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窯爐用耐火保溫材料的非連續(xù)性毀損形式有哪些?
作者:admin  發(fā)布時(shí)間:2019-10-06 08:39:53  點(diǎn)擊率:696
耐火材料的非連續(xù)損毀主要分為熱剝落和結(jié)構(gòu)剝落兩大類型:前者是耐火材料經(jīng)受溫度變化(熱震)形成的巨大應(yīng)力(熱應(yīng)力)超過其強(qiáng)度所導(dǎo)致的不規(guī)則破壞;后者則是由于熔渣等侵蝕劑向耐火材料內(nèi)部氣孔中的浸透所導(dǎo)致的變質(zhì)和使用溫度變化的復(fù)合作用的結(jié)果。這兩種類型的破壞都是導(dǎo)致耐火材料不連續(xù)的、超前損毀,而限制其使用壽命的重要原因。
 
一般說來,材料的斷裂有兩個(gè)步驟:首先是裂紋的產(chǎn)生,然后是裂紋擴(kuò)展直到最后損壞。由于材料斷裂有兩個(gè)過程,可以設(shè)想任何一個(gè)都能控制總的破壞過程。
 
眾所周知,耐火材料對熱應(yīng)力以及熱震破壞的敏感性,是限制其使用壽命的主要原因之一。在許多高溫爐窯的應(yīng)用中,耐火材料能夠符合結(jié)構(gòu)體在使用溫度下的要求,但耐火結(jié)構(gòu)體的破壞卻往往在較低的溫度條件下,發(fā)生在加熱和冷卻的過程中,原因是溫度的變化或者溫度梯度都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致應(yīng)力的因素則是對物體自由膨脹的限制。在彈性范圍內(nèi),該應(yīng)力o與耐火材料的E模數(shù)以及彈性應(yīng)變e成正比,后者等于線膨脹系數(shù)a和溫度變化AT的乘積。
 
當(dāng)o超過材料強(qiáng)度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致其斷裂(裂紋產(chǎn)生)。像熱壓高級氧化物耐火制品、一些耐火陶瓷材料(如測溫套管等)、澆注成型-高溫?zé)傻哪突鸩考?、熔鑄耐火制品以及石英玻璃等一類脆性耐火材料,一旦裂紋已經(jīng)發(fā)生,應(yīng)力狀態(tài)就會(huì)使裂紋開始擴(kuò)展,沒有與塑性形變相比的大的能量吸收過程,因此就沒有限制作用應(yīng)力的機(jī)制,于是裂紋在均勻的應(yīng)力場中繼續(xù)擴(kuò)展,直到完全破壞。在這種情況下,裂紋的產(chǎn)生是材料破壞的關(guān)鍵階段。
 
簡單地說,就是受急冷試樣在溫度差小的時(shí)候,其物理特性的變化并不會(huì)很大(通過強(qiáng)度體現(xiàn)出來),一旦超過一定的溫度差之后,就會(huì)產(chǎn)生裂紋(裂紋成核),強(qiáng)度突然下降。當(dāng)其超過形成裂紋的溫度差極限時(shí),材料的性狀則取決于它對裂紋的抵抗性。
 
當(dāng)耐火材料經(jīng)受快速溫度變化(熱震)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生巨大的應(yīng)力。在這種情況下,抵抗其變?nèi)鹾蛿嗔训男阅軇t稱為熱持久性、抗熱應(yīng)力性和抗熱震性。熱應(yīng)力對不同類型的耐火材料的影響不僅決定于應(yīng)力水平、物體內(nèi)的應(yīng)力分布和應(yīng)力持續(xù)時(shí)間,而且也決定于材料特性,如延展性、均勻性、氣孔率以及先前存在的裂紋之類。因此,不可能用一個(gè)適合所有情況的單一的熱應(yīng)力抵抗因子。
 
對于熱壓高級氧化物耐火制品、一些耐火陶瓷材料、澆注成型-高溫?zé)傻哪突鸩考腿坭T耐火磚以及石英玻璃等材料來說,試驗(yàn)結(jié)果證明它們的抗熱震性與計(jì)算值是接近的。也就是說,當(dāng)熱應(yīng)力超過這些耐火材料斷裂強(qiáng)度時(shí),材料即會(huì)產(chǎn)生裂紋,這種裂紋一經(jīng)出現(xiàn),材料就會(huì)發(fā)生災(zāi)難性破壞。
 
由此看來,為了提高上述耐火材料的抗熱震性,主要的方法是要避免裂紋的產(chǎn)生。而對于避免因熱震產(chǎn)生斷裂,有利的材料特性應(yīng)包括高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率以及低的E模數(shù)和低的線膨脹系數(shù)。
 
對于多孔粒狀耐火材料來說,需要避免災(zāi)難性的裂紋擴(kuò)展,其抗熱震參數(shù)是在斷裂擴(kuò)展時(shí)用于裂紋擴(kuò)展的彈性能量最小的R"以及當(dāng)出現(xiàn)熱應(yīng)力破壞時(shí)裂紋擴(kuò)展距離最小的R""。R"和R""表明:使裂紋擴(kuò)展降低到最小程度的有利材料性能值是高的E模數(shù),高的表面能以及低的斷裂強(qiáng)度。這說明:如果斷裂確實(shí)發(fā)生了,那當(dāng)初為了避免斷裂產(chǎn)生所選擇的材料特性將會(huì)對裂紋擴(kuò)展所引起的斷裂破壞產(chǎn)生有害的結(jié)果。

對于耐火材料(例如耐火磚和耐火澆注料等不定形耐火材料)來說,由于它們是由粗顆粒、中顆粒和細(xì)粉組成的,而且顆粒分布范圍廣泛,因而是含有大量氣孔,并且在粗顆粒和結(jié)合相之間存在比較大的裂紋(龜裂)的一類材料。
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