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论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成
石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料，因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性，引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9]，这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.
另一方面，PANI作为典型的导电高分子之一，由于合成容易，环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料，由于纳米效应不但能提高材料固有性能，并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容，其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而，当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能，为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性，人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].
作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO，化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能，但也在一定程度上钝化了PANI [13]，另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.
基于以上分析，首先使PANI和GO相互分散和组装，借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料，以期获得高性能的超级电容器电极材料.
1实验部分
1.1原材料
苯胺(AR， 国药集团)，经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS， AR， 湖南汇虹试剂);草酸(OX， AR， 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB， AR， 天津市光复精细化工研究所).
1.2PANIF的制备
PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14]，制备过程如下：把250 mL去离子水加入三口烧瓶后，依次加入1.82 g CTAB，0.63 g 草酸以及0.9 mL苯胺，在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后，往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液，同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性，随后30 ℃真空干燥24 h. 1.3GO的制备
采用Hummers法制备GO，具体过程如下：向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目)，加入5 g硝酸钠固体，搅拌下加入220 mL浓硫酸，10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾，在冰水浴下搅拌120 min，再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min，然后向瓶中滴加460 mL去离子水，同时将水浴温度升至95 ℃，保持95 ℃搅拌60 min，再向瓶中快速滴加720 mL去离子水，10 min后加入80 mL双氧水，过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中，加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸，趁热抽滤，随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min，得氧化石墨烯溶液.
1.4PANIF/rGO复合材料制备
按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的6.8 mg/mL 的GO溶液混合，使混合液总体积为30 mL， GO在混合液中的最终浓度为0.5 mg/ mL，磁力搅拌10 min后，将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应，在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出，用去离子水洗涤产物直至洗液无色后，于60 ℃真空干燥24 h，待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5，10以及15，相应命名为PAGO5，PAGO10和PAGO15，对应的PANIF质量为75 mg，150 mg和225 mg.
1.5仪器与表征
用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后，用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.
电极制备和电化学性能测试：将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液，将其均匀地涂在不锈钢集流体上，在10 MPa压力下压片，之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中，使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，铂片(Pt)作为对电极，在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试，电势窗为-0.2～0.8V.
比电容计算依据充放电曲线，按式(1)[15]计算：
Cs=iΔtΔVm.(1)
式中：i代表电流，A;Δt代表放电时间，s;ΔV代表电势窗，V;m代表活性物质质量，g.
2结果与讨论
2.1形貌表征
图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后，从低倍的SEM(图1(c))可以看出，PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合，且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知：成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.
2.2FTIR分析
图2为PANIF，GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1，1 500 cm-1，1 305 cm-1，1 144 cm-1，829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰，它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图，在3 390 cm-1， 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H，C=O键振动，1 550～1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16]，可以看出，GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图，与GO，PANIF谱图比较， 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现，这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO，另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.
2.4电化学性能分析
图4为样品的CV曲线，其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图，可以看出，4个样品均出现明显的氧化还原峰，这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变，表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线，由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加，在扫描速率为1 mV/s时，PAGO10电极的比电容为521.2 F/g.
图5为PANI，PAGO5，PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图，由图可知：4种样品均有明显的氧化还原平台，这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线，借助式(1)，计算了4种样品在不同电流密度下的比电容，结果如图5(b)所示，很明显，相同电流密度下PAGO10比电容最大，当电流密度为1 A/g时，其比电容为517 F/g，这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为0.5 A/g时，比电容分别为 261和495 F/g)[18-19]， 而PANIF比电容最小，仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右，这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时，紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚，增加了电极/电解质接触面积，从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径，对样品进行了交流阻抗测试，图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知：在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区，电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5
值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区，直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制，并且PAGO5所展现的直线斜率最大，说明其电容行为最接近理想电容，即频响特性最好，这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.
氧化还原反应的发生，导致PANIF具有十分高的赝电容，但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩，导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此，对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示，PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后，电容保持率为77%，而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为54.3%，这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外，rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接，降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩，使得链段不容易脱落或者断裂，从而PAGO10具有出色的循环稳定性.
3结论
采用自组装的方法，经水热反应，制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现，rGO与PANIF紧密连接;而且，当PANIF与GO质量比为10∶1时，复合材料展现了最佳的电化学性能，当电流密度为1和10 A/g时，其比电容分别为517， 356 F/g.从上可知：合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能，从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.
浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用
1 概述
随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及，我国水泥工业得到飞速发展，2012年，水泥总产量达21.8亿吨，占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代，镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能，而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1]，并取得了良好的使用效果，但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合，形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫，碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质：R2(Cr，S)O4。水泥窑在正常运转中，其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸，飘落在厂区及周边环境中，造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中，废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时，窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害，据有关专家论证，Cr6+腐蚀皮肤，使人易患上大骨病，进而致癌。因此，镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。
发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范，其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍，执行也是最严格的，具体内容如表1所示：
我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88，对地面水中Cr6+含量进行明确规定，如表2所示：
这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大，特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵，因此，水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。
2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制
2.1 研制思路
目前，用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性，但是抗热震性差，抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性，但是挂窑皮性差[3，4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料，结构韧性好，抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强，具有良好的挂窑皮性能，在烧成带能有效延长使用寿命，是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。
2.2 试验与研究
2.2.1 铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物，化学分子式为FeAl2O4，其中含58.66%A12O3和41.34%FeO。铁铝尖晶石为立方体结构，二价阳离子占据四面体位置，三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为4.39g/cm3，莫氏硬度为7.5。要形成铁铝尖晶石，必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内，才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石，而在FeO稳定存在的区域以外的条件下，铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石，而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示：
为了得到高质量的合成铁铝尖晶石，我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导，经过大量试验，掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术，为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯，在保证“FeO”稳定存在的气氛下，经高温烧成，制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示：
2.2.2 原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验，结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求，我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料，并加入特殊添加剂来强化制品的性能，研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度，采用四级配料，经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3，产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。
2.2.3 铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出：随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势，这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果，铁铝尖晶石的加入量在10%时，制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出：以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。
2.3 产品的性能
2.3.1 结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中，同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒，与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石，这一活化效应使制品在烧成或使用过程中，内部形成大量的微裂纹，重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行，使得MgO-FeAl2O4耐
