蠕變行為是耐火(huo)材料(liao)最(zui)重要的高(gao)溫力(li)學性(xing)能,它比(bi)荷重軟(ruan)化點(dian)更有實(shi)際意義,只(zhi)要不機(ji)械地(di)套用蠕(ru)變機理,測定(ding)其蠕(ru)變率和蠕(ru)變速率,其數據是實用的、有一定(ding)參考價值的。
某廠用高(gao)鋁磚砌筑最高(gao)溫度為1500—1550℃的隧道窯燒成帶,使用壽命只有1.5年左右,究其(qi)原因(yin),便是因(yin)為蠕變(bian)導致窯墻(qiang)變(bian)形、傾斜;而(er)改用剛玉(yu)磚可使用7年。隧道(dao)窯燒(shao)成帶(dai)的溫度雖高,但化(hua)學(xue)侵蝕(shi)作(zuo)用并不顯著,故而總結出其(qi)損毀(hui)機理以(yi)蠕變和熱震為主。
高鋁磚(zhuan)制(zhi)品以煅燒鋁土礦(kuang)制(zhi)成,含AL203 75%一80%,Fe2031.5%—2.O%。顯氣孔率18%一20%,荷重軟化點(dian)1490-1520℃,1600℃-3h的重(zhong)燒(shao)收(shou)縮率為1.07%。相(xiang)組成為剛(gang)玉,莫來(lai)石(shi),AT-Ti02和玻(bo)璃相。顯微結構的不均勻性是(shi)高鋁磚的基本特(te)征,顆粒的主(zhu)相分為以剛玉;剛玉.莫(mo)來(lai)石(shi)和莫(mo)來(lai)石(shi)為基(ji)的三種類型(xing),每種類型(xing)都含(han)有含(han)鈦、鐵相(TiO2,(Al,Fe)2Ti05)和玻(bo)璃相,只是(shi)程(cheng)度不(bu)一而已。全剛(gang)玉質顆粒中的晶體呈粒狀和短柱(zhu)狀,玻(bo)璃相和含鐵、鐵相較(jiao)多,填充于晶體之間;莫來石質則反之。基質相對均(jun)勻(yun),各相混(hun)雜分(fen)布。
遂道窯燒(shao)成帶長33m,最高燒(shao)成溫度為1500—1550℃以天燃(ran)(ran)氣為燃(ran)(ran)料,空氣過(guo)剩系(xi)數a= 0.9—1.1。因(yin)窯墻變形而(er)損壞(huai)。窯頂(ding)和墻壁皆附著許多(duo)熔(rong)渣,但沒有(you)明顯的化(hua)學侵蝕(shi)作用。按(an)計算,最底層(ceng)墻磚受壓強為0.03MPa,當以此負荷在(zai)1600℃—3h下測尺寸變(bian)(bian)化時,其(qi)蠕變(bian)(bian)率達8.95%。經1.5年壓縮(suo)4-11mm(原厚度65mm),整個墻垛最(zui)大傾斜角達(da)20-30度(du)。殘(can)磚受熱面呈淡(dan)粉色(se);內部呈米灰(hui)色(se)。
取殘(can)磚于同樣的條件(1600℃-3h-0.03MPa)下測線變(bian)化率(lv)時發現,其蠕(ru)變(bian)率(lv)只有1.07%,抗(kang)蠕變性提高了8倍(bei)。標志(zhi)著顯(xian)微結構具有明(ming)顯(xian)變(bian)(bian)化,首(shou)先表(biao)現(xian)在氣孔率的(de)(de)變(bian)(bian)化上,即由粗大的(de)(de)、貫通的(de)(de)氣孔變(bian)(bian)成均勻分(fen)散的(de)(de)開口和封閉式氣孔,顯(xian)氣孔率降至8%。近(jin)似(si)原磚結構(gou)的(de)低倍(50倍),表現基(ji)質(zhi)氣(qi)孔(kong)分布不夠致(zhi)密(mi)。變(bian)形(xing)后的(de)磚(zhuan)的(de)氣(qi)孔(kong)分布,明顯(xian)地(di)減少,基(ji)質(zhi)致(zhi)密(mi)化。顯(xian)示莫(mo)(mo)來(lai)石(shi)化形(xing)貌(mao),晶體呈柱狀,交織結構。這樣的(de)細小(xiao)晶體是粘土結合劑生成(cheng)的(de),而大部分莫(mo)(mo)來(lai)石(shi)晶體達數百微(wei)米分別測定了莫(mo)(mo)來(lai)石(shi)的(de)組成(cheng),AL203 71.48—72.24%,Si02 24.91一25.45%.TiO2 2.84-3.08%
耐火材(cai)料工作者都(dou)認為(wei)蠕變(bian)是(shi)最(zui)重要的高(gao)溫力學性能指標(biao),特別(bie)是(shi)AL2O3一SiO2系耐火材料,蠕變(bian)(bian)行為(wei)與顯微(wei)結構(gou)之間(jian)存在(zai)密切(qie)關(guan)(guan)系,故需(xu)在(zai)蠕變(bian)(bian)方程中添加結構(gou)因子。但十分復雜(za),以(yi)致無法應(ying)用。試驗室檢測時間(jian)太短(duan),顯微(wei)結構(gou)的些許變(bian)(bian)化對(dui)于(yu)多孔、不(bu)均(jun)態系統制品而言(yan),實在(zai)是(shi)不(bu)易觀察(cha)出來。工業窯爐砌(qi)體經長期熱負(fu)荷作用,是(shi)觀察(cha)研(yan)究蠕變(bian)(bian)和顯微(wei)結構(gou)關(guan)(guan)系的最佳條(tiao)件。
該隧道窯(yao)墻磚選用一(yi)等高(gao)(gao)鋁磚砌筑是(shi)不適宜的,基本理由(you)是(shi)剛玉(yu)晶體(ti)(ti)細小(xiao)且多呈(cheng)粒狀(zhuang)和(he)(he)晶間(jian)(jian)含有玻(bo)璃相(xiang)。在長(chang)(chang)時間(jian)(jian)熱(re)壓(ya)作用下,液(ye)相(xiang)促使晶體(ti)(ti)滑移(yi),導致(zhi)(zhi)磚體(ti)(ti)蠕(ru)變(bian)。壓(ya)縮主要發生在初期。隨著剛玉(yu)晶體(ti)(ti)生長(chang)(chang)和(he)(he)與液(ye)相(xiang)反應生成莫(mo)來石,提高(gao)(gao)抗(kang)蠕(ru)變(bian)性并使結構(gou)致(zhi)(zhi)密(mi)化(hua)。然而,一旦磚體發(fa)生(sheng)蠕(ru)變,后期的顯微結構的改善也(ye)只能是(shi)延緩蠕(ru)變速率(lv):而不可能防止窯墻(qiang)傾斜。這與鋁硅系耐(nai)火材料的一般蠕(ru)變行(xing)為是(shi)一致的