“第十九届全国耐火材料青年学术报告会”之青年优秀论文宣讲

2024年5月13-15日"第十九届全国耐火材料青年学术报告会"在安徽省马鞍山市圆满召开。来自耐火材料及上下游行业的科研院所、高校、生产企业等单位的400多名代表齐聚一堂，共同研讨双碳背景下高温工业和耐火材料行业的创新和可持续发展、耐火原材料的研发新成果、耐火材料生产装备和检测设备的新进展等。

本次会议共收稿80篇，评选出了8篇优秀论文，一等奖获得者为西安建筑科技大学冯纯卓，二等奖获得者为武汉科技大学罗益欣和洛耐院陈天任，三等奖获得者为郑州大学苏凯、郑州大学田学坤、河南科技大学和洛阳理工学院联合培养的黄科、武汉科技大学刘正龙和辽宁科技大学奚健飞。5月15日安排了其中6篇进行宣讲。优秀论文宣讲会由河南科技大学于仁红教授主持。

于仁红教授主持

SiC改性石墨制备及其对低碳Al2O3-C材料结构及性能影响

刘正龙

武汉科技大学

将碳引入耐火材料促进了冶炼技术的快速进步，对钢铁工业的发展具有重要意义，但传统铝碳耐火材料存在高能耗、增碳以及氧化损毁等问题，难以满足国家"双碳"战略目标及高品质超低碳钢冶炼技术发展需要。因此，提高低碳铝碳耐火材料抗氧化性、在不影响其热震稳定性和抗渣侵蚀性的同时减少精炼及连铸过程中碳向洁净钢中的溶解是低碳铝碳功能耐火材料研究焦点。为此，本报告聚焦于提升碳材料抗氧化能的同时优化低碳铝碳耐火材料微结构设计，以熔盐为介质，基于反应物在高温熔盐中具有一定的溶解度，使反应成分的传质速率显著提高的同时均匀扩散到碳模板材料表面，并原位生成具有低维结构的纳米SiC晶须涂层，有效提升碳材料抗氧化性、表面粗糙度及结合性。基于改性碳材料优异的抗氧化性及低碳量，获得了具有抗侵蚀及高导热陶瓷复相结合的低碳铝碳耐火材料，协同提升了材料的抗氧化性能及抗渣侵蚀性能。改性碳材料一方面通过化学键结合界面阻止了基体的快速氧化及溶解扩散，另一方面增大了与引入添加剂高温服役时原位反应生成陶瓷相的接触面积，实现了低碳铝碳耐火材料服役长寿化与功能化的协同提升。

碳纳米管/镁铝尖晶石晶须复合增强低碳铝碳耐火材料抗热震性

冯纯卓

西安建筑科技大学

以一水合柠檬酸、轻质氧化镁和氧化铝为原料，六水合硝酸镍为催化剂，通过催化埋炭烧结法制备了碳纳米管/镁铝尖晶石晶须复合增强体，将其添加到低碳铝碳耐火材料中以提高耐火材料的抗热震性。报告研究了六水合硝酸镍含量对碳纳米管/镁铝尖晶石晶须物相和微观结构的影响。采用纳米压痕技术定量评价了碳纳米管/镁铝尖晶石晶须对低碳铝碳耐火材料抗热震性的影响并进一步研究了增韧机理。结果显示，制备的碳纳米管内径和外径分别为5.69nm和16.26nm，并缠绕在具有互锁结构的高长径比(>100)的镁铝尖晶石晶须上，这有利于碳纳米管在耐火材料基质中的分散。添加3.0 wt.%碳纳米管/镁铝尖晶石晶须的低碳铝碳耐火材料(命名为C3)的抗热震性显著提高。C3的热震残余强度保持率和其热震后基质的比断裂能为39.2%和141 N·m-1，分别比空白试样(19.9%和109 N·m-1)提高了97.0%和29.4%。这主要是因为碳纳米管和镁铝尖晶石晶须增强了耐火材料的基质，促进了"桥接"、"裂纹偏转"和微裂纹的产生。

纳米ZrO2粉对Al-Si复合不烧Al2O3-C材料性能的影响

田学坤

郑州大学

本报告以片状氧化铝、硅粉、铝粉、石墨和纳米ZrO2粉为原料，研究了纳米ZrO2粉对Al2O3-C材料烧成过程中物相组成和显微结构演变的影响。随着温度的升高，试样中Al和Si的残余含量逐渐降低，添加的纳米ZrO2促进了Si和Al的原位反应生成较多的AlN和SiC晶须，形成连续互锁的网络结构，对材料起到增强增韧作用，从而提高Al2O3-C材料的抗热震性和高温强度。此外，纳米ZrO2粉填充孔隙并提高材料致密度，从而改善了材料的物理性能。

h-BN对铝碳耐火材料材料抗侵蚀性能的影响及其作用机制

罗益欣

武汉科技大学

为提高低碳Al2O3-C耐火材料的抗侵蚀性能以及揭示含硼添加剂对Al2O3-C耐火材料抗侵蚀性作用关系，以h-BN为抗氧化剂，研究了h-BN对低碳Al2O3-C耐火材料物相组成、显微结构演变、抗氧化性能以及抗侵蚀性能的影响，并通过步进式热力学模拟阐明h-BN对低碳Al2O3-C耐火材料的抗侵蚀作用机制。

以椰壳炭为碳源合成Ti3SiC2粉体及其氧化行为

苏凯

郑州大学

报告提出了以椰壳炭为新型碳源，在1673K下通过简单的无压烧结法合成Ti3SiC2粉体的方法，合成的Ti3SiC2晶粒呈现典型的纳米层状结构。在1273 K-1473 K等温氧化过程中，Ti3SiC2粉体的等温氧化曲线呈抛物线型，这是由于Ti3SiC2颗粒表面迅速形成由TiO2和SiO2组成的致密连续氧化层作为扩散屏障，有效阻止氧气向内部扩散，赋予了Ti3SiC2粉体良好的抗氧化性。

中空骨料对轻质MgO-MgAl2O4-C复合材料性能研究

黄科

河南科技大学、洛阳理工学院

以高纯电熔镁砂、自制镁铝尖晶石中空骨料、α-Al2O3微粉、镁铝尖晶石粉、Si粉、Al粉和鳞片石墨为主要原料，以热固性酚醛树脂为结合剂，制备了MgO-MgAl2O4-C复合材料。探究了自制镁铝尖晶石中空骨料添加量对轻质MgO-MgAl2O4-C复合材料性能的影响。结果表明：经1200℃煅烧后试样中有SiC和AlN产生，升温至1400℃时生成了片状MgAlON。随着镁铝尖晶石中空骨料的添加量增加试样经不同温度煅烧后显气孔率呈上升趋势，体积密度下降。当煅烧温度为1400℃时，引入6wt%镁铝尖晶石中空骨料试样常温抗折强度和常温耐压强度均达到最大值分别为14.8MPa和120.5MPa。中空骨料的引入改善了试样的抗热震性能，经过3次风冷热震后添加6wt%中空骨料试样的残余强度保持率高达80%以上。值得注意的是，试样的高温抗折强度随着中空骨料的加入量增加略微下降。中空骨料的引入改变了裂纹扩展的方向，形成了不同的耗散机制实现了对材料的增强增韧。