火材料在整个高温使用过程中，可以形成大量的微裂纹，这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。
2.3.2 强度高。从制品显微结构可以看出：制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶，结构非常均匀致密，晶粒发育良好，颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接，结合良好，明显的提高了砖的密度和高温强度。
2.3.3 具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中，制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物，该矿物具有一定的粘度，可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面，形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块，用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4，压制成Φ30×10mm圆饼，把圆饼放在两个样块中间，放入电炉内加热，温度升到1500℃，保温3小时，冷却后测其抗折强度，二者基本相同。由此可见，新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。
2.4 产品的应用
新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来，通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用，寿命周期均达到12个月以上，受到用户认可。
3 结论
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《工业炉》《塑料科技》
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大家机械工程学报，很多大学的学报都是的。
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一、著作1. 《无机材料机械基础》（主编），中国化学工业出版社，2006年1月。2. 《凝胶注模成型制备高温结构陶瓷》（第三），化学工业出版社，2008年9月二、论文（发表论文40余篇，1989年以来发表论文如下）1. 齿科合金熔炼用陶瓷坩埚的材质选择研究，中国陶瓷，1995年第4期；2. 粘土对硅线石烧结性能的影响，河北陶瓷，1995年4期3. 釉面砖上凸变形缺陷及工艺改进的研究，陶瓷，1996年3期4. 不烧电炉顶砖的试制与应用研究，河北理工学院学报，1996年2期5. 高温节能复合陶瓷涂料的研制，耐火材料，1997年3期6. 熔制玻璃用坩埚抗热震性的改进，耐火材料，2002年3期7. 磁铁矿—长石质高温节能涂料试验研究，非金属矿，2002年6期8. 硅线石高温莫来石化及烧结试验研究，非金属矿，2003年1期9. 磁铁矿—长石质高温节能涂料抗热震性能的试验改进，非金属矿，2003年3期10. 吉林宝仁球粘土的性能及其在耐火材料中的应用，非金属矿，2004年1期11. 吉林宝仁球粘土在卫生陶瓷中的应用，陶瓷，2004年1期12. 石墨坩埚浸渍法抗氧化试验研究，非金属矿，2004年3期13. 理化瓷抗热震性能的改进试验，中国陶瓷工业，2004年4期14. Al-AlN-Al2O3复相滑板的开发与应用性能，钢铁钒钛，2004年4期15. Al2TiO5-ZrO2复相材料中ZrO2的相变特性，耐火材料，2004年6期16. Sialon-SiC材料的氮化热力学研究，材料科学与工程学报，2005年2期17. sialon结合SiC材料的氮化动力学研究，硅酸盐学报，2005年2期18. 金属-氮化物结合刚玉质滑板抗渣性研究，硅酸盐学报-2005年2期19. 球黏土对Sialon-SiC材料氮化烧结性能的影响，非金属矿，2005年2期20. 铝-氮化铝结合刚玉质滑板的抗氧化性能，耐火材料，2005年2期21. 合成温度对钛酸铝材料热膨胀系数和抗热震性的影响，耐火材料，2005年2期22. 金属-氮化物结合刚玉质滑板的结构与性能，过程工程学报，2005年3期23. Al2TiO5-ZrO2复相材料的制备与性能，材料工程，2005年5期24. 干压成型法制备SiC-Sialon复相材料的研究，硅酸盐通报，2005年6期25. 碳复合材料的Si-SiO2-SiC抗氧化涂层研究，耐火材料，2006年1期26. 再结合MgO-ZrO2复相材料的试验研究，耐火材料，2006年2期27. 氧化锆-钛酸铝系复相材料的研究进展，陶瓷，2006年4期28. 粘土坩埚的使用损毁机制及性能改进，玻璃与搪瓷，2006年5期29. 凝胶注模成型Sialon-SiC材料的氮化过程研究，中国陶瓷，2006年6期30. 共沉淀法制备ZrO2-Al2TiO5复合材料烧结性能研究，稀有金属材料与工程，2007年1期31. 碳热还原氮化法制备β-SiAlON的工艺条件研究，耐火材料，2007年1期32. 熔融石英陶瓷材料的晶化抑制研究，稀有金属材料与工程，2007年1期33. ZrO2-Al2TiO5复相材料的抗热冲击性能，硅酸盐学报，2008年2期34. Preparation and Performance of AlN-ZrO2 Multiphase Material, HIGH-PERFORMANCE CERAMICS, 2007年5期35. 钛酸铝－板状氧化铝复合材料合成与性能，河北理工大学学报：自然科学版-2008年2期36. FeSi对Si3N4结合SiC材料烧结性能的影响，陶瓷，2008年3期37. 钛酸铝含量对Al2O3-Al2TiO5复合材料性能的影响，耐火材料，2008年5期38. ZrTiO4材料的合成与性能结构研究，陶瓷，2008年5期39. 烧结温度对Al2TiO5-ZrO2复合材料性能的影响，耐火材料，2008年6期40. Al2TiO5/ZrO2纳米复相陶瓷的制备及性能研究，中国陶瓷，2008年12期41. Al含量对Al2TiO5-AlN-Al材料性能的影响，陶瓷，2009年1期42. ZrO2-AlN复相材料的制备与性能研究，陶瓷，2009年2期三、承担的科研项目1. “齿科铸造合金熔炼用钛酸铝坩埚的研制”，河北省科技厅项目，1992--1993．2. “复合高温辐射节能涂料的研制”，河北省教委项目，1995--1996．3. “堇青石质理化陶瓷”，唐山市科技局项目，2002--2003．4. “不定形耐火保温材料”，唐山市科技局项目，2003--2004．5. “氧化锆-钛酸铝质高温结构陶瓷材料的结构、性能研究”，河北省科技厅项目，2003--2004．6. “碳化硅-赛隆材料凝胶注模成型及烧结性能研究”，河北省教育厅项目，2003--2005．7. “金属－氮化物结合滑板抗损失机理研究”，河北省自然科学基金项目，2004--2006．