- 企業(yè)
- 供應(yīng)
- 求購(gòu)
- 資訊
耐火澆注料在使用前的烘烤為其生產(chǎn)過(guò)程中重要的一環(huán)，澆注料烘烤制度制定合理與否決定其坯體烘烤的好壞，進(jìn)而直接影響其使用性能、廠(chǎng)家的生產(chǎn)過(guò)程及經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的澆注料烘烤制度的制定通常簡(jiǎn)單強(qiáng)調(diào)控制兩個(gè)節(jié)點(diǎn)：100~150℃與250~350℃，即自由水的排除與結(jié)晶水的排除，但據(jù)此確立的烘烤制度在烘烤過(guò)程中時(shí)常發(fā)生澆注料坯體的剝落甚至爆裂。
澆注料爆裂主要為兩方面原因所致，一是烘烤時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的蒸氣壓力，二是因溫度梯度所引起的內(nèi)部熱應(yīng)力。
蒸氣壓力致爆裂
蒸氣壓力致爆裂的機(jī)理主要是耐火制品中自由水、結(jié)合水等在烘烤過(guò)程中蒸發(fā)，在坯體內(nèi)部產(chǎn)生帶壓氣體，如制品透氣性差，或加熱速率過(guò)快，產(chǎn)生的蒸氣無(wú)法及時(shí)排除而聚集形成的壓力超過(guò)制品的極限強(qiáng)度時(shí)，將導(dǎo)致耐火制品機(jī)械性破壞，甚至粉碎性炸裂。
耐火材料烘烤時(shí)其內(nèi)部蒸氣壓力的形成不能簡(jiǎn)單用水和蒸汽的溫度-壓力關(guān)系來(lái)說(shuō)明(如圖1)，綜合文獻(xiàn)記錄可知原因如下：
(1) 耐火澆注料內(nèi)部蒸氣壓力升高機(jī)制：烘烤過(guò)程中的耐火澆注料內(nèi)部存在飽和水蒸汽阻隔墻效應(yīng)，受飽和層的阻隔，水蒸氣不能快速向內(nèi)遷移，只得進(jìn)人加熱層，被進(jìn)一步加熱升溫，體積急劇增加至上千倍，從而在澆注料內(nèi)部形成很高的蒸氣壓力;
(2) 蒸氣壓力爆裂機(jī)理的影響因素：主要有形成的水蒸氣壓力大小、水(氣)排除的方式、坯體強(qiáng)度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及透氣度。
熱應(yīng)力致爆裂
澆注料烘烤過(guò)程中內(nèi)部熱應(yīng)力的作用機(jī)理可理解為制品在烘烤時(shí)內(nèi)部顆粒周?chē)a(chǎn)生兩向或三向熱應(yīng)力，由于澆注料本身為一復(fù)雜非均質(zhì)系統(tǒng)，熱應(yīng)力隨著溫度梯度的升高而升高，進(jìn)而在顆?；蚱渲?chē)∪跆幮纬晌⑿〉芰枯^高的裂縫，當(dāng)達(dá)到某一值時(shí)，或與孔蒸氣壓力等其它因素結(jié)合在一起，形成比制品自身抗拉強(qiáng)度更高的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致破壞的發(fā)生。熱應(yīng)力致爆裂理論的試驗(yàn)研究目前還存在較大困難，主要通過(guò)有限元數(shù)值仿真技術(shù)研究分析定型耐火制品高溫下的溫度場(chǎng)與熱應(yīng)力分布。通過(guò)仿真分析研究了耐火材料抗熱沖擊性時(shí)的熱應(yīng)力作用方式，建立了熱應(yīng)力場(chǎng)，找到了通過(guò)線(xiàn)性應(yīng)力分析評(píng)價(jià)材料抗熱震性的方法。使用測(cè)量耐火材料的溫度梯度進(jìn)行有限元分析計(jì)算出熱應(yīng)力，提出通過(guò)降低升溫速率可有效防止材料剝落與斷裂。對(duì)陶瓷耐火材料熱殘余應(yīng)力進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明，材料的裂紋是從結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域開(kāi)始的，在熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力的綜合作用下可實(shí)現(xiàn)完全開(kāi)裂。
澆注料烘烤曲線(xiàn)及制度的制定
通過(guò)對(duì)澆注料烘烤時(shí)內(nèi)部蒸氣壓力與熱應(yīng)力致爆裂機(jī)理的研究可更好的厘清澆注料烘烤損壞的原因，并有效指導(dǎo)澆注料抗爆裂性的改善。
結(jié)合澆注料烘烤致爆裂的機(jī)理與生產(chǎn)實(shí)際環(huán)境可制定其科學(xué)合理的烘烤制度，有效避免澆注料開(kāi)裂，剝落或者爆裂的發(fā)生，提高產(chǎn)品性能，增加企業(yè)效益。對(duì)澆注料烘烤制度的制定還需根據(jù)其損壞的原因，合理分析烘烤過(guò)程中澆注料物性變化，嚴(yán)格制定其烘烤制度。
研究人員在對(duì)致密耐火澆注料快速烘烤的爆裂研究中得到尺寸為350mm×350mm×250mm試樣單面受熱時(shí)距離受熱面100mm處，在286℃時(shí)產(chǎn)生最大蒸氣壓5.88MPa。而對(duì)100mm×100mm×100mm試樣內(nèi)部應(yīng)力-應(yīng)變的測(cè)試研究表明當(dāng)表面溫度達(dá)到100℃時(shí)內(nèi)部應(yīng)力也已大于5MPa，此時(shí)已產(chǎn)生較大內(nèi)部應(yīng)變量，隨著溫度的升髙應(yīng)變量累積可形成澆注料內(nèi)部微小裂紋。研究結(jié)果表明澆注料表面溫度在100~160℃、200~250℃及350~400℃三個(gè)溫度區(qū)間為澆注料烘烤爆裂危險(xiǎn)區(qū)間。
圖2為100mm×100mm×100mm剛玉質(zhì)澆注料試樣內(nèi)部蒸氣壓力-溫度測(cè)試結(jié)果。從圖中可以看出蒸氣壓力曲線(xiàn)都呈單陡峰形。當(dāng)溫度低于300℃時(shí)，澆注料內(nèi)部蒸氣壓力增長(zhǎng)緩慢，內(nèi)部壓力較小，對(duì)應(yīng)內(nèi)部溫度平穩(wěn)增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)速率逐漸變大。當(dāng)溫度高于300℃后，隨著溫度的升高，澆注料內(nèi)部蒸氣壓力迅速增長(zhǎng)至最大值，此時(shí)對(duì)應(yīng)壓力測(cè)試點(diǎn)的內(nèi)部溫度則增長(zhǎng)速度放緩，甚至趨于平穩(wěn)或有所下降，出現(xiàn)明顯的吸熱現(xiàn)象，當(dāng)蒸氣壓力接近最大值時(shí)內(nèi)部溫度又迅速增大。當(dāng)蒸氣壓力到達(dá)最大值后出現(xiàn)突然釋放現(xiàn)象，壓力在短時(shí)間內(nèi)(3~5min)降至1MPa以下，而此時(shí)澆注料內(nèi)部溫度迅速攀升，燒注料內(nèi)外溫差迅速減小。當(dāng)蒸氣壓力值降至<0.5MPa后，壓力曲線(xiàn)逐漸趨于平穩(wěn)，緩慢下降。
評(píng)論區(qū)
