王恩会等：功能化新型耐火材料的设计、制备及应用 ·1525 (a) 加权残差因子=14.33% (b) ∑值=1.87 30m m 20 40 60 80 20/ 图101700℃热压后CM2Ag的X射线衍射图谱(a)、形貌表征(b)和结品状态表征(c) Fig.10 CM2As ceramic after hot-press sintering at 1700 C:(a)XRD pattern;(b)morphological characterization;(c)crystalline state characterization 了98.1%.经系统表征可知，合成的CM2Ag材料的 分数为34.2%，Mg0质量分数为9.5%，Si02质量分 热膨胀系数(50~1400℃)为9.24×106K,热导率 数为12.1%，Fe203质量分数为8.4%)侵蚀3h后的 为21.32wm1K-(25℃)和18.76Wm1K(350℃)， 横截面表征.从图11(a)可以看出，反应后的侵蚀 弯曲强度为248MPa,断裂韧性为2.17MPam2, 层是非常致密，其物相组成主要包括CA和CA2, 维氏硬度为1226，上述性能能够满足作为钢包内 该产物层不但抑制了熔渣等向材料内部的继续渗 衬材料的使用需求. 入，还赋予了该材料很好的耐火材料性能，而且 2.3CMLA材料的应用 CA/CA2在与熔渣继续接触情况下将逐步转变为 图11为CM2Ag材料在1550℃抗LF精炼渣 熔点较低的铝酸盐相，如C12A7、C2AS等，发挥其 (Ca0质量分数为57.6%，Al203质量分数为19.3%， 精炼渣的功效，具备净化钢水的潜力.相关材料在 Mg0质量分数为6.2%，Si02质量分数为16.9%) 国内某钢厂冶炼汽车板的200t钢包工作衬上进行 和RH精炼渣(Ca0质量分数为33.2%，Al2O3质量 了试验，可以提高原内衬材料使用寿命40%~60% a 1一渣层：2一侵蚀层；3一CMA材料 图11CM2Ag的抗渣侵蚀实验表征.(a)抗LF渣侵蚀：(b)抗RH渣侵蚀 Fig.11 Resistance behavior of CM2Ag:(a)LF slag,(b)RH slag 但是CM,Ag材料仍存在一定的问题，如图11(b) 业化的试验和推广还有待进一步开展；CMA材料 所示，其在抗低碱度的RH渣侵蚀过程并没有形成 兼具优良的热机械性能和抗LF渣侵蚀性能，并具 致密的产物层，因而材料侵蚀速率较快，其侵蚀原 备净化钢水的潜力，但其抗RH渣侵蚀能力弱的问 理和改进工作仍在进展中. 题还有待通过元素掺杂和微观设计来进一步解决 3结论 参考文献 耐火材料是钢铁工业运行和长效发展的重要 [1]Li M,Wang X C,Duan J H,et al.Formation and controlling of 保障，而功能化新型耐火材料的设计、制备与应用 Type-D inclusions in bearing steel.Chin J Eng,2018,40(1): 31 是未来耐火材料发展的重要方向.大尺寸Al4SiC4 (李明，王新成，段加恒，等.轴承钢中D类夹杂物的形成与控制 的可控批量制备可以有效改善传统MgO-C砖的 工程科学学报，2018,40（增刊1）：31) 使用性能并减少在钢水中增[C]的可能性，但其工 [2]Wang M,Hao Y,Ma C Y,et al.Effect of the morphologies of了 98.1%. 经系统表征可知，合成的 CM2A8 材料的 热膨胀系数（50～1400 ℃）为 9.24×10−6 K −1，热导率 为21.32 W·m−1·K−1 (25 ℃) 和18.76 W·m−1·K−1 （350 ℃）， 弯曲强度为 248 MPa，断裂韧性为 2.17 MPa·m1/2 ， 维氏硬度为 1226，上述性能能够满足作为钢包内 衬材料的使用需求. 2.3    CMA 材料的应用 图 11 为 CM2A8 材料在 1550 ℃ 抗 LF 精炼渣 （CaO 质量分数为 57.6%，Al2O3 质量分数为 19.3%， MgO 质量分数为 6.2%， SiO2 质量分数为 16.9%） 和 RH 精炼渣（CaO 质量分数为 33.2%，Al2O3 质量 分数为 34.2%，MgO 质量分数为 9.5%，SiO2 质量分 数为 12.1%，Fe2O3 质量分数为 8.4%）侵蚀 3 h 后的 横截面表征. 从图 11（a）可以看出，反应后的侵蚀 层是非常致密，其物相组成主要包括 CA 和 CA2， 该产物层不但抑制了熔渣等向材料内部的继续渗 入，还赋予了该材料很好的耐火材料性能，而且 CA/CA2 在与熔渣继续接触情况下将逐步转变为 熔点较低的铝酸盐相，如 C12A7、C2AS 等，发挥其 精炼渣的功效，具备净化钢水的潜力. 相关材料在 国内某钢厂冶炼汽车板的 200 t 钢包工作衬上进行 了试验，可以提高原内衬材料使用寿命 40%～60%. 但是 CM2A8 材料仍存在一定的问题，如图 11（b） 所示，其在抗低碱度的 RH 渣侵蚀过程并没有形成 致密的产物层，因而材料侵蚀速率较快，其侵蚀原 理和改进工作仍在进展中. 3    结论 耐火材料是钢铁工业运行和长效发展的重要 保障，而功能化新型耐火材料的设计、制备与应用 是未来耐火材料发展的重要方向. 大尺寸 Al4SiC4 的可控批量制备可以有效改善传统 MgO–C 砖的 使用性能并减少在钢水中增 [C] 的可能性，但其工 业化的试验和推广还有待进一步开展；CMA 材料 兼具优良的热机械性能和抗 LF 渣侵蚀性能，并具 备净化钢水的潜力，但其抗 RH 渣侵蚀能力弱的问 题还有待通过元素掺杂和微观设计来进一步解决. 参    考    文    献 Li M, Wang X C, Duan J H, et al. Formation and controlling of Type-D inclusions in bearing steel. Chin J Eng, 2018, 40（增刊1）: 31 （李明, 王新成, 段加恒, 等. 轴承钢中D类夹杂物的形成与控制. 工程科学学报, 2018, 40（增刊1）：31 ） [1] [2] Wang  M,  Hao  Y,  Ma  C  Y,  et  al.  Effect  of  the  morphologies  of 相对强度 20 40 60 80 2θ/(°) 加权残差因子=14.33% ∑值=1.87 30 μm 1 μm (a) (b) (c) 图 10    1700 ℃ 热压后 CM2A8 的 X 射线衍射图谱 (a)、形貌表征 (b) 和结晶状态表征 (c) Fig.10    CM2A8 ceramic after hot-press sintering at 1700 ℃: (a) XRD pattern; (b) morphological characterization; (c) crystalline state characterization 1—渣层；2—侵蚀层；3—CM2A8材料 (a) (b) 1 2 3 1 2 3 Mg Si Si Al Al O Mg O Ca Ca 20 μm 20 μm 图 11    CM2A8 的抗渣侵蚀实验表征. (a) 抗 LF 渣侵蚀；(b) 抗 RH 渣侵蚀 Fig.11    Resistance behavior of CM2A8 : (a) LF slag; (b) RH slag 王恩会等： 功能化新型耐火材料的设计、制备及应用 · 1525 ·