8. “石墨坩埚抗氧化试验研究”，唐山市科技局项目，2005--2006．9. “再结合镁锆砖的研制”，唐山市科技局项目，2005--2006．10. “金属Al-氮化物结合氧化锆复相材料的结构与性能研究”，唐山市科技局项目，2006--2007．11. “赛隆-氧化铝复相理化陶瓷材料的制备与性能研究”，唐山市科技局项目，2006--2007．12. “钛酸锆-钛酸铝复相材料的结构与性能研究”，河北省教育厅项目，2006--2008．13. “纳米ZrO2结合Al2TiO5复合材料研究”，唐山市科技局项目，2006--2008．14. “高抗热震氧化锆-钛酸铝复相材料的结构性能设计”， 国家自然基金项目，2006--2008．15. “唐山市耐火材料民营科技特色产业群建设”， 唐山市科技局项目，2008--2008．16. “Al2TiO5-Si3N4复合材料研究”，河北省教育厅项目，2008--2009．17. “新型高致密度硅质耐火材料的开发研究”， 唐山市科技局项目，2008--2009．18. “金属铝-氮化铝-氧化锆复相材料的制备与性能研究”， 国家自然基金项目，2009--2011．19. “高温气体净化陶瓷过滤器”， 河北省科技支撑计划项目，2009--2011．20. “熔融石英陶瓷的析晶抑制及烧结研究”， 河北省自然基金项目，2008--2010．四、主要获奖情况1. 堇青石质理化陶瓷，2004年6月获唐山市科技进步奖奖二等奖2. 碳化硅-赛隆材料凝胶注模成型及烧结性能研究，2007年6月获河北省教育厅科技进步二等奖、唐山市科技进步三等奖3. 金属-氮化物结合滑板抗损失机理研究，2008年6月获河北省科技进步三等奖、唐山市科技进步三等奖
正式发表和出版作品总目录（含科技论文和小说）一、著作1、《耐火纤维生产与应用》，上海科学技术出版社，1990年4月2、《国外高温耐火纤维应用技术》，冶金出版社，1990年5月3、《绝热材料生产与施工手册》，武汉工业大学出版社，1992年10月4、《资本委托管理制度》（与梁汉星行长合著），广东经济出版社，2000年4月二、论文1、“铜电解过程中阳极钝化的机理与消除”，《有色金属》，1981年2期2、“冶金废液的解毒与固化”，《芜冶科技》1984年1期3、“关于铜电解过程中胶的作用机理的探讨”，《湖南冶金》，1984年3期4、“耐火纤维综述”，《湖南冶金》，1987年2期5、“耐火纤维生产与应用技术的发展”，《安徽节能》1987年4期6、“耐火纤维毡、板、毯的生产与应用”，《江苏冶金》1987年5期7、“高温辐射涂料的节能机理与炭化硅涂料的应用”，《安徽节能》1988年1期8、“混合纤维制品生产工艺及其应用”，《耐火材料》，1988年2期获冶金部奖、安徽省奖9、“混合纤维在常钢缝式锻造炉上的应用”，《江苏冶金》1988年2期10、“与耐火纤维配用的炭化硅表面硬化剂”，《耐火材料》1988年3期11、“混合纤维在冶金工业中的应用”，《湖南冶金》1988年3期12、“耐火纤维毡、板、毯的应用技术及效果评价”，《安徽节能》1988年3期13、“耐火纤维的发展及其在钢铁工业中的应用”，《钢铁设计》1988年4期14、“国外95%氧化铝多晶纤维的生产概况”，《钢铁设计》1988年4期15、“耐火纤维针刺毯的生产与应用”，《江苏冶金》1988年5期16、“新喷涂陶瓷纤维”，《国外耐火材料》1988年8期17、“耐火纤维在钢铁工业中的应用”，《钢铁》，1988年10期翻译成英文发表美国《工业热工》18、“应用耐火纤维应注意的几个技术问题”，《安徽节能》1989年1期19、“介绍一种新型节能材料——铝箔”，《安徽节能》1989年2期20、“铝箔绝热材料的节能应用”，《安徽节能》1989年3期21、“耐火纤维导热系数及其测定”，《保温材料与节能技术》1989年3期22、“耐火纤维的分类与使用温度”，《保温材料与节能技术》1989年3期23、“耐火纤维锚固件的选用与配置”，《工业炉》1989年3期24、“耐火纤维炉衬的节能机理”，《安徽节能》1989年3期25、“耐火纤维用于轧钢加热炉水冷滑轨绝热技术”，《江苏冶金》1989年4期26、“耐火纤维炉衬结构的设计”，《钢铁设计》1989年4期27、“耐火纤维用于轧钢加热炉强化绝热技术”，《钢铁》1990年1期翻译成日文发表日本《工业加热》28、“耐火纤维炉衬的维护与修补”，《工业炉》1990年1期29、“氧化铁皮节能涂料的实验研究”，《安徽节能》，1990年1期30、“氧化铁皮节能涂料的开发研究”，《保温材料与节能技术》1990年2期31、“高温辐射涂料的节能机理与开发研究”，《保温材料与节能技术》1990年2期32、“高炉煤气布袋除尘温度控制与滤布的选择”，《江苏冶金》1990年3期33、“应用与轧钢加热炉的氧化铁节能涂料”，《冶金节能》1990年5期34、“粉煤大喷吹是炼铁高炉节能的捷径”，《湖南冶金》1991年3期35、“耐火纤维节能炉衬的设计”，《节能技术》1991年4期36、“工程设计中铝箔物理数据的确立”，《保温材料与节能技术》1991年4期37、“用于热力管道绝热的铝箔多孔材料”，《保温材料与节能技术》1991年4期38、“钢格板占据工程材料新领域”，《冶金参考》1991年39期39、“美国纽科尔公司薄板坯连铸系统的运行实践”，《冶金参考》1991年42期40、“薄板坯连铸是轧钢工艺节能的捷径”，《安徽节能》1992年2期41、“美国SMP公司特种合金真空冶炼炉的现状与前景”，《冶金参考》1992年6期三、长篇小说：1、《第三只眼看老板》西苑出版社2003年1月出版2、《为女老板打工》 百花文艺出版社 2003年5月3、《涨停板跌停板》 群众出版社 2004年1月4、《征婚》 春风文艺出版社 2004年1月5、《亲嘴楼的故事》 春风文艺出版社 2004年1月6、《大老板小老板》 春风文艺出版社 2004年1月7、《造就老板的女人》 《小说月报》（原创版）2004年3期8、《倾斜的天平》 群众出版社2004年10月出版单行本9、《应聘》 春风文艺出版社2004年5月10、《从坡坡屋出来的女人》 春风文艺出版社 2004年5月11、《男老板女老板》 百花文艺出版社 2004年8月12、《有这样几类单身女人》 群众出版社 2005年1月13、《老板也是人》 群众出版社 2005年1月14、《跳槽》 作家出版社 2005年1月15、《圈套》 云南人民出版社 2005年9月16、《娱乐城》 云南人民出版社 2005年9月17、《天眼》 云南人民出版社 2005年9月18、《赢家》 云南人民出版社 2005年9月29、《通灵人》 《现代世界警察》2006年6~8期连载20、《大老板是怎样炼成的》 海天出版社 2006年9月21、《高位出局》 清华大学出版社 2007年4月第一版22、《职业经理人手记》 清华大学出版社 2007年6月第一版23、《同宗同族》 中国人民公安大学出版社2007年7月24、《高位出局——透资》 清华大学出版社 2007年9月25、《上市公司》清华大学出版社 2008年2月26、《商场官场》中国画报出版社 2008年4月《现代世界警察》2007年7~12月27、《深圳河》 现代出版社 2008年9月28、《寻找巴菲特》（中短篇小说集）百花文艺出版社2008年10月29、《散户》 现代出版社 2009年1月30、《离婚未遂》南京大学出版社 2009年2月31、《有罪释放》，《啄木鸟》2009年6、7两期连载32、《生死华尔街》，清华大学出版社，2009年7月33、《女人的战争》，沈阳出版社，2010年6月34、《苍商》，新世界出版社，2011年4月四、中短篇小说：《再婚》 