致密耐火浇注料快速升温致爆裂机理的研究

致密耐火浇注料初次烘烤时易发生爆裂而造成衬体破坏。深入研究材料在温度升高时的技术参数变化，分析、揭示爆裂发生的机理，对提高抗爆裂性、指导材料开发有着重要意义。课题以超低水泥刚玉质浇注料为基础，通过研究脱水行为、气孔参数、热动态透气性能、烘烤过程中材料内部的蒸气压力大小、分布及气孔参数-透气度-蒸气压力间关系等，分析水蒸气压力致爆裂的作用机制。采用有限元分析不同热冲击作用下试样的温度场分布及裂纹萌生、扩展模型，研究不同热处理温度下材料的热力学性能、内部温度分布及裂纹参数，揭示热应力在浇注料爆裂中的影响与作用机制。通过研究材料在快速升温过程中强度、裂纹与温度间关系，建立水蒸气压力机理与热应力机理间的耦合关系。课题将对浇注料的透气度及内部蒸气压力进行热动态测试，并首次研究热应力在材料爆裂中的作用，探讨爆裂发生的机理，将有效指导浇注料抗爆裂性的改善，为开发新一代致密耐火浇注料提供理论支持。

（一）项目的背景.耐火浇注料受热时的爆裂不但影响产品高温性能，造成衬体破坏，滞后生产，严重时还会造成设备损坏和安全隐患。研究浇注料爆裂发生的机理，理清爆裂发生的原因，控制好影响爆裂的因素可以为更有效、灵活的提高浇注料抗爆裂性提供指导，为致密耐火浇注料快速烘烤提供理论支持。..（二）主要研究内容.（1）浇注料加热过程中内部蒸气压测量装置的设计和验证，浇注料蒸气压致爆裂机理的初步研究。.（2）浇注料加热过程中内部热应力的模拟计算，浇注料内部热应力在爆裂中的作用。.（3）单面加热炉的设计和制作，浇注料蒸气压致爆裂机理的进一步研究，不同结合体系、组成变化和添加剂对浇注料抗爆裂性的影响。.（4）浇注料试样加热过程中内部应变和应力的研究。..（三）重要结果.提出了浇注料快速升温致爆裂的机理，即：.（1）浇注料在加热过程中由于内部水分蒸发产生较大的蒸气压力，加上因加热形成的温度梯度导致的热应力，两者共同作用在浇注料内部形成应力。.（2）在一定温度范围内，尤其是260℃左右，内部水分急剧蒸发，气体无法及时排出，导致形成了一个较大的蒸气压力。此蒸气压力和热应力共同作用到浇注料上，当该应力超过浇注料的坯体强度时，浇注料破裂，产生裂纹。.（3）由于裂纹产生，导致断裂点的蒸气迅速排出，蒸气压力急剧降低。为了达到平衡，.残存的水分瞬间气化，形成了较大的蒸气压力，该蒸气压力导致已经出现破裂的浇注料剥落或严重者爆炸。..（四）关键数据及其科学意义.（1）浇注料在单面加热过程中的内部蒸气压力和温度的变化研究.低水泥结合刚玉质浇注料试样尺寸350mm×350mm×250mm，2℃/min的升温速率升温到600℃，然后保温5hr。不同测量点的蒸气压随温度的变化趋势是相似的：测量点温度175℃之前，由于游离水和部分结合水的排出，测量点蒸气压缓慢上升；在175-280℃范围内，由于结合水较为剧烈的排出，测量点蒸气压快速增加；在280℃左右，结合水排出达到最大，相应的蒸气压也达到最大值；280℃以后，结合水基本排出完毕，同时材料形成较多的贯通气孔结构，蒸气压下降。.（2）浇注料在单面加热过程中的内部应变和应力的变化研究.M-S-H结合刚玉质浇注料试样尺寸350mm×350mm×150mm，30℃/min的升温速率升温到700℃，然后保温。结果表明：单面烘烤时试样内部受压，尤其是爆裂时内部仍为压力。