耐火材料的高溫蠕變形計(jì)算方法及提高

高溫蠕變性

在耐火材料檢測中，高溫蠕變性是評定耐火材料性能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，耐火材料在恒定高溫和一定荷重作用下產(chǎn)生的變形與時(shí)間關(guān)系，即為材料的高溫蠕變性。當(dāng)材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一荷載時(shí)，必然產(chǎn)生塑性變形，它的變形量會隨時(shí)間的增長而逐漸增加，甚至?xí)共牧掀茐?。此種蠕變現(xiàn)象，無疑對耐火材料的使用更為重要，因?yàn)閷υ诟邷叵碌哪突鸩牧贤瑫r(shí)考慮了3個(gè)因素：強(qiáng)度、溫度和時(shí)間。

由于施加在耐火材料上的荷重方式不同，可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變和高溫扭轉(zhuǎn)蠕變等，其中常使用的是高溫壓縮蠕變(簡稱壓蠕變)。

耐火制品壓蠕變的定義為：承受壓應(yīng)力的制品隨著時(shí)間變化而發(fā)生的等溫變形。

通常壓力為0.2MPa，試樣要求為帶中心孔的圓柱體，直徑50mm ± 0.5mm， 高50mm ±0. 5mm，中心孔直徑12 ~ 13mm，并與圓柱體共軸。

 

耐火材料在高溫、荷重條件下變形量(%)與時(shí)間h的形變曲線，影響因素較多，一般來說有如下幾個(gè)方面：

(1) 使用條件：溫度、荷重、時(shí)間、氣氛性質(zhì)(是氧化性或還原性);

(2) 材質(zhì)：化學(xué)組成(雜質(zhì)成分和其含量尤為重要)、礦物組成(是單相或復(fù)相，熔點(diǎn)，尤其玻璃相的組成和數(shù)量)。

(3) 顯微結(jié)構(gòu)：如結(jié)晶相、玻璃相、晶相相互關(guān)系、氣孔大小與含量、分布等。

在使用時(shí)，對耐火材料的蠕變指標(biāo)，因使用條件不同，用戶各有不同要求。 

高溫蠕變與荷重軟化溫度的異同：共同點(diǎn)都是在一定靜荷重下按照一定的升溫速度，測定試樣發(fā)生的變形量。不同點(diǎn)：荷重軟化溫度是在以上條件下測定試樣各種變形量的相應(yīng)溫度，例如測定試樣自膨脹高點(diǎn)壓縮至原試樣高度的0.6%時(shí)的相應(yīng)溫度;而蠕變是在某一高溫時(shí)(如1550℃、1500℃、1450℃、1400℃等)恒溫在一定靜荷重下測定單位時(shí)間的變形量或者是達(dá)到某種變形量所需的時(shí)間，即時(shí)間與變形量的關(guān)系。

 

耐火材料的高溫蠕變性怎么計(jì)算？

當(dāng)耐火材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，變形量會隨時(shí)間的延長而逐漸增加，甚至?xí)鼓突鸩牧掀茐?，這種現(xiàn)象叫蠕變。在設(shè)計(jì)高溫窯爐時(shí)，根據(jù)耐火材料的荷重軟化試驗(yàn)和殘存收縮率，在一定程度上可以推測耐火材料的高溫體積穩(wěn)定性。耐火材料的高溫蠕變性是指制品在恒定的高溫條件下受應(yīng)力作用隨著時(shí)間的變化而發(fā)生的變形。

高溫蠕變的檢測方法為：恒壓下，以一定速度升溫，到達(dá)指定溫度后長時(shí)間保溫，記錄隨時(shí)間的變化試樣在高度方向的變形量，計(jì)算蠕變率。計(jì)算公式為：

P=（Ln-Lo）/L1*

式中P--耐火材料制品試樣的高溫壓縮蠕變率，%；

Ln--試樣恒溫nh后的高度，mm；

Lo--試樣恒溫開始后的高度，mm；

L1--試樣原始高度，mm。

耐火材料在高溫、荷重條件的變形量及時(shí)間-形變曲線，是隨著材質(zhì)、升溫速率、恒溫溫度、荷載大小等諸多因素的變化而變化的，而且差異極大。因此，對于不同材質(zhì)的制品，應(yīng)根據(jù)其使用條件單獨(dú)規(guī)定高溫蠕變試驗(yàn)溫度等條件。

 

耐火材料的高溫蠕變性提高3大捷徑 

高溫蠕變性是指在某一恒定的高溫以及固定載荷下，耐火材料的形變與時(shí)間的關(guān)系。

高溫窯爐的使用壽命有的長達(dá)幾年，甚至十幾年。終，耐火材料的高溫?fù)p毀并不是因強(qiáng)度原因破壞，而是高溫、強(qiáng)度、時(shí)間三者綜合作用的結(jié)果。例如，熱風(fēng)爐的格子磚經(jīng)長時(shí)間的高溫工作，特別是下部的磚體在荷重和高溫的作用下，磚體逐漸軟化產(chǎn)生塑性變形，強(qiáng)度下降直至破壞;特別注意的是，因溫度、結(jié)構(gòu)的不均勻，部分磚體塑性變形嚴(yán)重，會導(dǎo)致窯爐構(gòu)筑體的整體性破壞。

因此，提高耐火材料抗蠕變性，研究耐材在高溫下應(yīng)力作用產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)變化;檢驗(yàn)制品質(zhì)量;評價(jià)生產(chǎn)工藝;窯爐設(shè)計(jì)中預(yù)測耐火制品在實(shí)際應(yīng)用中承受負(fù)荷的變化;評價(jià)制品的使用性能等具有非常重要的意義。

一般來講，提高耐火材料抗蠕變性，主要通過以下三種途徑：

1、純化原料：提高原料的純度或?qū)υ线M(jìn)行提純，盡量減少低熔物和強(qiáng)熔劑等雜質(zhì)成分(如，粘土磚中的Na2O、硅磚中的Al2O3、鎂磚中的SiO2和CaO等)的含量,從而降低制品中的玻璃相含量(這是提高該性能的推薦方法);

2、強(qiáng)化基質(zhì)：引入“逆蠕變效應(yīng)”物質(zhì)。如在高鋁磚配料中引入一定尺寸的石英顆粒，高鋁磚在高溫下使用時(shí)，其中石英SiO2和高鋁原料中的Al2O3持續(xù)發(fā)生莫來石的合成反應(yīng)，反應(yīng)過程伴隨有一定程度的體積膨脹。這種體積膨脹的作用既是“逆蠕變效應(yīng)”，可以抵消材料蠕變時(shí)的收縮變形，從而提高了高鋁磚的抗蠕變性能。

3、改進(jìn)工藝：合理設(shè)計(jì)配合料的顆粒級配，提高坯體的成型壓力，獲得高致密度坯體，減少制品中的氣孔數(shù)量，使制品抗蠕變的有效成分增加;合理制定燒成制度(燒成溫、保溫時(shí)間、加熱及冷卻速度)，使材料中的必要物化反應(yīng)充分進(jìn)行，獲得需要的物相組成和組織結(jié)構(gòu)。

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