《芳草》2001年12期《高位出局》 《芳草》2002年4期《按揭》 《芳草》2002年6期《担保》 《人民文学》2003年2期《小说月报》2003年4期转载《寻找巴非特》 《清明》2003年2期《涨停板，跌停板》 《人民文学》2003年3期《夏泊儒的论文》 《特区文学》2003年曾刊《红包》 《芳草》2003年7期《都是电话惹的祸》 《芳草》2003年7期《解套》 《广州文艺》2003年8期《长江日报》2003年8月连载《一张美女照》 《啄木鸟》2004年1期《人在江湖》 《广州文艺》2004年2期《现在进行时》 《啄木鸟》2004年2期《“钳工”爸爸》 《啄木鸟》2004年6期《父亲的喜事》 《芳草》2004年7期《项薇薇和雷军的婚事》 《作品》2005年3期《凤背上的狗爪印》 《翠苑》2006年2期《李文就是酷酷》 《北京文学》2006年7期《事过境迁》 《啄木鸟》2006年12期《闪会》 《安徽文学》2006年12期《没大没小》 《芳草》2007年6期《散户翻身》 《芳草》2007年6期《还债》 《广州文艺》2009年6期《房东》 《北京文学》2011年1期《门》 《长江文艺》2011年6期
耐热钢[1][2]在高温条件下，具有抗氧化性和主够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。耐热钢主要用于在高温下长期使用的零件heat-resisting steels在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。它包括抗氧化钢(或称高温不起皮钢)和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。耐热钢和不锈耐酸钢在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。合金元素的作用铬、铝、硅 这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。镍、锰 可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。钒、钛、铌 是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。碳、氮 可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。硼、稀土 均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。类别 耐热钢按其组织可分为四类：珠光体钢 合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5％。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作 600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV， 12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。马氏体钢 含铬量一般为7～13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。铁素体钢 含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。奥氏体钢 含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的热强材料。典型钢种有 1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。生产工艺冶炼 耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。铸造 某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。所以在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例。铸造方法除采用砂型铸造外，还可用精密铸造工艺以获得表面光滑、尺寸精确的产品。对合成氨和乙烯裂解用的高温炉管往往采用离心铸造的方法。热处理 珠光体热强钢通常经正火或调质后使用；马氏体耐热钢用调质处理，以稳定组织，得到良好的综合力学性能和高温强度。铁素体钢不能通过热处理强化。为消除因冷塑性变形加工和焊接所导致的内应力，可在650～830℃进行退火处理，退火后快速冷却,以便迅速地经过475℃脆性温度范围。奥氏体抗氧化钢大多采用高温固溶热处理，以获得良好的冷变形性。奥氏体热强钢则先用高温固溶处理，然后在高于使用温度60～100℃条件下进行时效处理,使组织稳定化，同时析出第二相，以强化基体。耐热铸钢多在铸态下使用，也有根据耐热钢的种类采用相应的热处理的。[编辑本段]耐热钢焊接工艺1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求按工作条件分为两大类：一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管具有特点：1 有较高的室温强度通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性，(1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。压力容器用钢的冲击韧性要求冲击韧性值αk(N·m/cm2)20℃ -40℃>=60 >=35(2)还需要考虑时效韧性时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法(1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示(2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃3 较低的缺口敏感性制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹4 良好的加工工艺性能和焊接性能由于焊接热循环作用，会(1)降低热影响区材料的韧性、塑性(2)在焊缝内产生各种缺陷其中(1)、(2) 均会产生裂纹在选材料时需考虑(1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性)(2)适当的焊接材料和焊接工艺(3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%)(4)良好的低倍组织(5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生)二、用以制造高温承压元件的钢管1 具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行2 具有良好的高温组织稳定性长期高温下不发生组织变化3 具有良好的的高温抗氧化性要求材料在高温条件下的氧化腐蚀速度小于0.1mm/a4 具有良好的加工工艺性要求冷加工性(冷态弯曲)和焊接性2. 