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高炉热风炉用低蠕变耐火材料的开发
优质期刊推荐浅析低蠕变耐火砖对耐火材料高温性能的影响
11:14:58 本文行家：
&&&&&& 的性质，由其显微结构所决定，材料的性质是显微结构的表观反映。Al2O3-SiO2有良好的抗蠕变性，是由材料显微结构(即材料中晶相和玻璃相的相对含量，晶相间及晶相与玻璃相的分布状态)所决定。 　　低蠕变砖的类型　　据显微结构特点，将低蠕变耐火砖划分以下3个基本类型：　　1.代号M莫来石型　　耐材骨料部分(含粗颗粒与细颗粒)全部为莫来石组成。莫来石晶体为长柱状、针状，它构成特殊的相互交错的架状结构，其间隙由莫来石来填充；基质分布着细小的原位生成的一次莫来石和二次生成的莫来石或某些添加物。　　2.代号M-C莫来石-刚玉型　　耐材骨料部分(含粗粒或细粒)为莫来石、。相互交错的柱状、针状莫来石，其间隙为刚玉或莫来石所填充，基质部分为原位生成的莫来石或二次莫来石，亚微刚玉或某些添加物。　　3.刚玉-莫来石型　　刚玉的晶体为短柱状、桶状，在耐材结构中相互不穿插、不交错。在刚玉晶体间嵌有莫来石交错的柱状晶体，有效阻止刚玉晶体的滑移，获得稳定的结构。以上各型低蠕变砖，由于晶体结构更稳定，更有利于发挥莫来石或莫来石与刚玉的优良性能，如熔点：莫来石1870℃，刚玉2050℃，二者共熔温度较高，为1840℃，有利于材料高温性能的改善与提高。3种类型的低蠕变砖，晶相含量(莫来石或莫来石+刚玉)为主体，起主导作用，玻璃相含量次之，玻璃效应影响甚小。　　杂质对低蠕变砖的影响　　在Al2O3-SiO2系耐材中，杂质主要是Fe2O3、TiO2、R2O及RO等。在行业标准(YB4032-91)及荷兰型中，对化学成分都有明确要求(见表1)。　　一般而言，原料中杂质与玻璃相含量密切相关。玻璃相含量随杂质含量增加而递升，我们希望杂质含量少，相应的玻璃相含量也少，这样在耐材显微结构中，玻璃相成孤立状分布，不润湿晶相，为弱的玻璃相效应(即在晶界处为晶粒与晶粒相结合，抗蠕变性好)。相反，杂质多玻璃相含量高，势必在结构中润湿晶相的程度高，当玻璃相完全湿润晶相时，玻璃相形成连续相结构，将明显影响蠕变速率，在较低温度下易产生较大的蠕变。　　在高TiO2红柱石的研究中，已得出初步结论：某地高TiO2红柱石精矿肯定可以使用。我们的研究是以高TiO2红柱石精矿为主料或辅料，按高铝砖生产工艺，当高TiO2红柱石在合适用量、合适粒度下，与其他原料搭配，可制成蠕变温度在≤1400℃，蠕变率≤0.2%(见表2)的产品。　　原料与粒度等的选择　　1.原料　　Al2O3-SiO2系材料中，莫来石、刚玉是重要的原料，而原料品种繁多，以莫来石为例(见表3)。如何选择原料呢？依据：①各原料的特性；②合适价格。一般而言，电熔莫来石较烧结莫来石晶体发育好，莫来石晶体交错形成的骨架相对牢固；晶界少，减少了晶界的滑移，有利于抗蠕变。所以在制作低蠕变砖时，首选电熔莫来石。烧结的各品牌莫来石，氧化铝基莫来石品质优于相应的矾土基莫来石；而“三石”质莫来石与矾土基莫来石相应品牌比较，前者莫来石含量较多，晶体发育较好；湿法工艺因物料充分均化，故获得的莫来石，其品质较半干法工艺相应的品牌莫来石要好。“三石”的选择，在定型制品中，更多选择硅线石加红柱石复合原料。　　2.粒度　　在开发新产品时，应注意粒度分布。