窯爐用耐火保溫材料的非連續性毀損形式有哪些?
作者:admin 發布時間:2019-10-06 08:39:53 點擊率:709
耐火材料的非連續損毀主要分為熱剝落和結構剝落兩大類型:前者是耐火材料經受溫度變化(熱震)形成的巨大應力(熱應力)超過其強度所導致的不規則破壞;后者則是由于熔渣等侵蝕劑向耐火材料內部氣孔中的浸透所導致的變質和使用溫度變化的復合作用的結果。這兩種類型的破壞都是導致耐火材料不連續的、超前損毀,而限制其使用壽命的重要原因。
一般說來,材料的斷裂有兩個步驟:首先是裂紋的產生,然后是裂紋擴展直到最后損壞。由于材料斷裂有兩個過程,可以設想任何一個都能控制總的破壞過程。
眾所周知,耐火材料對熱應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用中,耐火材料能夠符合結構體在使用溫度下的要求,但耐火結構體的破壞卻往往在較低的溫度條件下,發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產生應力,導致應力的因素則是對物體自由膨脹的限制。在彈性范圍內,該應力o與耐火材料的E模數以及彈性應變e成正比,后者等于線膨脹系數a和溫度變化AT的乘積。
當o超過材料強度時就會導致其斷裂(裂紋產生)。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-高溫燒成的耐火部件、熔鑄耐火制品以及石英玻璃等一類脆性耐火材料,一旦裂紋已經發生,應力狀態就會使裂紋開始擴展,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力的機制,于是裂紋在均勻的應力場中繼續擴展,直到完全破壞。在這種情況下,裂紋的產生是材料破壞的關鍵階段。
簡單地說,就是受急冷試樣在溫度差小的時候,其物理特性的變化并不會很大(通過強度體現出來),一旦超過一定的溫度差之后,就會產生裂紋(裂紋成核),強度突然下降。當其超過形成裂紋的溫度差極限時,材料的性狀則取決于它對裂紋的抵抗性。
當耐火材料經受快速溫度變化(熱震)時就會產生巨大的應力。在這種情況下,抵抗其變弱和斷裂的性能則稱為熱持久性、抗熱應力性和抗熱震性。熱應力對不同類型的耐火材料的影響不僅決定于應力水平、物體內的應力分布和應力持續時間,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,不可能用一個適合所有情況的單一的熱應力抵抗因子。
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-高溫燒成的耐火部件和熔鑄耐火磚以及石英玻璃等材料來說,試驗結果證明它們的抗熱震性與計算值是接近的。也就是說,當熱應力超過這些耐火材料斷裂強度時,材料即會產生裂紋,這種裂紋一經出現,材料就會發生災難性破壞。
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生。而對于避免因熱震產生斷裂,有利的材料特性應包括高強度、高熱導率以及低的E模數和低的線膨脹系數。
對于多孔粒狀耐火材料來說,需要避免災難性的裂紋擴展,其抗熱震參數是在斷裂擴展時用于裂紋擴展的彈性能量最小的R"以及當出現熱應力破壞時裂紋擴展距離最小的R""。R"和R""表明:使裂紋擴展降低到最小程度的有利材料性能值是高的E模數,高的表面能以及低的斷裂強度。這說明:如果斷裂確實發生了,那當初為了避免斷裂產生所選擇的材料特性將會對裂紋擴展所引起的斷裂破壞產生有害的結果。
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,并且在粗顆粒和結合相之間存在比較大的裂紋(龜裂)的一類材料。
一般說來,材料的斷裂有兩個步驟:首先是裂紋的產生,然后是裂紋擴展直到最后損壞。由于材料斷裂有兩個過程,可以設想任何一個都能控制總的破壞過程。
眾所周知,耐火材料對熱應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用中,耐火材料能夠符合結構體在使用溫度下的要求,但耐火結構體的破壞卻往往在較低的溫度條件下,發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產生應力,導致應力的因素則是對物體自由膨脹的限制。在彈性范圍內,該應力o與耐火材料的E模數以及彈性應變e成正比,后者等于線膨脹系數a和溫度變化AT的乘積。
當o超過材料強度時就會導致其斷裂(裂紋產生)。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-高溫燒成的耐火部件、熔鑄耐火制品以及石英玻璃等一類脆性耐火材料,一旦裂紋已經發生,應力狀態就會使裂紋開始擴展,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力的機制,于是裂紋在均勻的應力場中繼續擴展,直到完全破壞。在這種情況下,裂紋的產生是材料破壞的關鍵階段。
簡單地說,就是受急冷試樣在溫度差小的時候,其物理特性的變化并不會很大(通過強度體現出來),一旦超過一定的溫度差之后,就會產生裂紋(裂紋成核),強度突然下降。當其超過形成裂紋的溫度差極限時,材料的性狀則取決于它對裂紋的抵抗性。
當耐火材料經受快速溫度變化(熱震)時就會產生巨大的應力。在這種情況下,抵抗其變弱和斷裂的性能則稱為熱持久性、抗熱應力性和抗熱震性。熱應力對不同類型的耐火材料的影響不僅決定于應力水平、物體內的應力分布和應力持續時間,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,不可能用一個適合所有情況的單一的熱應力抵抗因子。
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-高溫燒成的耐火部件和熔鑄耐火磚以及石英玻璃等材料來說,試驗結果證明它們的抗熱震性與計算值是接近的。也就是說,當熱應力超過這些耐火材料斷裂強度時,材料即會產生裂紋,這種裂紋一經出現,材料就會發生災難性破壞。
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生。而對于避免因熱震產生斷裂,有利的材料特性應包括高強度、高熱導率以及低的E模數和低的線膨脹系數。
對于多孔粒狀耐火材料來說,需要避免災難性的裂紋擴展,其抗熱震參數是在斷裂擴展時用于裂紋擴展的彈性能量最小的R"以及當出現熱應力破壞時裂紋擴展距離最小的R""。R"和R""表明:使裂紋擴展降低到最小程度的有利材料性能值是高的E模數,高的表面能以及低的斷裂強度。這說明:如果斷裂確實發生了,那當初為了避免斷裂產生所選擇的材料特性將會對裂紋擴展所引起的斷裂破壞產生有害的結果。
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,并且在粗顆粒和結合相之間存在比較大的裂紋(龜裂)的一類材料。