锅炉与压力容器用钢的分类一、工作温度低于500℃的钢材碳素钢和低合金结构钢1 铁素体-珠光体结构钢屈服强度σs为300-450MPa16Mn，15MnV，15MnVN加入合金元素，固溶强化，结晶强化作用2 低碳贝氏体类型钢屈服强度σs为500-700Mpa14CrMnMoVB延缓奥氏体分解，得到贝氏体，增加强度3 马氏体型调质高碳钢屈服强度σs为600Mpa以上18MnMoNb和14MnMoNbB正火加回火，有良好的低温韧性二、工作温度高于500℃的钢材低合金热强钢和奥氏体不锈钢1 低合金珠光体热强钢15CrMo和12Cr1MoV，结晶强化，沉淀强化2 低合金贝氏体热强钢12Cr2MoWVTiB和12Cr3MoVSiTiB，特点：合金数量多而量少，高温强度高，抗氧化性强3 奥氏体不锈钢18-8型铬镍奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti，高温强度高，抗氧化性强，且具有很高的韧性和较好的加工工艺性3. 碳素钢一、碳素钢中主要成分对性能的影响1 碳的影响碳增加，强度增大，塑性减少，可焊性变差，时效敏感性降低2 锰的影响脱氧(FeO)脱硫，改善热加工性能3 硅的影响脱氧4 硫的影响热脆性5 磷的影响冷脆性6氧的影响降低强度、塑性7 氮的影响提高强度、硬度，降低塑性8 氢的影响氢脆二、碳钢的分类化学成分：高(含碳量在于0.65%)、中(含碳量0.25-0.65%)、低碳钢(含碳量小于0.25%)用途：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢1 普通碳素结构钢甲类钢：按机械性能供应(A)，钢板，角钢等2 优质碳素结构钢按机械性能和化学成分供应含碳量低：钢板、容器、螺钉、螺母含碳量中：齿轮、轴含碳量高：弹簧、钢丝绳3 碳素工具钢(T)高硬度和耐磨性，制造刀具、量具、模具三、锅炉与压力容器常用碳素钢承压元件主要使用低碳钢，因为塑性、韧性、加工工艺性和可焊性好(1) 优质碳素结构钢10号和20号无缝钢管20号钢含碳量比10号钢多一倍，强度高，屈服极限σs和强度极限σb高20%，时效敏感性低，多采用20号钢(2) 专用碳素钢A3g A3R 15g 20g，冲击韧性好，金属表面和内部缺陷少4. 普通低合金结构钢低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素构成的，它的含碳量较低，多数小于0.2%。其组织多数仍为F+P。由于少量合金元素的加入可以大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性能和低温性能。低合金钢可轧制成各种钢材，如板材，管材，棒材和型材等。它广泛用于制造远洋轮船、大跨度桥梁，高压锅炉，大型容器，汽车，矿山机械及农业机械等。大型化工容器材料采用16MnR，生量比碳钢可减轻1/3。用15MnV制造球形贮罐，与碳钢相比节省45%。焊接5. 低合金热强钢在原油加热，裂解，催化设备中，常用到许多能耐高温的钢材。如裂解炉管，要求承受650～800℃高温。20号钢在540℃下于氧化性气体中，因氧化强度只有50MPa。因为石墨化。常用的抗氧化钢——Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr17Ti,Cr25Ni2热强钢——12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni206. 不锈耐酸钢是不锈钢(耐大气)和耐酸钢(不锈)的总称，铬不锈钢——1Cr13多用作化工机器中受力大的耐蚀零件，如轴，活塞杆，阀件，螺栓，浮阀等0Cr13,Cr17Ti F组织，有良好塑性铬镍不锈钢——1Cr18Ni9 18-8不锈钢有较高的抗拉强度，较低屈服点，极好的塑性和韧性，焊接性能和冷弯成型性能好，用来制造贮罐，塔器，反应釜，应用最广。7. 低温用钢深冷分离，空分，液化气贮罐低温使用。低温钢平均含碳量0.08～0.18%，单相F组织，加入适量的Mn,Al,Ti,Nb,Cu,V,N等元素改善钢的综合机械性能。常用低温用钢1) 低合金低温用钢16MnDR -40℃ 机械性能优于一般低碳钢2) 镍钢2.25% -60℃3.5% -100℃9% -200℃3) 高锰奥氏体钢15Mn25Al4 其中Mn是形成A的基本元素，Al作为稳定A的元素。4) 铬镍奥氏体不锈钢18-8奥氏体不锈钢国外低温设备用钢，以高铬镍为主，其次用镍钢，铜，铝。
要写好建筑结构防火设计的重要性的论文注意以下几点:建筑防火技术在建筑设计的作用论文摘要：当前随着我国社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提升，对于建筑的要求也是越来越高，各种先进的技术被应用到民用建筑的施工中，其中民用建筑的防火技术是十分重要的。由于城市化的进程不断加快，城市建筑在布局设计上越来越密集，防火技术的设计也就显得十分重要。文章将从建筑防火技术在民用建筑设计中的应用方面进行分析，提出相应的措施。建筑防火技术在建筑设计的作用论文关键词：民用建筑；防火技术；应用；措施针对民用建筑的防火技术施工也是当前建筑工程建设中的重要内容，对于民用建筑中防火设施的建设，能够充分保证建筑和居民的安全，通过选择适宜的防火材料和房屋平面等的一些措施保障建筑的安全。当前城市化进程的不断加快，城市的建筑工程施工越来越多，民用建筑的密集和人口密度的加大，对于建筑施工的安全性也受到大众的关注。如果发生火灾，局势将是很难控制的，也会给居民的生命和财产安全造成很大的损害。因此，加大对民用建筑防火技术的施工是十分重要的，能够充分满足城市居民基本的生活需求。1民用建筑中发生火灾的特点城市中民用建筑占地面积比较大，而且人口相对密集，发生火灾，救援也会是一项比较复杂的工作。民用建筑中发生火灾的特点主要体现在：（1）人口的救援难度比较大。对于城市中的民用建筑发生火灾，救援工作难度相对比较大，当前城市中的人口密度比较大，建筑的高度也是越来越高，发生火灾，救援的人员也是相对比较多，而且由于楼层过高，一些安全疏散通道也不够。而且高层建筑中，逃生也是比较困难的，同时火势的蔓延会造成一种混乱的局面。（2）灭火难度比较大。对于高层的建筑，由于楼层过高，云梯的高度也是有限的，开展消防工作的难度也就相对比较大，在高层的救援过程中，水枪和水炮将不能发挥重要的作用，消防人员的人身安全和救援难度都会加大。（3）火势蔓延的速度较快。对于高层民用建筑中，如果没有做好相应的防火措施会使火势蔓延的速度加快，还有建筑材料的材质，如果材质不能达到标准，也会加重火势的蔓延。2建筑防火技术在民用建筑中存在的问题2.1建筑的材料不符合要求。对于民用建筑材料的使用，其防火性能是十分重要的，在建筑材料的装修过程中，很多的建筑材料不具备一定的防火性能，这也是引发火灾的一个重要因素。建筑装修所使用的材料燃点比较低，很容易造成火灾的发生，相应的火灾发生的频率也就比较高。而且，这些材料在燃烧时会产生大量的有害气体，对人的身体造成一定的伤害，也会使消防工作不能够有效开展和实施。2.2民用建筑的建筑布局和结构问题。对于民用建筑中的防火功能设计，对于建筑的布局和结构有着重要的作用，民用建筑的设计也是根据建筑的用途进行设计，包括居住、办公等功能。所以建筑的布局和结构设计也就有所不同，对于一些住宅或者是商业用途，防火设计工作是十分重要的，对于相关的设计人员需要根据建筑的实际用途做好设计。比如，一些大型的影院、商厦等场所还有人员的疏散和防火设施设备的安装，对于每一楼层的设计都需要根据实际的情况将防火区域隔离开。