粒度分布不同，影响产品的性能。传统的粗、中、细三级配料已不适应了。在纳米技术已应用到科技、生活的今天，耐火材料的配料应选择多级配，尽可能符合最紧密堆积原理，获得致密体。级配的起码要求是粗、中、细、微细4级。同时，原料的粒度应是连续的，每一粒度范围都有涵盖，尽量符合最紧密堆积原理。　　3.温度　　煅烧温度的选择，使基质与骨料结合紧密是非常重要的。“三石”尚有不少特性，有待进一步发掘利用(如抗热震性、抗CO、电绝缘性等)。综上所述，是作者抛砖引玉，对“三石”开发应用的体会。随着大家对“三石”的进一步了解，今后“三石”将有更大的发展与作用，市场前景将会更广阔。
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按字母分类 ：耐火材料的高温蠕变性
10:49:01 本文行家：
是高温下使用工程材料，其抗蠕变性能对窑炉的高温结构强度起主导作用。有色金属，水泥，玻璃工业是耐火材料的主要消耗部门。因此对于低蠕变耐火材料的研究已经越来越受人们的重视。1 高温蠕变理论[1]蠕变性通常称之为徐缓的变形,即在低于屈服点的机械应力作用下,随着时间的进展,其固体发生流动和质量传递,而其整体性又未受到破坏。种变形表示材料对机械荷重作用具有长时间的抵抗能力[1 ] 。蠕变曲线是在高温下、恒定荷重时,材料的变形随时间连续变化的曲线[2] 。无机非金属材料典型的蠕变曲线如图1 所示,它可分为3 个阶段: (1) 在初始加荷出现瞬时应变ε0后的蠕变速率dε/ d t =ξ减小阶段(又称减速或迁移蠕变阶段) ;(2) 蠕变速率最小并保持恒定的稳态蠕变阶段; (3) 蠕变速率急剧增大至破坏前的蠕变速率增加阶段(又称加速蠕变阶）2 耐火材料高温蠕变的影响因素影响耐火材料高温蠕变的因素是多方面的,而且许多因素又是相互联系在一起的。影响耐火材料蠕变变形的因素主要有以下几点【2】:?外界作用条件，包括温度，荷重，时间，气氛（氧化性或还原性）,材料的材质，包括其化学组成，矿物组成（单相或多相），微观结构。耐火材料的化学- 矿物组成及其显微结构决定了材料的抗蠕变性能。一般说来,在相组成基本确定的条件下,体积密度高、耐压强度大、气孔率低的制品,其抗蠕变性能较好;温度升高,时间增加,应力增大,材料的蠕变变形会增大。3 Al2O3-SiO2系耐火材料高铝耐火材料的高温机械行为主要取决于显微结构特征, 依赖于两个主要因素：?玻璃基质的数量和粘度(玻璃效应),, 晶体间接触或结合的程度和方式(结晶效应)。玻璃相含量低, 粘度高以及晶体间结合程度高并形成连续交错网络结构, 有利于提高高温力学性能。3.1烧结的高温蠕变性能钟香崇与孙庚辰在《我国DK型烧结高铝矾土材料的高温蠕变行为》的试验结果表明材料的蠕变性能取决于Al2O3含量【3】。Al2O3含量越接近70 % ,刚性模量和断裂强度越高,蠕变速率越小。其高温力学性能好坏的顺序为Ⅱ等矾土& Ⅰ等矾土& Ⅲ等矾土。烧结矾土材料的高温力学行为主要取决于显微结构特征,而后者依赖于两个因素一是玻璃效应, 即玻璃基质的数量和粘度二是结晶效应,即晶体间接触的程度和方式。玻璃数量越多, 表观粘度越低, 则蠕变速率越大。结晶相之间相互接触的程度越大, 蠕变量越小。结晶相间接触或结合的形式也有重要影响,交错联锁的结构方式有利于阻碍晶间滑移, 降低蠕变速率。烧结矾土材料系由结晶相和莫来石和玻璃相构成的不均匀体。