洁净钢精炼用新型 CaO-MgO-Al 2 O 3 (CMA)系耐火材料

发布时间:2024-04-17 来源:鄂尔多斯科技成果转化平台
  • 持有单位:北京科技大学
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  • 转让方式:技术许可
  • 技术应用领域:新材料
  • 技术成熟度:可进行性工程化大批量生产
  • 对接人:鄂尔多斯科技成果转化平台
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成果介绍

成果简介:

赋予钢包耐火材料净化钢水功能曾是几十年的奢望,但因耐火原料多为天然且几十年未出现新原料而无法实现。如何通过成分设计和结构调控等研发出具有净化钢水功能的新原料,进而制备出功能耐火材料,这将为洁净钢用耐火材料开启一条全新的研发途径。

项目团队基于前期大量基础研究发现 CaO-MgO-Al 2 O 3 (CMA)三元相图中CaO 6 Al 2 O 3 -MgO·Al 2 O 3 (CA 6 -MA)连线上的材料兼具高熔点、低氧势、低活度等特点,有望作为新型钢包工作衬用耐火材料。目前此连线上的物相仅 MA 实现产业化且成本较高,CA 6 材料虽有文献报道,但因其晶体生长发育呈各向异性难以实现致密化,一直未工业化应用。

项目团队通过 CA 6 (M 基块)和 MA(S 基块)的配合组装和堆积方式的调整,限制 CA 6 镜面层的优先生长,制备了高纯度和高致密度的 CMA 系(CaMg 2 Al 16 O 27和 Ca 2 Mg 2 Al 28 O 46 )合成料,同时也规定了钢包内衬用 CaO-MgO-Al 2 O 3 系的术语和定义、牌号、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输、贮存及质量证明。在此基础上,开发出了相应的 CMA 系耐火材料,并分别在山东鲁中耐火材料有限公司和河南振东股份有限公司实现产业化,同时也在宝钢和芜湖新兴铸管等企业实现了工业化应用,体现出良好的经济和社会效益。

推广应用情况:相关 CMA 材料制备技术已在在山东鲁中耐火材料有限公司和河南振东股份有限公司产业化。在宝钢 300 吨钢包上进行了工业化应用,2 年的应用显示钢包壳温度较常规使用的高铝质浇注料下降 20 ºC 左右;在芜湖新兴铸管作为轴承钢等钢包内衬材料,大幅减少钢中高熔点夹杂物,DS 类夹杂在 0.5级左右。

技术优势:

目前精炼钢包内衬常用的高铝砖系、铝镁碳系、刚玉-尖晶石浇注料系以及氧化钙系耐火材料仅依靠高纯度、高密度来进行性能衡量,服役过程难以兼顾长寿命和少引入夹杂物的要求。

本项目CMA系耐火材料相比于目前常用的耐火材料具备的更加优异的热机械性能,可以确保更长的服役寿命;同时 CMA 系耐火材料服役过程可以释放出游离的 Ca 2+ ,能够发挥精炼渣的功能,有助于去除钢中夹杂物净化钢液,提高钢的品质。

性能指标:

CaO-MgO-Al 2 O 3 系合成料的体积密度:3.0~3.2 g/cm³;常温耐压强度:18~20MPa(1300℃×3h)和 40~45 MPa(1600℃×3h);加热永久性变化:-0.15%~-0.45%(1300℃×3h)和-1.0%~-2.3%(1600℃×3h);最大粒度:6 mm。

市场分析:

该技术拟重点转移的行业为耐火材料企业,重点应用领域面向所有钢铁企业,市场前景巨大。

经济效益分析:

钢包是炼钢过程中必不可少的容器,随着炉外精炼技术尤其是 LF 和 RH 的发展,其作用从单纯盛放和周转钢液转变成被赋予更多冶金功能的熔炉。钢包冶金功效的发挥离不开钢包内衬用耐火材料的支持,因此本项目技术产品是绝大多数钢铁企业所需要的,结合其良好的服役表现,在应用推广过程会产生较明显的经济效益。

成果亮点:

1. 具有自主知识产权,研究成果已授权发明专利 2 项,申请 3 项。

2. 成果来源:国家自然学科基金杰出青年科学基金项目、国家自然学科基金杰出青年科学面上项目等。

3. 技术先进性:国内领先。项目团队基于前期研究首次提出 CMA 系合成料的制备工艺并主持制定了相关团体标准。在合成料的基础上,通过长期摸索研发出了CMA系耐火材料并在相关耐火材料企业和钢铁企业获得产业化和工业化应用。相关技术处于国内领先水平。

4. 获奖情况:教育部高等学校科学研究优秀成果奖(技术发明类)二等奖;中国发明协会“发明创新奖-创业奖”一等奖。


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