，以及堿性擋渣堰及壩、堿性過濾器等有效去除鋼中夾雜的功能耐火材料元、器件。 3)采用數(shù)理模擬等方法，研究氣幕擋墻等結(jié)構(gòu)以及工作參數(shù)對中間包中氣泡的大小、分布以及鋼水的流態(tài)與對夾雜捕獲率的影響，研究服役過程氣幕擋墻內(nèi)部的溫度與應(yīng)力分布以及滿足嚴(yán)酷條件下材料組成與結(jié)構(gòu)，最終開發(fā)出能適應(yīng)精煉要求的氣幕擋墻制備與應(yīng)用技術(shù)。 3、技術(shù)的創(chuàng)造性與先進性： 1)研究Al2O3-MgO系材料基質(zhì)組成、顯微結(jié)構(gòu)與無碳結(jié)合劑等對材料性能，尤其是抗剝落與抗渣性的影響，研發(fā)了無碳長壽鋼包爐襯材料。經(jīng)長期大規(guī)模使用證明，其性能與使用效果達(dá)到和超過日本、奧地利等同類材料先進水平。 2)采用含鈣礦物原位分解、復(fù)合表面處理技術(shù)，有效解決了CaO材料因水化而難于廣泛應(yīng)用的技術(shù)難題，并發(fā)現(xiàn)MgO-CaO材料在CaO含量20%以上可取得較好的脫磷、脫硫及非金屬夾雜物去除效果。自主開發(fā)出無碳復(fù)合結(jié)合技術(shù)，避免了鋼水增碳問題。研發(fā)的防污染中間包爐襯材料性能和使用水平與日本、美國同類材料相當(dāng)。 3)利用Al2O3-SiO2溶膠-凝膠特性發(fā)明微孔高強透氣技術(shù)，解決了透氣材料高強度、高抗熱震性與高透氣度、微小氣泡之間的矛盾。研究發(fā)現(xiàn)，吹氣量增大，透氣材料工作面高溫區(qū)域擴大，吹氣量變化使材料承受著巨大的熱應(yīng)力。優(yōu)化設(shè)計了氣幕擋墻等元、器件的結(jié)構(gòu)和控流參數(shù)，改善了鋼液流場及夾雜物運行軌跡。研發(fā)的CaO質(zhì)過濾器、堿性三重壩堰使鋼中非金屬夾雜物脫除率達(dá)20-40%;氣幕擋墻使鋼中總氧量降低14.8%，比美國同類產(chǎn)品提高一倍左右。 4、技術(shù)的成熟程度，適用范圍和安全性; 項目針對冶金科技進步對耐火材料提出的新要求，完成了從相關(guān)基礎(chǔ)理論、系列產(chǎn)品研發(fā)及其應(yīng)用技術(shù)的研究，較為妥善地解決了潔凈鋼冶煉用耐火材料關(guān)鍵問題，實現(xiàn)了在寶鋼、武鋼等30余家鋼鐵企業(yè)大范圍工業(yè)應(yīng)用，安全環(huán)保。 5、應(yīng)用情況及存在的問題。 項目成果使耐火材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大改變，提升了我國耐火材料生產(chǎn)與應(yīng)用的總體技術(shù)水平，妥善地解決了長壽和凈化后鋼水再污染等潔凈鋼冶煉用耐火材料關(guān)鍵問題，在全國得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，積極推動了我國耐火材料行業(yè)的技術(shù)進步，為我國潔凈鋼冶金技術(shù)發(fā)展提供了強有力的保障。同時，研發(fā)的相關(guān)材料使用效果優(yōu)于國外進口材料，節(jié)約了成本。并且，減少石墨等碳材料在耐火材料中的用量，節(jié)約了石墨等重要資源，減少了CO2排放和樹脂等對環(huán)境的污染。目前，隨著潔凈鋼的需求不斷增加，鋼鐵行業(yè)內(nèi)各企業(yè)具體冶煉條件均有差異，仍需進一步技術(shù)改進和擴大推廣。
【成果類別】 應(yīng)用技術(shù)
