由于周期性水泥熟料回转以及进出料，水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面，制备出含包覆结构骨料的方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为，以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明：通过改变尖晶石分布，形成包覆结构复合骨料，降低了氧化铝含量，尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比，采用尖晶石包覆骨料的方镁石-尖晶石耐火材料(Al2O3含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时，提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。

水合硅酸镁是炼钢连铸过程中间包用镁质浇注料的重要结合相，其含量多少决定着浇注料的强度大小。本工作以Na2SiO3·9H2O和MgCl2·6H2O为原料，采用水热法合成水合硅酸镁(MgO-SiO2-H2O，M-S-H)，研究了焙烧温度和焙烧次数对水合硅酸镁的“结构记忆”特性；随后将预合成M-S-H复合硅微粉制备镁质浇注料，研究其对镁质浇注料性能的影响。结果表明：当焙烧温度低于400 ℃时，水合硅酸镁具有“结构记忆”特性，焙烧次数增加有利于M-S-H凝胶中层间羟基的插入，促进其层状结构晶粒的长大和结构稳定性的提高；在镁质浇注料制备过程中引入一定量的预合成水合硅酸镁和少量的硅微粉，使浇注料具有很好的施工性能和足够的早期结合强度；同时减少了高温热处理后浇注料缺陷形成，提高了材料力学性能，为开发低硅微粉镁质浇注料提供支撑。

方镁石-铁铝尖晶石耐火材料在水泥回转窑烧成带取得良好使用效果，这与其高温下同水泥熟料之间的反应行为密不可分。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪与Factsage模拟等手段研究了镁砂和铁铝尖晶石颗粒以及方镁石-铁铝尖晶石砖高温下与水泥熟料的作用行为。结果表明：镁砂具有优异的抗水泥熟料侵蚀性能，铁铝尖晶石与水泥熟料高温反应生成大量高温液相，并逐渐被蚕蚀。对于方镁石-铁铝尖晶石砖，方镁石物相和铁铝尖晶石颗粒高温下抵抗水泥熟料侵蚀表现出协同作用。以方镁石为主晶相的基质与水泥物料反应生成高熔点物相，在晶界相内形成骨架结构，提高了晶界相的高温粘度，促进了水泥熟料与耐火材料的结合。同时，铁铝尖晶石与方镁石之间的离子交换促进了铁铝尖晶石颗粒与方镁石基质的结合，抑制了高温下与水泥物料反应时长石类低熔点相的产生，提高了铁铝尖晶石的高温稳定性，有利于该类耐火砖在烧成带使用时窑皮的稳定。

鳞片石墨的水润湿性掣肘了其在耐火浇注料中的应用，用碳化物对石墨改性是解决该问题的较佳方法。针对碳化物改性石墨制备过程中成本高、规模化困难，合成机制不清楚等问题入手，本工作采用改进的熔盐屏蔽技术，在空气中制备了核壳型SiC@石墨粉体，研究了坯体封装工艺对熔盐隔离法合成核壳结构SiC@石墨粉的物相组成及显微形貌的影响。结果表明：以Si粉和鳞片石墨粉为原料，用熔盐封装和无盐封装隔离法合成的核壳结构SiC@C粉体具有较好的水润湿性、分散性和抗氧化性。SiC@C粉体是基于熔盐法的“模板机制”生成，主要由Si经熔盐液相层扩散至SiC层表面，即Si外扩散过程控制。

坩埚耐火材料对钛合金熔炼的质量非常重要，为开发高性能新型坩埚材料，以工业Y2O3和Al2O3-MgO-CaO系粉末(AMC)为原料，制备出Y2O3-Al2O3-MgO-CaO系复合耐火材料，研究了烧结温度(1 500 ℃、1 600 ℃)和AMC含量(0、25%、50%、75%和100%，质量分数)对所制备耐火材料的物相组成、烧结性能(线收缩率、体积收缩率、显气孔率、体积密度)、常温耐压强度、抗热震性能和显微结构的影响。结果表明：相对于Y2O3和AMC材料，复合材料的性能均有所提高；提高烧结温度，其性能更佳；且随着AMC含量的提高，复合材料的线收缩率、体积收缩率、体积密度和常温耐压强度随之增大，显气孔率降低；当AMC的质量含量为75%时，1 500 ℃烧结3 h制得复合材料的综合性能最优，其显气孔率为4.37%，常温耐压强度为274.99 MPa，3次水冷热震后残余强度为161.60 MPa，残余强度保持率为58.78%。

