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窑炉用耐火保温材料的非连续性毁损形式有哪些?
作者:admin  发布时间:2019-10-06 08:39:53  点击率:562
耐火材料的非连续损毁主要分为热剥落和结构剥落两大类型:前者是耐火材料经受温度变化(热震)形成的巨大应力(热应力)超过其强度所导致的不规则破坏;后者则是由于熔渣等侵蚀剂向耐火材料内部气孔中的浸透所导致的变质和使用温度变化的复合作用的结果。这两种类型的破坏都是导致耐火材料不连续的、超前损毁,而限制其使用寿命的重要原因。
 
一般说来,材料的断裂有两个步骤:首先是裂纹的产生,然后是裂纹扩展直到最后损坏。由于材料断裂有两个过程,可以设想任何一个都能控制总的破坏过程。
 
众所周知,耐火材料对热应力以及热震破坏的敏感性,是限制其使用寿命的主要原因之一。在许多高温炉窑的应用中,耐火材料能够符合结构体在使用温度下的要求,但耐火结构体的破坏却往往在较低的温度条件下,发生在加热和冷却的过程中,原因是温度的变化或者温度梯度都会产生应力,导致应力的因素则是对物体自由膨胀的限制。在弹性范围内,该应力o与耐火材料的E模数以及弹性应变e成正比,后者等于线膨胀系数a和温度变化AT的乘积。
 
当o超过材料强度时就会导致其断裂(裂纹产生)。像热压高级氧化物耐火制品、一些耐火陶瓷材料(如测温套管等)、浇注成型-高温烧成的耐火部件、熔铸耐火制品以及石英玻璃等一类脆性耐火材料,一旦裂纹已经发生,应力状态就会使裂纹开始扩展,没有与塑性形变相比的大的能量吸收过程,因此就没有限制作用应力的机制,于是裂纹在均匀的应力场中继续扩展,直到完全破坏。在这种情况下,裂纹的产生是材料破坏的关键阶段。
 
简单地说,就是受急冷试样在温度差小的时候,其物理特性的变化并不会很大(通过强度体现出来),一旦超过一定的温度差之后,就会产生裂纹(裂纹成核),强度突然下降。当其超过形成裂纹的温度差极限时,材料的性状则取决于它对裂纹的抵抗性。
 
当耐火材料经受快速温度变化(热震)时就会产生巨大的应力。在这种情况下,抵抗其变弱和断裂的性能则称为热持久性、抗热应力性和抗热震性。热应力对不同类型的耐火材料的影响不仅决定于应力水平、物体内的应力分布和应力持续时间,而且也决定于材料特性,如延展性、均匀性、气孔率以及先前存在的裂纹之类。因此,不可能用一个适合所有情况的单一的热应力抵抗因子。
 
对于热压高级氧化物耐火制品、一些耐火陶瓷材料、浇注成型-高温烧成的耐火部件和熔铸耐火砖以及石英玻璃等材料来说,试验结果证明它们的抗热震性与计算值是接近的。也就是说,当热应力超过这些耐火材料断裂强度时,材料即会产生裂纹,这种裂纹一经出现,材料就会发生灾难性破坏。
 
由此看来,为了提高上述耐火材料的抗热震性,主要的方法是要避免裂纹的产生。而对于避免因热震产生断裂,有利的材料特性应包括高强度、高热导率以及低的E模数和低的线膨胀系数。
 
对于多孔粒状耐火材料来说,需要避免灾难性的裂纹扩展,其抗热震参数是在断裂扩展时用于裂纹扩展的弹性能量最小的R"以及当出现热应力破坏时裂纹扩展距离最小的R""。R"和R""表明:使裂纹扩展降低到最小程度的有利材料性能值是高的E模数,高的表面能以及低的断裂强度。这说明:如果断裂确实发生了,那当初为了避免断裂产生所选择的材料特性将会对裂纹扩展所引起的断裂破坏产生有害的结果。

对于耐火材料(例如耐火砖和耐火浇注料等不定形耐火材料)来说,由于它们是由粗颗粒、中颗粒和细粉组成的,而且颗粒分布范围广泛,因而是含有大量气孔,并且在粗颗粒和结合相之间存在比较大的裂纹(龟裂)的一类材料。
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