非氧化物复相耐火材料的免烧成技术及性能研究

本项目为解决含有SiC、Sialon、Si3N4、TiN(C) 和MgAlON 等单元的多元体系非氧化物复相耐火材料的免烧成技术和强度获得的关键问题，将重点研究物相设计与调控、常温胶凝和高温使用条件下梯度温度场动态烧结、高温原位自修复/自强化等内容，创新建立非氧化物复相耐火材料免烧成技术和性能优化的基础理论，获得免烧成工艺、低成本非氧化物原料可控制备工艺、非氧化物粉状原料造粒工艺、超大超厚非氧化物耐火制品密实成型工艺，以及新型免烧成的铝电解槽侧墙用SiC-Si3N4-C材料、洁净钢冶炼钢包用Sialon/Si3N4-MgAlON-Spinel/CA6材料、高炉出铁沟用SiC/Sialon/Si3N4（刚玉）-TiN(C)材料和锅炉发电/城市垃圾焚烧炉发电用SiC-Sialon/Si3N4-TiN(C)复相耐火耐磨材料。本项目研究对我国耐火材料的节能、减排、低碳及高技术化具有重大意义。

本项目获得了六个方面的研究成果：（1）获得了典型含铝硅锆镁钛矿物和固废原料经高温碳化/碳热还原氮化/铝热还原氮化规模化低成本合成含有Si3N4、Sialon、SiC、ZrN、MgAl2O4和Ti(C,N)等单元的非氧化物耐火原料的关键技术和工艺参数，阐明了含铝硅锆镁钛矿物与固废再生利用的杂质优化机制及非氧化物物相合成的可调控制备理论。（2）获得了采用合成的非氧化物耐火原料规模化制备大型块体免烧成非氧化物复相耐火材料制品密实成型的工艺技术，获得了系列免烧成非氧化物复相耐火材料的强度获得与结合剂选择优化的关系。（3）开发了铝电解槽用免烧成SiC-Si3N4-C复相耐火材料、高炉出铁沟用免烧成SiC-Si3N4-Ti(C,N)复相耐火材料、洁净钢冶炼钢包用MgO-Spinel-Sialon复相耐火材料、炼铁鱼雷罐用Sialon结合刚玉复相材料、流化床锅炉发电和城市垃圾焚烧炉发电用免烧成SiC-Si3N4复相耐磨耐火材料等五种新型非氧化物复相耐火材料，揭示了免烧成复相耐火材料抗氧化、抗侵蚀的相关作用机理和高温下气固两相冲蚀磨损机制。（4）获得了采用含有Si3N4、Sialon、SiC、MgAl2O4和Ti(C,N)等单元的非氧化物耐火原料制备多尺寸非氧化物复相耐火骨料颗粒的造粒技术，以及制备系列免烧成非氧化物复相耐火材料的物相设计与免烧成技术。（5）获得了超细微粉活化改性工艺、胶凝材料的常温胶凝和高温强度获得技术等对免烧成耐火材料性能的影响规律，揭示了免烧成耐火材料的抗侵蚀机理和材料氧化动力学规律，建立了氧化模型，获得了提高免烧成耐火材料抗热震性能、抗氧化性和抗侵蚀性能的技术途径。（6）获得了免烧成SiC-Si3N4复相耐火材料的强度获得、高温使用条件下的动态烧结依据，以及材料的组成、结构与性能优化的关系。通过非线性拟合得出了抗折强度R与温度T关系的经验公式，液相烧结和原位晶须自增强机制为免烧成SiC-Si3N4耐火材料在高温使用条件下梯度温度场的动态烧结和强度获得提供了理论依据。本项目能够为电解铝、炼铁、洁净钢冶炼、流化床锅炉发电和城市垃圾焚烧炉发电等行业用具有自主知识产权的高性能低成本免烧成非氧化物复相耐火材料的开发提供相应理论基础和技术依据，对于节能减排利废、矿物资源高效利用和推动新一代高性能耐火材料的研究和发展具有重要意义。