随着氢冶金技术及氢基竖炉的发展与推广，对其关键部位用耐火材料提出更高要求，明晰耐火材料服役环境特点并进行针对性的性能设计尤为关键。利用Ansys软件对氢基竖炉还原段内部及壁面服役过程中的温度、压强以及气相浓度分布进行数值模拟研究，并利用FactSage软件计算传统耐火材料典型组分在服役状态下的热力学稳定性。结果表明，高温高压服役区域集中在进气口附近，H2O集中在炉顶及炉底区域。提高入炉气体温度对炉内温度场有一定影响，对压强场及气相组成基本无影响。传统耐火材料典型组分中Al2O3、ZrO2、镁铝尖晶石、六铝酸钙及TiO2的热力学稳定性较强，可作为炉壁耐火材料组分，AlN或TiC可作为添加剂提高相关性能，同时避免引入SiO2、MgO、CaO、Cr2O3、Fe2O3、SiC、Si3N4、B4C、BN杂质组分。本研究可为氢基竖炉用耐火材料服役环境仿真及材料组分选择提供理论基础和方法支持。

作为镁质耐火材料的重要原料，电熔镁砂在低密度高强钢精炼用CaO-Al2O3-SiO2系熔渣中的溶解是影响炉衬使用寿命及钢质量的重要因素。本工作采用高温激光共聚焦显微观测系统研究了1 600 ℃下镁砂在该熔渣中的溶解行为，探究了镁砂颗粒的形状、质量及熔渣CaO和SiO2质量分数比(即C/S)对其溶解行为的影响。结果表明：镁砂主要形状对其溶解速率影响较小；溶解速率随质量增大呈近线性下降，随C/S的增加而先降低后增加；镁砂颗粒的溶解曲线受质量影响更大，其溶解模型n值分别对应1/2、2/3、3/5，这为深入理解镁质耐火材料的渣蚀行为和提质优化提供指导。

为改善镁砂抗水化性能、抗热震性能及抗熔渣渗透性能，在轻烧氧化镁粉中添加1% (质量分数)、2%及3%的TiO2微粉制备镁质复合材料，研究了TiO2含量对材料烧结行为、显微结构及各性能的影响。结果表明：随TiO2添加量增加，游离CaO及部分MgO相继转化为CaTiO3及Mg2TiO4相，且MgO晶粒尺寸增大，样品抗水化性能显著提高。CaTiO3及Mg2TiO4晶间相的形成降低了样品的热膨胀系数，诱导裂纹发生偏转，因此，样品的抗热震性能也随TiO2增加逐步提高。此外，添加1%的TiO2样品，因MgO晶粒增大及高稳定性的CaTiO3晶间相形成，抗渣性能明显提高。然而，进一步增加TiO2，低稳定性的Mg2TiO4晶间相的生成显著降低了样品的抗渣渗透性能。

硅砖使用石灰土加铁鳞的组合矿化剂是早期国内生产条件限制下的无奈选择，随着生产条件的提升，探寻新型矿化剂以实现硅砖性能的进一步突破是切实可行且十分必要的。本工作分别以氮化硅铁和碳酸钙替代传统石灰乳加铁鳞的复合矿化剂制备硅砖。制备的新型硅砖性能良好，添加2% (质量分数)氮化硅铁和碳酸钙的硅砖中鳞石英含量分别达到62%和65%。结果表明：以氮化硅铁作为矿化剂的硅砖内，海胆结构氮化硅铁中柱状Si3N4相互交织构成的Si3N4网络，通过自身的氧化反应对其中心位置的Fe和Fe3Si起到了保护作用，于高温下实现了FeO-Fe2O3-SiO2三元系中更高的FeO/Fe2O3摩尔比，并同时降低了液相的生成温度。借由氮化硅铁中Fe、Fe3Si、Si3N4的还原性，FeO-Fe2O3-SiO2三元液相形成后，其中的FeO/Fe2O3摩尔比呈现波动变化，进而通过改变饱和液相中鳞石英溶解度，促进液相中石英的溶解-析晶作用。以碳酸钙作为硅砖的矿化剂时，砖内液相的生成温度提升至1 436 ℃，在此之前砖内发生的反应主要为碳酸钙的分解以及β-石英至α-石英至亚稳态α-方石英的转变。液相生成温度的提升并没有降低成品砖内的鳞石英含量，并且较添加铁质矿化剂硅砖其成品砖内玻璃相含量更少。

刚玉-Ti2O3共存物相是通过调整低钛铁的冶炼工艺得到的一种冶金副产品，其中Al2O3和Ti2O3两相独立存在，可以作为耐火材料原料使用。通过热重-差热结合热力学分析得知原料中的Ti2O3在700℃左右开始氧化反应，Al2O3和TiO2在1 263 ℃左右开始反应，将原料在不同温度空气气氛下保温3 h烧成，由XRD结合SEM结果可知在800 ℃左右Ti2O3完成氧化反应，在1 300 ℃受钛酸铝分解反应的影响，只有部分TiO2和Al2O3在刚玉交界处反应生成片状Al2TiO5。随着烧成温度升高至1 400℃和1 500 ℃，Al2O3和TiO2生成Al2TiO5的反应逐渐完成，在片状的基础上生成了典型的柱状的钛酸铝。