在Tp以上温度, 玻璃效应和结晶效应同时起作用, 并且相互影响然而哪个是主导因素, 却要根据具体情况而异。Ⅲ等烧结矾土材料在结构上的特点是玻璃相含量较高（15%～25%）, 晶体间接触较差【4】，因而玻璃效应是主导因素, 它在较低温度（850°C以上）即开始呈现实质性蠕变, 比较缓和, 因为弥散分布在玻璃基质中的结晶相（主要是微粒莫来石）起着“ 填充料” 作用, 增高表观粘度, 减缓流动速度。这时的蠕变, 玻璃效起着主要作用, 结晶效应也有一定作用。但是进入粘滞流动阶段后, 玻璃基质流动性急骤增高, 莫来石“ 填充料” 的强化作用显著减弱, 表观粘度下降, 结果是蠕变速率剧增,这时玻璃效应是控制因素，结晶效应所起的作用越来越小。Ⅰ等烧结矾土材料玻璃相含量较低（6～8%），而且玻璃相组成含有较高的TiO2；结晶相主要是刚玉，其次是莫来石，还有少量的钛酸铝固溶体。它们的显微结构呈明显的晶体间接触，主要是刚玉颗粒的结合。但结合形式是断续的网络结构【4】。在塑型流动阶段，结晶效应起着主导作用，所以它的蠕变性能比Ⅲ等材料好的多。当温度达到°C，玻璃相的流动性迅速增加，微晶体“ 填充料” 的强化作用显著减弱,玻璃基质还会逐渐通过晶粒边界溶解晶体间的接触。结果是蠕变速率显著加快,这时控制蠕变的主导因素已演变为玻璃效应, 结晶效应退居次位。Ⅱ等材料蠕变机理的特点是在试验温度范围内始终以结晶效应为主控因素。关键在于它的独特的显微结构特征, 即发育较好的莫来石晶体形成高度结合的连续的联锁交错网络结构,它的玻璃相含量低，主要填充在网络结构空隙之间。所以玻璃效应要小的多。3.2莫来石- 刚玉系材料的高温蠕变性能&&&& 刚玉一莫来石系材料玻璃量很低一, 结晶效应起着决定作用。其高温力学性能远胜过烧结矾土材料, 莫来石材料优于刚玉材料, 是因为前者形成连续的网络结构, 而含有刚玉和莫来石的两晶相材料的高温力学性能更好, 则是由于晶体间交错穿插填充, 形成更紧密的堆积和更高的结合程度【5】。&&&&& 李庭寿等【6】采用单试样递增应力和递增温度的方法,研究了莫来石- 刚玉系材料的高温蠕变性能。结果表明,莫来石含量为75 %、刚玉含量为25 %的莫来石- 刚玉材料的高温抗蠕变性能最好;单晶相材料中,莫来石的高温抗蠕变性能优于刚玉材料。刚玉- 莫来石系材料的玻璃相含量很低(1 %～2 %) ,结晶效应起着决定作用,其高温力学性能远胜过烧结矾土材料。莫来石材料优于刚玉材料,是因为前者形成连续的网络结构。而含有刚玉和莫来石的两晶相材料的高温力学性能更好,则是由于晶体间交错穿插填充,形成更紧密的堆积和更高的结合程度。如刚玉- 莫来石试样中,棱柱状莫来石晶体穿插在刚玉骨架结构里;在莫来石- 刚玉试样中,粒状刚玉填充在莫来石连续网络的空隙里,都起着强化结构的作用【7】。4 结语&&&&& 1.烧结矾土材料高温力学性能好坏的次序为Ⅱ等&Ⅰ等&Ⅲ等。烧结刚玉一莫来石系材料, 两晶相材料的高温力学性能优于单晶相材料, 单晶相材料中莫来石优于刚玉。&&&&& 2.Al2O3 - SiO2系耐火材料的蠕变性能取决于其显微结构特征,主要依赖于两个因素:1) 玻璃相基质的数量和粘度(玻璃效应) ;2) 晶体间接触或结合的程度和方式(结晶效应) 。玻璃相含量低、粘度高以及晶体间结合程度高并形成连续交错的网络结构,有利于提高材料的高温抗蠕变性能。
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