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如何提高剛玉磚的熱震性能?

時間:2021-02-24 15:57 來源:耐火磚廠家點擊:

剛玉磚的特點是:熱震穩定性與其組織結構有關,致密制品的耐侵蝕性能良好,但熱震穩定性較差。如何提高熱震性能,下面請看詳細介紹。
 
 
耐火材料的抗熱震性能提高方法
耐火材料抵抗溫度突然變化而不損壞的能力稱為熱沖擊穩定性。熱沖擊一方面導致材料強度的衰減,另一方面誘發裂紋的產生和擴展,加速材料的剝落和熔體對材料的侵蝕,這是耐火材料損壞的主要原因之一。耐火材料的抗熱震性與其機械和熱性能有關,并受熱震條件、熱應力大小和分布、樣品幾何形狀和材料結構的影響。熱震穩定性是評價耐火材料高溫使用性能的重要指標:一般來說,熱震穩定性越高,使用性能越好。
 
陶瓷材料的抗熱震性一般可分為兩類:一類是瞬時斷裂,另一類是抗熱震斷裂。根據熱彈性理論,當熱沖擊溫差引起的熱應力超過材料的固有強度時,會導致材料瞬時斷裂??焖倮鋮s材料表面的更大熱應力為:
σmax=/EαδT/(1-μ)
其中e是材料的彈性模量。是熱膨脹系數,tδ是熱震溫差,μ是泊松系數。此時,導致臨界熱應力maxσ的臨界溫差ctδ就是臨界溫差。
(1)耐火制品的適當孔隙率。
耐火材料表面的裂紋不會立即引起斷裂,但嚴重的是內部熱應力引起的熱剝落和斷裂。當孔隙率適當增加時,在熱沖擊作用下,產品中裂紋的長度變短,數量增加,裂紋相互交叉形成網絡的程度增加。因此,產品斷裂所需的斷裂能增加,可以有效提高產品的熱震穩定性。有人認為,為了提高材料的熱震穩定性,耐火制品的更佳孔隙率應控制在13~20%。
(2)控制原料粒度分布,選擇低膨脹、高導熱的原料。
為了獲得更高的裂紋密度和裂紋網絡度,需要減小臨界粒徑和控制粒徑分布。如果MgO-Cr2O3磚中>1mm顆粒的含量控制在3~8wt%,在1100℃水冷25次,產品不會剝落。當然,在設計耐火原料的顆粒配比時,要考慮抗震穩定性等力學性能。采用低熱膨脹系數的耐火材料,如熔融應時、鈦酸鋁、堇青石和莫來石,以及高導熱材料,如碳化硅、氮化硅、石墨、氮化硼和賽隆,是提高耐火材料抗熱震性的有力技術措施。
(3)增加微裂紋,形成網絡結構。
利用耐火制品顆粒與基體之間不一致的熱膨脹系數和相變的體積效應,在制品中產生微裂紋,對抵抗制品的災難性損傷(熱剝落或斷裂)有顯著作用。在剛玉質耐火制品中加入6~9wt%的氧化鋯,將氣孔數量控制在14%左右,可以顯著提高剛玉磚的抗熱震性。紅柱石、硅線石和藍晶石是提高耐火制品熱震穩定性的添加劑,這三種原料經常作為成分一起使用在基體中。干熄焦用致密粘土磚中加入少量硅線石精礦粉和莫來石砂,產品的熱震穩定性從3~5倍提高到10~15倍。窯具產品加入石三的效果也很明顯。
(4)添加纖維或晶須增強增韌耐火材料。
纖維(或晶須)在耐火材料中具有突出的拔出和橋接效應,可以在不犧牲一定強度或更低強度的情況下,大大提高耐火材料的斷裂韌性。纖維(或晶須)對耐火材料的增強增韌機理主要有:纖維拔出增韌、纖維橋聯增韌和裂紋偏轉增韌。纖維拔出效應是指裂紋擴展時,纖維或晶須在外載荷作用下被拔出基體的現象。由于界面處的摩擦消耗能量,拔出纖維或晶須可以削弱裂紋擴展的動力,起到增韌作用。架橋是指纖維和晶須在基體裂紋源處承受外載荷,在裂紋面之間架橋,對基體產生閉合應力,從而削弱應力場強度因子,達到增韌的目的。裂紋的偏韌化是指裂紋尖端遇到纖維或晶須時,偏離原來的擴展方向,增加了斷裂面,導致耐火材料韌性的提高。在耐火材料工業中,用于增強增韌的纖維或晶須包括普通硅酸鋁纖維、莫來石和鋯莫來石纖維、Al2O3纖維、耐熱合金鋼纖維、碳化硅晶須、氮化硅晶須等。
 