但是在当前很多的民用高层建筑中，一些防火措施还是没有做到位，导致发生火灾之后，火势的蔓延会加快，带来很大的损失。还有当前的一些大商场里，一些娱乐场所也是越来越多，孩子相对比较多，这就需要家长随时陪在孩子旁边，对于孩子游玩的区域，需要疏散相关的设施通道。2.3民用建筑中疏散通道设计问题。在民用建筑的疏散通道设计中，需要注重民用建筑防火疏散通道的设计，确保发生火灾时，相关人员能够及时撤离火灾现场。疏散通道的设计包括安全疏散出口和通道的宽度等，这些都是需要考虑的一些细节问题。当前社会经济和人们生活水平的不断提升，一些大型的商业建筑越来越多，人员越来越密集，而且商场中也有很多的易燃易爆物品，人员的流动性比较大，很容易造成火灾的发生。而且在一些封闭区域中，发生火灾之后，室内的一些有毒气体不能很快排出，会对人体造成很大的伤害。一些商场中疏散通道的设计在通道距离、出口的位置等方面存在不合理，导致发生火灾时，人员不容易逃出，在一些地下室，可以设置一些防火墙，避免浓烟的四处传播。3建筑防火技术的优化3.1选用优良的防火材料。对于当前民用建筑中，防火材料的使用应该是选用优良的材料，要始终按照有关部门对材料的规定对防火材料进行选择，材料选用要经过有关部门的鉴定之后才能应用，使用前做好对材料的检查工作。例如，当前大型民用建筑材料中使用到的防火材料有孔砖或者是钢筋混凝土，这些材料都属于防火材料，能够有效保证建筑物的安全和居民人身安全。还有通过对相关民用建筑发生火灾的一些原因分析，大多数的火灾发生都是起因于建筑装修材料的燃点比较高，可以得出建筑材料防火性能的重要性。有些商家在装修的过程中，只是注重个人的利益，采用一些质量不合格的材料进行施工，在很大程度上会引发火灾，注重选用防火功能比较强的材料，能够有效提升民用建筑的防火性能。3.2注重对建筑平面的改善。对建筑进行设计的过程中，通过优化建筑平面，也能够有效控制火灾的发生，需要充分掌握科学的原则，对于一些高层建筑区，消防车道设计应该是在建筑物的周边，以一种环形的方式进行设计。对于灭火救援场地和消防通道方面的设计，要开展符合消防救援活动的要求，对于建筑物之间的间距要合理设置，保证火灾发生时，能够有效控制火势的蔓延范围。3.3优化电气防火设计。在建筑物防火性能的设计中，需要做好对电气防火设备的安装，电气线路一般有铜芯和铝芯两种，在选择材料的过程中，要注重材料的质量和经济性原则，要能够充分满足电路的需求，对于城市中的高层建筑，需要选择铜芯的导线，能够承受比较高的负荷。4建筑防火技术在民用建筑设计中的应用4.1注重对民用建筑的结构和空间布局设计。在民用建筑的结构和空间布局设计中，主要是一些防火疏散通道的设计，包括通道的疏散距离、疏散宽度等。在实际的建筑设计过程中，需要相关的设计人员根据建筑的实际用途和应用情况做好规划设计，对于疏散通道的设置位置，都需要做好充分的把握。还有大型建筑的走廊上设置的疏散通道，设计人员需要充分考虑到安全出口的实际位置，对于地下室的防火口可以作为疏散出口，而且疏散出口应该至少有两个，公共建筑的外墙每层适当位置设计可供消防救援人员进入的窗口，而且面积不能过小，净高度和净宽度均不应小于1m，间距不宜大于20m且每个防火分区不应少于2个。还有防火区的设置，在当前的一些高层建筑设计中，防火区的设计也是十分重要的，高层建筑物合理设置防火区域，能够达到降低烟气毒害的效果，更好地保护人员安全疏散。4.2建筑材料在装饰中的`应用。对于民用建筑的装饰材料应用，需要注重材料的防火性能，建筑材料和建筑质量有着密切的关系，建筑的装饰需要选取优良的材料，能够具备一定的防火性能。在材料的选取过程中，也需要考虑到一定的经济成本。同时有些建筑材料如果质量不达标，在燃烧时，会产生大量的有毒气体或者是有害的化学物质，会加剧火势的蔓延，也会影响救援工作的有序开展和进行。因此，建筑材料的选取需要从各个方面考虑到材料的质量和防火性能，要注重从根源上预防火灾的发和蔓延。4.3注重建筑物疏散通道的设计。对于一些大型建筑，如商场或者是娱乐场所，由于人员流动性比较大，人员密集，在发生火灾时，需要为人员的疏散提供通道，保证人员安全，因此，建筑物疏散通道的设计是十分重要的。例如，大型商场中都有地下负一层，一般都是相对比较封闭的空间，在发生火灾时，会聚集大量的热量，导致热量和有害气体不能够及时排出，火灾发生的频率也就相对比较高。就需要提高防火设施的等级和耐火材料，为了保证疏散的方便和快速，可以设置地上疏散楼梯间，为了防止地下室的气体蔓延到地上部分，可以通过设置防火门或者是隔墙，能够将火灾区域分离开，火灾也就不会蔓延，进行单独地救援。这样也会保障救援工作的顺利进行，也能够有效控制救援范围的扩大。在民用建筑设计中，要根据建筑功能，以及单、多层还是高层，依据规范合理设置直通疏散走道的房间疏散门至最近安全出口的直线距离，保证建筑物的疏散走道宽度和疏散门的宽度满足要求。在实际的设计过程中，设计人员要充分注重这些细节性的问题。5结语综上所述，建筑物的防火功能对于整个建筑物的构建有着重要的作用，在当前的大型民用建筑中，要始终合理运用防火技术，注重提升民用建筑的防火功能。采取有效的防火措施，不断改进相应的防火技术。从民用建筑的各个方面进行设计和分析，注重考虑到每一个细节问题。能够有效保证居民建筑的安全性，保证城市居民的人身安全。
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引言 随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。 1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状 随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。 日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊钢的精炼率达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。 我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。 2 炉外精炼技术的特点与功能 炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: 1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。 2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。 3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。 4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。 3 炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:LF法、RH法、VOD法。 3.1 LF法(钢包精炼炉法) 它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。 3.1.1 工艺优点 1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃; 2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性; 3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。 