冷捣糊的膨胀/收缩率对矿热炉炉衬寿命的影响（上）
发布日期： 2019-11-18 14:25:24 阅读量（366） 作者：张红摘要：本文介绍了冷捣糊膨胀/收缩的定义和检测庐江分析了冷捣糊在不同砌炉方式中热应力京华，对炉底的热膨胀/收缩量进行了计算，提出了膨胀/收缩率的大小对炉衬寿命的影响。
前言
冷捣糊是长期在高温下使用的材料，而其本身处于热力学非平衡状态，随着温度的升高冷捣糊中的黏结剂结焦会有一些物理化学反应发生，这些反应带来一定的体积变化，这种变化可能会危害矿热炉炉衬的稳定性与寿命，如果在使用过程中产生较大的收缩则可能使炉衬产生裂纹，导致穿炉事故的发生;相反如果产生较大的膨胀则可能在炉衬中造成较大的应力而导致炉衬耐火材料的破坏。所以需要一个评价冷捣糊在使用过程中因焙烧结焦导
致的体积变化的性能指标膨胀/收缩率，对冷捣糊膨胀/收缩过程的研究对矿热炉炉衬寿命有较大的意义。
1、冷捣糊膨胀/收缩的定量描述
单位温度改变下长度的增加量与原长度的比值，这就是线膨胀系数。
热膨胀系数有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。
对于三维的具有各向异性的物质，有线膨胀系数和体膨胀系数之分。冷捣糊捣打后具有各向异性。
矿热炉的结构特点并不怕冷捣糊的向上膨胀/收缩，上部炉料的压力并不足以引起冷捣糊膨胀/收缩而行成的应力聚积，矿热炉炉衬是个环形，四周的结构相同，所以研究冷捣糊的线膨胀/收缩系数就足可以知道对炉衬有多大的影响了。
2、冷捣糊线膨胀/收缩性的测定
线膨胀系数的常用测量方法有顶杆式间接法和望远镜直读法，而所有的检测方法都是在样品体积不受限的自由空间进行的。膨胀系数对非塑性固体是有意义的，但是冷捣糊受外层炭砖、耐火砖和炉壳限制的情况下，在没有结焦定型前是没有意义的，无法通过膨胀系数来计算实际膨胀量，而只能
根据线膨胀系数推断冷捣糊膨胀所产生的应力大小。所以技术人员关心的并非是冷捣糊在某一温度下的膨胀/收缩系数，而是膨胀/收缩在焙烧温度区间的变化情况。
冷捣糊随着温度的升高会发生复杂的热解和聚合反应，而线膨胀系数随着温度的变化而变化，不是一个定值，实践中为了方便，一般取的是一定温度段内的平均膨胀/收缩率。
公式(4)中，ΔL(T)—每个点的热膨胀率;Lt—温度t℃时样品的长度;L0—初始时样品的长度。
YS/T63.21-2007铝用炭素材料检测方法第21部分:阴极糊焙烧膨胀/收缩性的测定给出了冷捣糊膨胀/收缩的测定方法。
将捣固的试样放在加热炉内以3℃/min升温速率从室温加热至950℃，在950℃下恒温3h，测量升温期间阴极糊捣固试样高度的变化，计算从冷捣糊非塑性结焦温度起至950℃止(包括整个恒温期)冷捣糊的膨胀/收缩率。
3、冷捣糊烧结过程的膨胀/收缩率曲线图
图1是一张典型的冷捣糊烧结过程膨胀/收缩率曲线图，为自由立式样，升温速度为3℃/min，最高温度为950℃，保温时间为3h。冷捣糊会因生产原料的不同膨胀/收缩率曲线也会不同，但所有冷捣糊都会经历一个膨胀→收缩→二次膨胀→二次收缩→第三次膨胀的过程，这是因为冷捣糊黏结剂在焙烧过程中经历热解缩聚过程的必然结果。
图1中△LA是指糊料结焦期的最大膨胀率，在△LA前糊料经历了一次较大的膨胀→收缩→再膨胀，此时糊料由塑性变成非塑性，在此点前，糊料是软的有塑性，因此矿热炉炉衬中糊料在结焦前可以通过变形来缓冲炭块的膨胀力，自身不会受到损坏，传递的膨胀力很小，不足以破坏炭糊料外面的炉衬耐火砖层及炉壳。
△LA点后，糊料因黏结剂开始焦化而收缩，同时失去塑性。此时相当于矿热炉烘炉低负荷阶段。
△LB点是指950℃时的膨胀率，相当于矿热炉烘炉结束后。
△LC点是指950℃恒温3h后的膨胀率，相当于矿热炉生产一年内逐步稳定阶段。
矿热炉电炉炭砖的实际使用温度约在1200～1500℃之间，950℃△LC点后还没有达到这一温度，继续升温冷捣糊已烧结完成，此时冷捣糊烧结块和电炉炭块是同步膨胀的，相当于矿热炉正常达产阶段。（未完待续）
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