如何提高剛玉磚的熱震穩定性?
耐火材料的抗熱震性問題非常復雜,至今尚未建立完善的理論。因此,任何提高耐火材料抗熱震性的措施和方法都必須結合實際經驗。
根據微孔和分散氧化鋯能提高耐火材料熱震穩定性的特點,將分散氧化鋯加入到含有一定數量微孔的剛玉耐火材料中,將氧化鋯的增韌作用應用到剛玉耐火材料熱震穩定性的設計中。實驗結果表明,當氣孔數量控制在14%左右,氧化鋯加入量達到6~9wt%時,剛玉質耐火材料的熱震穩定性能得到有效提高。在1100℃和水冷條件下,經過10次熱震試驗,抗壓強度保持不變,剩余抗折強度為45%
 
提高剛玉澆注料抗熱震性的方法是什么?
為了提高剛玉澆注料的抗熱震性,很多人對抗熱震性的認知和影響因素不太了解??篃嵴鹦允侵改突鸩牧系挚箍焖贉囟茸兓鸬膿p壞的能力。又稱抗熱震穩定性、抗熱震性、抗溫度突變性、抗急冷急熱性等。一般主要試驗方法依據國家標準:鋼鐵冶金標準YB/T376.1—1995、耐火制品熱膨脹試驗方法(水淬法)、鋼鐵冶金標準YB/T376.2—1995、耐火制品熱震試驗方法(空氣淬法)、鋼鐵冶金標準YB/T376.3—2004、耐火制品熱震試驗方法(水淬裂紋判斷法)T2206.1—1998耐火澆注料抗熱震性試驗方法(壓縮空氣流在抗熱震性不足的大范圍溫度波動下使用時,容易在鑄造內襯內外產生較大的熱震應力,導致開裂、裂紋擴大、剝落,直接影響其使用壽命。
 
澆注料的力學性能和熱學性能,如強度、斷裂能、彈性模量、線膨脹系數和導熱系數是影響其抗熱震性的主要因素。一般來說,耐火材料的線膨脹系數越小,抗熱震性越好;導熱系數(或熱擴散系數)越高,抗熱震性越好。此外,耐火材料的顆粒組成、密度、孔徑、孔分布和產品形狀對其抗熱震性也有影響。材料中存在一定數量的微裂紋和氣孔,有利于其抗熱震性;產品尺寸大,結構復雜,會導致溫度分布嚴重不均勻,地震應力集中,降低抗熱震性。
隨著耐火澆注料品種和工藝的改進,提高澆注料抗熱震性的方法有很多,其中常用的有三種方法:①加入莫來石細粉,形成高溫下結構穩定、蠕變速率低、抗熱震性優異的莫來石晶相,從而提高抗熱震性。當然,加入量合適,對剛玉澆注料的耐高溫、耐磨性能降低太多,對抗熱震性能提高太少。②使用低線膨脹系數、低導熱系數的原材料,在不影響其使用性能的情況下,添加低線膨脹系數、高導熱系數的外加劑。③在滿足生產需求的情況下,盡量減小襯板尺寸,避免結構復雜化。
 
高抗熱震剛玉透氣座磚介紹
高熱震穩定性剛玉透氣座磚由混合剛玉、含鎂材料、粘結劑、氧化鉻、減水劑和防爆劑組成。泥漿通過配料和混合制成;將泥漿放入模具中,振動、壓實、脫模、干燥,得到透氣座磚坯料;將透氣座磚磚坯加熱烘烤;得到抗熱震剛玉透氣座磚。本配比合理,生產簡單。制備的透氣座磚具有良好的高溫強度和抗熱震性,可有效延長透氣座磚的使用壽命,增加透氣磚的使用安全性,減少透氣磚的更換次數,降低企業生產成本,提高鋼鐵冶金的生產效率??梢蕴娲F有的透氣座磚,適合工業化生產。
 
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