特种钢精炼用绿色长寿复合尖晶石材料研发

需求的背景和应用场景

在海工装备、高端制造等领域，特种钢因其独特的性能需求而被广泛应用。然而，特种钢的精炼过程对内衬材料提出了极高的要求，传统的内衬材料往往难以满足其在高温、高腐蚀性环境下的长期稳定使用。特别是在精炼过程中，内衬材料必须具备优异的抗渣侵蚀性和热震稳定性，以确保特种钢的品质和生产效率。此外，随着环保意识的增强和能源消耗的日益关注，开发一种无污染、低能耗的内衬材料成为当务之急。本项目旨在研发一种特种钢精炼用绿色长寿复合尖晶石材料，以满足海工装备等高端领域对特种钢的苛刻要求，同时实现生产过程的绿色化和低成本化。

要解决的关键技术问题

1. 高温原位合成镁阿隆技术：通过精确控制金属塑性相的加入量，实现在高温使用过程中原位合成镁阿隆（MgAlON），并制备出具有优异结构梯度的复合耐火材料。这一技术关键在于确保镁阿隆的均匀分布和复合材料的整体性能。
2. 超低气孔复合耐火材料技术：为进一步提升材料的抗侵蚀和抗渗透性，需研制一种超低气孔的复合耐火材料。通过优化材料配方和制备工艺，构建微孔结构，有效降低材料的气孔率，提高其致密性和抗侵蚀能力。
3. 复合材料的再生利用技术：实现MgAlON结合Al₂O₃-MgAl₂O₄复合材料的再生利用，推动无铬材料的可持续发展。通过研发高效的回收和再利用技术，提高材料的循环利用率，降低生产成本和环境负担。

效果要求

• 技术指标：
• 抗侵蚀性：一级；
• 抗渗透性：一级；
• 体积密度：≥3.1g/cm³；
• 显气孔率：<7%；
• 常温耐压强度：>120MPa；
• 高温抗折强度：>25MPa；
• 热震稳定性：>12次；
• 使用寿命：浸渍管/环流管≥160炉，下部槽>320炉；
• 役后MgAlON结合Al₂O₃-MgAl₂O₄复合材料回收率：≥60%。
• 效益与竞争优势：
• 该复合尖晶石材料的研发将显著提升特种钢精炼过程中的内衬材料性能，延长使用寿命，降低更换频率和维护成本。
• 采用节能低温处理工艺，降低能源消耗，符合绿色制造的发展趋势。
• 实现复合材料的再生利用，提高资源利用率，降低生产成本，增强企业的可持续发展能力。
• 项目的成功实施将打破国外技术垄断，提升我国特种钢冶炼技术的国际竞争力。
• 创新性：
• 本项目通过原位合成镁阿隆和构建超低气孔结构等创新技术，实现了复合耐火材料性能的显著提升。
• 复合材料的再生利用技术为无铬材料的可持续发展提供了新思路，具有显著的创新性和实用性。