химический каталог




Технология огнеупоров

Автор К.К.Стрелов, П.С.Мамыкин

аблицу термостойкости материалов в порядке ее повышения, так как термостойкость не определяется однозначно свойствами материала, а зависит также от формы, размеров и коэффициента теплопередачи. Иначе говоря, термостойкость не является физическим свойством материала.

Прн высоких температурах с появлением в огнеупорах жидкой фазы или в результате ползучести материал находится в упруго-вязком н упруго-пластическом состояниях. Термостойкость при этом повышается:

ЯкрИП = Аупр + #эл* (11-54)

где Rynp—упругий критерий термостойкости, определяемый по формулам (11.47—11.53); Ron — эластичный критерий термостойкости:

Яэл = [??4 (1 -?)/(???«)] 5', (11.55)

где 1]Каж — коэффициент кажущейся вязкости, отражающий способность материала релаксировать (замедлять) действие термических напряжений при длительном их воздействии.

Вопрос о вязкости аморфно-кристаллического тела, находящегося в термопластичном состоянии, является сложным. Кажущаяся вязкость может быть определена экспериментально при испытании огнеупоров на изгиб по формуле Соломина:

т|мж = от(1 —AQ/(3SA/), (11.56)

где о—нагрузка, Па; ? — время ползучести, с; S, / — начальные значения сечения, см2, и длины образца, м; At— изменение длины за время ?, с.

Кажущаяся вязкость определяется по формуле Орловой: Лкаж = *?« (Утв/Уж), (II · 57)

где ? ж — вязкость расплава, образующегося в огнеупоре; VTB, Уж — объемные доли соответственно твердой и жидкой фаз (определяются под микроскопом); k — коэффициент структуры (для шамотных изделий с 39% А1203 ? = 3,7-10е; для высокоглиноземистых с 72% А12О3й = 9,0-108).

По Вишневскому, для модели изометрических зерен, полностью окруженных прослойками расплава толщиной ? с вязкостью ?ж, кажущаяся вязкость тела г|каж определяется формулой

%аж = т1ж(<*/«)2, (Н.58)

где d— размер зерен твердой фазы (см. формулу 11.37). .

Поскольку R—ATV для пластины, то можно записать для тела любой формы:

АГкрип = «-«('-?) S> + «?*1"-) s>, (II.59)

Еа аг)каж

39

Затем, используя понятие «период релаксации» (см. ниже), ? = =ПканДГкрип = Я(1 +1/?). (И.60)

Из формулы (11.60) следует, что термостойкость изделий при высоких температурах определяется термостойкостью их при комнатной температуре и периодом релаксации материала.

Из формул (11.47 и 11.48) можно сделать вывод, что с увеличением пористости термостойкость должна снижаться, так как при этом Опч и ? уменьшаются быстрее, чем Е. Однако практикой это не подтверждается. Теория «максимальных напряжений» указанного противоречия не разрешает.

Теория «двух стадий»

По этой теории разрушение материалов под влиянием термических напряжений происходит в две стадии: зарождения трещин и их роста. Критерии термостойкости R, R1 и Rn относятся к стадии зарождения трещин.

Теория двух стадий не опровергает теорию максимальных напряжений, а развивает ее. Зародившаяся трещина в гетерогенных материалах, какими являются большинство огнеупоров, развивается медленно, а может и вообще не развиваться. По теории Гриффитса, трещины будут расти в том случае, если упругая энергия, освободившаяся из напряженной области, будет больше энергии, необходимой для создания двух новых поверхностей раздела.

По Хассельману, критерии распространения трещин выражаются следующими формулами:

*?? = ?/[?*,(1-?)]; (П.61)

Д1У=ЯПЧф, (11.62)

где ?3? — эффективная энергия, необходимая для создания двух новых поверхностей раздела1.

Чтобы трещины не развивались, материал должен обладать высоким значением модуля упругости и низкой прочностью, а чтобы трещины не зарождались, модуль упругости должен быть низким, прочность высокой.

Кажущееся противоречие в самом деле не является противоречием. В гетерогенном материале трещины зарождаются в твердых фазах, и, чтобы трещины в них не зарождались, эти фазы должны иметь высокую прочность, а распространяются трещины во всем объеме многофазного материала: по твердым фазам и порам. Напряжения в порах гасятся. Для того чтобы трещины не развивались, материал должен иметь поры, а следовательно, в целом быть менее прочным. В гомогенном материале (стекле) зародившаяся трещина растет без ограничения (катастрофическое разрушение), в гетерогенном же . зародившиеся трещины обычно не приводят к немедленному разру- ; шению. Поэтому для оценки термостойкости гомогенных тел доста-J

1 Эффективная энергия не равна поверхностной энергии твердого тела.

40

точными критериями будут R, R\ Ru и ??? по Кингери, а также ЛГтяп Для гетерогенных более важно распространение трещин, чем их зарождение, поэтому критериями термостойкости будут критерии по Хассельману R1U и #IV.

Для понимания термостойкости гетерогенных тел большое значение имеют работы Панарина. Известно, что хромит и магнезит (обожженный) по отдельности нетермостойки, а изделия, полученные из хромита и магнезита, имеют высокую термостойкость. Трещины, зарождающиеся при термоударах в магнезите и хромите, гасятся в порах определенного строения.

