工程总承包转型,既是机遇也是挑战

中国建筑业经过改革开放40多年的高速发展,已经成为世界上最大的建筑业市场,如建材水泥,建筑钢材,建筑玻璃等已经占世界建筑行业用量的50%以上.建筑业成为中国支柱产业之一,带动了相关行业的发展,就业人口占总就业人口的比重和增加值占GDP的比重一直都稳定在7%左右.40多年来,中国建筑业是从低水平到高水平,从国内到国际化,从以粗放的数量为主到以追求高品质为主

Progress in the application of nanotechnology to magnesia refractories

Magnesia refractories are promising high-temperature structural materials known for their high melting point, excellent high-temperature stability, and promising mechanical properties, which make them suitable for numerous high-temperature applications in steel manufacturing, metallurgy, building materials, and ceramics. However, traditional magnesia refractories do not meet the requirements established for advanced refractories. Low-carbon magnesia carbon refractories have several disadvantages, including poor slag and thermal shock resistances, owing to their reduced carbon content. Magnesia calcia refractories have poor hydration resistance due to the presence of free calcium oxide. Moreover, magnesia alumina refractories have poor sintering and mechanical properties owing to their volumes and thermal expansion mismatch. Therefore, the techniques used to prepare high-performance magnesia refractories have attracted widespread attention. Recently, nanotechnology has emerged as a promising new technology that is widely used improve refractory yield and in many other applications because of its excellent surface properties, small size, quantum dimensions, and macro quantum effects. The preparation of magnesia composite refractories using nanotechnology relieves the demand for high-performance magnesia refractories by high-temperature industries and also contributes to the development of lightweight and functional value-added products. Therefore, the use of nanotechnology in the preparation of magnesia composite refractories has great significance for the enhancement of their properties. In this paper, the research status and progress of nanotechnology in recent years with respect to the damage mechanisms in low-carbon magnesia –carbon refractories, magnesia calcia refractories, and magnesia alumina refractories in China and overseas were reviewed. In addition, the interaction mechanisms were analyzed, the challenges and developments in the 收稿日期: 20200509 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51772139);菱镁矿特色资源高效利用制备高性能耐火材料相关基础研究(U1908227) 工程科学学报,第 43 卷,第 1 期:7684,2021 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 1: 7684, January 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.09.001; http://cje.ustb.edu.cn application of nanotechnology were discussed. KEY WORDS nanotechnology; low-carbon magnesia carbon refractories; magnesia calcia refractories; magnesia alumina refractories;performance 镁质耐火材料的主要原料是菱镁矿,白云石 和水镁石,其原料矿物在我国自然界中资源储备 丰富,主要分布于辽宁,山东,河北等沿海地区, 为我国镁质耐火材料的发展提供了有利的资源基 础,这也使中国成为世界上镁质耐火材料产量和 出口量最大的国家 . 镁质耐火材料具有高熔 点,优异的高温体积稳定性,良好的力学性能等 众多优点,已被广泛用于钢铁,冶金,建材,陶瓷 等高温工业领域 . 不同的高温工业领域对镁质 耐火材料的种类选择要求也不尽相同. 一般而言, 镁质耐火材料按化学组成划分为镁碳质耐火材 料,镁钙质耐火材料和镁铝质耐火材料等不同性 质和用途的耐火材料. 同时,不同种类镁质耐火材 料的性能优劣是衡量高温工业窑炉能否保持长期 正常稳定生产的决定性因素. 为适应高温工业的迅速发展,高温工业对窑 炉炉衬材料的要求越来越高,传统的镁质耐火材 料已经无法达到高性能耐火材料的使用标准 . 利 用纳米技术制备高性能复相材料以改善材料的性 能具有较高的研究价值. 目前,纳米技术因其具有 表面效应,小尺寸效应,量子尺寸和宏观量子隧道 效应的特点,已经被广泛应用于耐火材料领域,并 成功制备轻质化和多功能化的复相耐火材料. 利 用纳米技术制备复相镁质耐火材料,既可以缓解 高温工业对高性能镁质材料的需求,又能实现镁 质耐火材料的轻质化和多功能化,进而达到提高 产品附加值的目的. 毋庸置疑,纳米技术的出现为高 端镁质耐火材料的制备和改性提供了有利条件. 基于此,对目前国内外纳米技术在不同化学组 成的镁质耐火材料中的研究现状进行了评述,阐 述了纳米技术在镁质耐火材料中的作用机理,同 时总结了关于纳米技术在镁质耐火材料中应用所 存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望,为致 力于研究镁质耐火材料的学者们给予一定启发. 1 纳米技术在低碳镁碳质耐火材料中的应用 镁碳质耐火材料是一种主要用于转炉,电炉 和钢包的炉衬材料,其中碳在高温下冶炼钢水时 起着非常关键的作用,这是由于碳具有热导率高, 热膨胀系数低和对熔渣的润湿性低等特点,从而 提高了抗熔渣侵蚀性,改善了抗热震性 . 传统的 镁碳质耐火材料由于碳含量较高,导致其在使用 过程中热量损耗大,易氧化,不利于洁净钢,特种 钢等高品质钢材的生产,进而无法满足其使用要 求 . 因此,低碳化是镁碳耐火材料主要的发展趋 势. 然而,对低碳镁碳质耐火材料而言,鉴于碳含 量较低,使其抗渣性和抗热震性变差,进而导致其 毁坏形式主要是熔渣侵蚀和材料表面的开裂或剥 落 . 因此,关于利用纳米技术制备高性能低碳 镁碳质耐火材料的研究将主要从抗渣性和抗热震 性两个方面开展. 1.1 抗渣性 低碳镁碳质耐火材料主要是由镁砂,石墨,碳 质结合剂,抗氧化剂等成分组成复合材料,其中, 对利用纳米技术强化低碳镁碳砖抗渣性的研究主 要集中在纳米碳强化基质结构和纳米催化剂改性 碳质结合剂的两方面. 在镁碳质耐火材料低碳化过程中,纳米碳常 作为原料引入,改善制品的抗渣性和抗热震性,其 原因是纳米碳具有比表面积大,反应活性高和颗 粒尺寸小的特点,增强了颗粒间的直接结合强度 . 纳米碳的引入可以起到以下的强化基质结构机 制:(1)纳米碳颗粒的形状更加接近于球形,具有 良好的流动性,更好地促进烧结和填充空隙而提 高制品强度,进而达到提高制品抗渣性的目的 . (2)纳米碳与材料成分之间原位生成晶须,纤维或 者陶瓷相,显著地增加了制品的强度,改善了熔渣 对制品的侵蚀性. Bag等 以高纯电熔镁砂,天然 石墨,纳米炭黑等为原料,采用传统耐火材料烧结 工艺制备低碳镁碳质耐火材料,并比较纳米炭黑 与天然石墨复合粉体制备的镁碳制品和传统镁碳 制品之间的性能优劣. 结果