适用超低氧冶炼兼具净化钢水功能的CaO·xMgO·(6+x)Al2O3质新型耐火材料的基础研究

For decades, it's very desirable to purify molten steel by using refractories. However, most of refractory raw materials are natural and few of them were discovered for many years. How to develop new raw materials with steel purification through theoretical calculation and simulation, and then to prepare functional refractories which would open a new method for refractories of clean steel..In this project, we focus on the function of raw materials for clean steel. Through the simulation and performance method including atomic regulation and package on the new CaO·xMgO·(6+x) Al2O3 raw materials, we can establish the correlation theory of structural controllable and precise performance control. By means of refining experiment of ultra-low oxygen, we establish the relationship between the T.O and, inclusion distribution and formation mechanism and the new material and refractory properties. Therefore, the functional refractories were developed and a dense layer formed to inhibit slag pervious bed under high temperature. At the same time, the generation of low-melting calcium aluminate purified steel. .The project not only develops new raw materials with important application prospects, but also opens up new directions for research and development of atomic control and assembly design. It makes a very important theoretical and practical value on multi-directional collaborative purification of molten steel by utilizing the advantages of full contacting with molten steel of refractories.

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。如何通过理论计算、模拟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。.课题着眼于原料洁净钢水功能，通过对设计的CaO·xMgO·(6+x)Al2O3新原料进行原子调控、组装等模拟计算和性能研究，建立结构可控和性能精准调控的相关性理论；通过超低氧钢冶炼实验，建立T.O、夹杂物元素分布和形成机制等与新原料和耐材特性的相关性，进而研发出功能耐材，使其高温下形成抑制熔渣渗透的致密层，同时生成低熔点铝酸钙，实现净化钢水功能。.项目的实施，不但将开发出具有重要应用前景的新原料，而且将开启基于原子调控、组装设计等研发原料的新思路、新方向，对发展耐火材料理论及充分利用耐火材料全程接触钢水的优势实现多方位协同净化钢水等都具有非常重要的理论意义和实践价值。

在钢包精炼阶段，受制于原料限制，耐火材料的作用仅被定义为隔热保温，其功能化作用一直没有得到足够的重视。并且在服役过程中，由于受到精炼渣或钢水的冲刷侵蚀，耐火材料往往会发生脱落并进入钢水，导致钢中大尺寸夹杂物的增多，不仅严重危害钢水的洁净度，给钢材的热处理也带来不利影响。因此研发具有良好耐火材料性能和净化钢水功能的耐火原料对洁净钢冶炼具有十分重要的意义。.为实现耐火材料在钢包精炼功能化冶炼效果，本项目针对“耐火材料功能化”这一主题，结合热力学平衡计算和高温实验，研究了精炼渣碱度对耐火材料和渣之间润湿行为的影响，揭示了碱度对渣与耐火材料之间反应的影响。利用静态坩埚法和动态旋转法，系统研究了CA6耐火材料和精炼渣之间的反应过程，明晰了CA6耐火材料的抗侵蚀机理。在明确CA6耐火材料具有优异抗侵蚀性能基础上，研究了CA6耐火材料对钢中夹杂物的影响，探讨和揭示了CA6耐火材料对钢中夹杂物的影响，构建了耐火材料-精炼渣-钢液协同调控夹杂物的模型。通过对晶体结构、理论化学成分和固溶度计算分析，成功制备了CM2A8和C2M2A14两种三元耐火材料，并研究了其抗侵蚀性能以及基础物理性能。研究结果表明：CA6耐火材料对高碱度精炼渣具有良好的抗侵蚀性能，在渣-耐材界面反应过程中，液态渣中的CaO与耐火材料发生反应并形成高粘度的CA2物相，能够有效的抑制精炼渣的进一步侵蚀。CA6耐火材料与精炼渣经过系列反应之后，能够生成游离的Ca2+进入钢水中，并与高熔点夹杂物反应，将其改性为液态夹杂物上浮去除，钢中大尺寸夹杂物得到显著的控制。合成的CM2A8和C2M2A14两种三元耐火材料都具有较好的抗侵蚀性能。基于上述研究结果，本项目基本达到了项目预期的研究目标，对洁净钢冶炼中耐火材料的选择具有十分重要的理论价值和实践意义。.同时，基于本项目的完成，目前已实现了CA6以及AMC列耐火材料的制备，并开始进行小规模化制备和推广应用，开启了以CA6为主的全新功能化耐火材料，对耐火材料以及洁净钢冶炼的发展具有非常重要的理论意义和价值。