Критерии Riy удовлетворительно описывает термостойкость огнеупоров микротрещиноватой текстуры и не подходит или не всегда подходит к оценке термостойкости зернистых материалов, хотя оба вида текстур относятся к гетерогенным.

Гогоци предложил классифицировать огнеупоры по их отношению к термостойкости не по степени гетерогенности, а по мере хрупкости. Термостойкость с учетом меры хрупкости выражается формулой

#*= #(3 + ?)/4?. (II. 63)

Когда ?=1, формула переходит в выражение (11.47). Для учета эластичности, возникающей при высоких температурах, мера хрупкости также должна быть определена при высоких температурах.

Структурная (фрагментальная) теория термостойкости

Влияние пор на термостойкость определяется сложной ролью их в трансформации напряжений: экранизацией, концентрацией, глушением напряжений при заходе трещины в пору (интеркристаллитные трещины) или выходом трещины из поры в кристалл (транскристал-литные трещины) и т. п. Если представить себе материал, состоящий из отдельных объемов (фрагментов), которые имели бы некоторую возможность перемещения относительно друг друга при термическом нагружении, то материал обладал бы высокой термостойкостью. Такой материал получают различными технологическими путями: применяют смеси компонентов шихт с различными термическими коэффициентами линейного расширения, смешивают огнеупорные глииы с различной спекаемостью (глииу и шамот), используют различный зерновой состав (крупные зерна спекаются хуже мелких и в результате этого между зернами получаются трещины, разделяющие объем материала на фрагменты), применяют направленные структуры, предложенные Куколевым, и т. д. В общем установлено, что скорость Распространения трещин обратно пропорциональна исходной концентрации микротрещин. Теорией не определены оптимальные размеры фрагментов и концентрация микротрещин и др. Теория развивается. Перспективность ее очевидна, так как большинство термостойких огнеупороз магнезитохромитовых (МХС) и периклазошпинелид-ных (ПШС) созданы именно на качественных положениях этой теории. Отметим, однако, что создание фрагментальной текстуры не является универсальным способом повышения термостойкости. Например, динас с хорошим фрагментальным строением не обладает термостойкостью в широком диапазоне температур.

41

Статистическая теория термостойкости или теория «слабого звена»

Прочность, как известно, носнт статистический характер. Это значит, что в отдельных участках напряжения могут быть больше среднего (слабое звено), а в других меньше. Поскольку термостойкость зависит от прочности, то и термостойкость носит статистический характер. Для ее определения необходимо испытать несколько идентичных образцов (порядка 100) и вычислить статистические характеристики распределения термостойкости. Установлено, что значения термостойкости подчиняются закону нормального распределения. В результате статистической обработки полученных данных критерии термостойкости АТР вычисляют по формуле

??? = ??0?(1+ \lm)SIEa, (II.64)

где А и S зависят от объема образца и распределения в нем температуры; m — коэффициент гомогенности распределения по Вейбуллу (11.26); Г(\ + 1[т) — гамма-функция.

Термостойкость при напряжениях II рода

Напряжения II рода так же, как и I рода, могут быть больше прочности материала. Например, химическое напряжение в магнези-тохромитовых изделиях при эксплуатации в мартеновских печах, по некоторым данным, в 60—100 раз превосходит напряжения I рода.

При создании композиционных материалов из веществ с различными значениями ? и ? необходимым условием получения высокой термостойкости материалов является соблюдение неравенств, вытекающих из соотношения: Е^хЕ^, а именно ??>?2 при ??Е2, где индексы 1 и 2 относятся к первой и второй фазам.

Определение термостойкости

Термостойкость огнеупоров определяют двумя методами. По пер вому методу проводят одностороннее нагревание целого изделия при температуре горячего конца 1300° С и холодного конца при комнатной температуре и затем резко охлаждают изделие в проточной воде, погружая его в воду на 50 мм. Термостойкость выражают числом теплосмен до потери изделием в массе 20% — ТС130о. Этот метод является стандартным.

По другому методу приготавливают кольцо, которое нагревают изнутри. Термостойкость выражают перепадом температур, при котором кольцо разрушится — АТР.

Для материалов, у которых лимитирующей стадией термического разрушения является распространение трещин, рекомендуется термостойкость выражать в теплосменах ТС1300 (?<1) и для гомогенных материалов (?«1) — по AT.

3. УСТАЛОСТЬ

Огнеупоры часто испытывают циклические нагрузки, сопровоя дающиеся расширением и сжатием. В некоторых конструктивны!! элементах кладки изменения размеров огнеупоров не могут быть компенсированы температурными швами, например в арочных сво-

42

1

!

дах, й, следовательно, в Огнеупорах как бы накапливаются переменные по знаку напряжения.

Циклические

страница 9
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

Скачать книгу "Технология огнеупоров" (3.17Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
отличие от плоской вывески и объемных букв
компьютерные столы угловые роберт70
обучение массажу
воздухонагреватель водяной wh 60-30/2 купить

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)