发布时间：2017-12-01

项目内容：

【成果完成人】李楠 顾华志 柯昌明 汪宁 邹继新 牟济宁 赵继增 刘百宽 王周福 杭文明 张文杰 邱文冬 张美杰 马列鹰 王渝斌

【第一完成单位】 武汉科技大学

【成果简介】 1、课题来源与背景： 广义上的洁净钢是指钢中夹杂物和杂质元素的数量、分布及大降低”到对产品的加工性能、使用性能无不良影响的钢。它广泛应用于汽车、家电、管线、食品工业以及海洋、轮胎用钢帘线、钢轨等多个领域，其生产具有巨大的社会经济效益，是反映一个国家的钢铁制造水平的重要标志之一。目前国际先进洁净钢冶炼水平Σw(C+S+P+N+TO+H)<55ppm。我国在“国家中长期科学和技术发展规划纲要”中已将“高效率、低成本洁净钢生产技术”列为优先发展主题。耐火材料是钢水冶炼过程中的炉衬材料，同时也参与冶金过程，是钢中非金属夹杂和有害元素重要来源之一。为了提高钢的洁净度，冶金工作者采用了一系列精炼技术。但是，如果没有合适的耐火材料，钢水在精炼后成材之前又可能在钢包，特别是在中间包中被重新二次污染。因此，研发长寿、不污染钢水，进而可降低钢中夹杂物和有害元素的耐火材料及其应用技术成为满足洁净钢生产的重要任务。 1)国“九五”科技攻关：连铸钢包整体浇注料的研究(96-522-01-04); 2)“九五”科技攻关：中间包耐火材料冶金综合技术(96-522-0101); 3)国家“十五”科技攻关引导项目：超纯净钢冶炼用中间包关键耐火材料开发(2005BA325C); 4)国家自然科学基金：钙镁系耐火材料组成及对钢水净化作用研究(59874018)。 2、技术原理及性能指标： 根据洁净钢生产用耐火材料存在的主要问题，提出钢包炉衬无碳长寿化、中间包炉衬全碱性化、气幕挡墙等功能耐火材料结构与参数优化的技术路线，开展相关应用基础研究，开发出无碳长寿钢包炉衬材料、防污染中间包炉衬材料和气幕挡墙制备与应用等优质耐火材料元、器件。 1)以Al2O3-MgO系材料为基础，研究组成、显微结构、无碳结合剂、生产工艺对铝镁系耐火材料性能，特别是抗剥落性与抗渣性的影响，开发出抗热震与抗渣渗透及侵蚀的钢包用无碳耐火材料，并考虑综合砌炉实现平衡蚀损，减少对钢水污染。 2)根据CaO易水化特性，采用含钙矿物原位分解、复合表面处理技术，解决CaO材料因水化而难于推广应用的难题及确认镁钙材料合理组成。开发无碳复合结合技术，包括碱性中间包工作衬，以及碱性挡渣堰及坝、碱性过滤器等有效去除钢中夹杂的功能耐火材料元、器件。 3)采用数理模拟等方法，研究气幕挡墙等结构以及工作参数对中间包中气泡的大小、分布以及钢水的流态与对夹杂捕获率的影响，研究服役过程气幕挡墙内部的温度与应力分布以及满足严酷条件下材料组成与结构，最终开发出能适应精炼要求的气幕挡墙制备与应用技术。 3、技术的创造性与先进性： 1)研究Al2O3-MgO系材料基质组成、显微结构与无碳结合剂等对材料性能，尤其是抗剥落与抗渣性的影响，研发了无碳长寿钢包炉衬材料。经长期大规模使用证明，其性能与使用效果达到和超过日本、奥地利等同类材料先进水平。 2)采用含钙矿物原位分解、复合表面处理技术，有效解决了CaO材料因水化而难于广泛应用的技术难题，并发现MgO-CaO材料在CaO含量20%以上可取得较好的脱磷、脱硫及非金属夹杂物去除效果。自主开发出无碳复合结合技术，避免了钢水增碳问题。研发的防污染中间包炉衬材料性能和使用水平与日本、美国同类材料相当。 3)利用Al2O3-SiO2溶胶-凝胶特性发明微孔高强透气技术，解决了透气材料高强度、高抗热震性与高透气度、微小气泡之间的矛盾。研究发现，吹气量增大，透气材料工作面高温区域扩大，吹气量变化使材料承受着巨大的热应力。优化设计了气幕挡墙等元、器件的结构和控流参数，改善了钢液流场及夹杂物运行轨迹。研发的CaO质过滤器、碱性三重坝堰使钢中非金属夹杂物脱除率达20-40%;气幕挡墙使钢中总氧量降低14.8%，比美国同类产品提高一倍左右。 4、技术的成熟程度，适用范围和安全性; 项目针对冶金科技进步对耐火材料提出的新要求，完成了从相关基础理论、系列产品研发及其应用技术的研究，较为妥善地解决了洁净钢冶炼用耐火材料关键问题，实现了在宝钢、武钢等30余家钢铁企业大范围工业应用，安全环保。 5、应用情况及存在的问题。 项目成果使耐火材料产品结构发生了重大改变，提升了我国耐火材料生产与应用的总体技术水平，妥善地解决了长寿和净化后钢水再污染等洁净钢冶炼用耐火材料关键问题，在全国得到大规模工业应用，积极推动了我国耐火材料行业的技术进步，为我国洁净钢冶金技术发展提供了强有力的保障。同时，研发的相关材料使用效果优于国外进口材料，节约了成本。并且，减少石墨等碳材料在耐火材料中的用量，节约了石墨等重要资源，减少了CO2排放和树脂等对环境的污染。目前，随着洁净钢的需求不断增加，钢铁行业内各企业具体冶炼条件均有差异，仍需进一步技术改进和扩大推广。

【成果类别】 应用技术