功能耐火材料低热应力化设计-找耐火材料网

功能耐火材料低热应力化设计

发布日期： 2018-06-27 08:47:49 阅读量（394）作者：

采用数值模拟分析高温服役环境下不同复合材料在经受钢液热冲击时的温度场和应力场响应等,发现不同气孔率与微结构、不同热导率与热膨胀系数的耐火材料以不同形式多层复合, 其温度场随时间响应不同, 相应的造成热应力在材料中分布的差异。基于材料服役微环境的不同对其进行功能分区, 通过不同材料的设计可显著优化通钢瞬间其内部的温度场分布, 大幅度降低最大热应力; 同时多层复合改变了应力应变关系及应力在材料中的分布, 从而提高材料的抗热震性能。

采用 Al2O3-C 复合材料制备的长水口, 服役时瞬间经受从室温到 1650℃以上钢液的强烈热冲击,产生的热应力易造成水口断裂。基于功能分区, 设计了碳含量不同的梯度多层复合材料(如图1所示):与钢液接触的内层材料采用 3~5 mm 厚的高气孔率(23%)、低热导率的低碳(w(C)=1%~3%)材料, 不仅可减少钢液的增碳, 而且使通钢瞬间产生的最大温度梯度发生于该层材料, 该层的高气孔率多孔结构可缓释应力集中, 从而大幅降低受热冲击时最大热应力(见图2); 在受高温钢液冲蚀或熔渣侵蚀严重的部位, 采用气孔率为 13%、显微结构优化的含碳(w(C)=6%~24%)材料, 材料蚀损速率下降 30%以上;本体采用气孔率为 15%的高碳(w(C)=26%~32%)材料, 赋予材料足够强度保证长水口的结构功能。梯度多层复合设计实现了材料抗热震性与抗侵蚀性及功能性的协同提升。

长水口功能分区示意图