3.1.2 LF法的生产工艺要点 1)加热与控温LF采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kW·h,LF升温速度决定于供电比功率(kVA/t),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%～15%,终点温度的精确度≤±5℃。 2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg/t,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,包渣碱度R≥3,以避免炉渣再氧化。吹氩搅拌时避免钢液裸露。 3)合金微调与窄成份范围控制。据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到87.9%,硼的回收率达64.3%,钢包喂碳线回收率高达90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。 3.1.3 LF法在生产实践中的应用 2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4℃,LF炉平均处理周期≤28min;处理效果:平均[H]≤0.0002%;最低[H]≤0.0001%。 我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LD→LF→VD→WF→CC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%～0.3%(wt),炉后增碳至0.60%～0.65%(wt),在LF炉处理时再增0.10%～0.15%(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。 3.2 RH法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。 3.2.1 RH法的优点 1)反应速度快。真空脱气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。 2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到[H]≤1.0×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超纯净钢。 3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。 3.2.2 RH法工艺参数 1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=0.002×Du1.5·G0.33,式中:Q———循环流量,t/min;Du———上升管直径,cm;G———上升管内氩气流量,L/min。 2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:μ=w·t/v式中:μ———循环因数,次;w———循环量,t/min;t———循环时间,min;v———钢包容量,t。 3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当[C]/[O]>0.66时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为: QO2=27.3×Q·[C]式中:QO2———氧气强度,Nm3/min;Q———钢水循环量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。 3.2.3 RH法在生产实践中的应用 日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到5.8×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。 宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置,RH-OB的冶炼效果较理想,脱氢率为50%～70%,脱氮率为20%～40%,一般情况下,经RH-OB处理后[H]≤2.5×10-6,[C]≤30×10-6,去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%,钢中总氧量≤25×10-6,而且在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能达到±0.01%,铝的精确度可达到1.5×10-3,取得了较好的炉外精炼效果。 3.3 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法) 3.3.1 VOD的特点VOD法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。 3.3.2 VOD法在生产实践中的应用 20世纪90年代初,上海大隆铸锻厂从德国莱宝(leybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法,精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢,取得了很好的冶金效果,钢中非金属夹杂物减少,氢含量小于3×10-6氧含量小于6.5×10-6,不锈钢中铬回收率达98%～99%,精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟,控制容易,适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要,对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用,具有广阔的发展前景10。 抚顺特殊钢有限公司有30tVOD炉,采用EAF+VOD技术精炼不锈钢,可使[H]≤2.58×10-6,T[O]≤41.9×10-6,铬回收率达到99.5%,脱硫率64.2%,精炼高碳铬轴承钢T[O]≤12.13×10-6 。 4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。 1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。 2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。 3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。 4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。 5 结束语 炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。
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