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          硅磚中的裂紋是如何產生的?

          時間:2020-11-27 17:33 來源:耐火磚廠家點擊:

           
          硅磚是酸性耐火材料,對酸性爐渣腐蝕抵抗力較強,它的導熱性跟著事情溫度的低落而增大,沒有殘存壓縮,在烘爐過程當中,硅磚體積跟著溫度的低落而增大。在烘爐過程當中,硅磚大壓縮產生在100~300℃之間,300℃以前的壓縮量約為總壓縮量的70%~75%。其緣故原由是SiO2在烘爐過程當中呈現117℃、163℃、180~270℃和573℃四個晶形轉化點,此中180~270℃之間,由方石英惹起的體積壓縮大。
          硅磚的體積變更較大,抗急冷急熱的機能較差,熱穩定性也欠好,以是不克不及低于600-700℃,假如焦爐歷久在這類溫度下事情,砌體就很容易決裂,形成喪失。
          受潮的硅磚在使歷時要分外留意,固然不會像鎂磚那樣產生化學變更,但因為水的存在,硅磚受熱后會產生大批低溫蒸汽,使硅磚產生縫隙并使耐壓強度大大低落,以是像砌筑焦爐時,對付硅磚的掩護十分重要。
          硅磚中的裂紋是如何產生的?
          目前,大多數耐火制品均采用半干法生產制品、隧道窯燒成。制品(包括硅磚)在生產過程中出現裂紋是導致其廢品率提高的主要原因之一。本文以硅磚為例,分析了硅磚成品中裂紋的成因,并說明了產品質量的優劣與整個生產過程都有關系,只有全面考察生產工藝過程的全部環節,才能從蛛絲馬跡中找出提高產品質量的關鍵因素。此經驗對其它制品生產也有借鑒作用。
          1 裂紋的產生機理與分類
          1.1 產生機理
          耐火材料在燒成過程中所受環境溫度急劇變化的作用,稱之為熱沖擊(或稱熱震)。在熱沖擊下,耐火材料內部產生熱應力,當其值達到制品的強度極限值時,制品即開裂或斷裂。耐火材料是非均質的脆性材料,由于其比金屬制品的熱膨脹率大、導熱率和彈性小以及抗張強度低等,故在燒成過程中易出現裂紋且在熱沖擊作用下不斷擴展,終發生斷裂。  硅磚在燒成時,由于晶形轉變則產生較大的體積膨脹,尤其易產生裂紋甚至開裂。然而,在微觀結構中存在的微裂紋有提高結構的彈性、減弱熱應力、中止已形成裂紋擴展作用。但本文主要討論肉眼可見或常規方法可檢測的且影響制品使用的裂紋。
          1.2 裂紋種類 
          硅磚成品中的裂紋可分為表面裂紋和內部裂紋(也稱為層裂)。其中,表面裂紋縱橫交錯,長短不一。為便于分析裂紋的成因,有必要對其進行合理的分類。實踐證明,裂紋的形狀與成型時的加壓方向密切相關,而加壓方向又與磚形有關,因此通常按與磚形有關的加壓方向分類。為此,先規定2個與分類有關的方向,即磚的橫行和豎向(或縱向)。例如,1塊標準普通型磚其加壓方向一般為厚度方向,則規定沿磚加壓方向為橫向,其余2個方向均為豎向,見圖1。
          1.2.1 表面裂紋  
          表面裂紋又分為:①豎向裂紋,即垂直于制品的加壓方向,一般沿制品的高度方向(圖2)。半干法機成型生產制品時,沿加壓方向會造成&ldquo;層密度&rdquo;且導致坯體受熱膨脹不均而產生較大的熱應力,生成平行于密度層的裂紋,故也將其稱之為機壓裂紋,其沿制品溝舌處多。②橫向裂紋,即平行于制品的加壓方向,一般沿制品的厚度方向(圖3),通常為制品燒成時各部分受熱不均所致,其多出現在磚垛外側的受火面,特別是頂層的制品表面。③網狀裂紋,即數條裂紋組成的閉合曲線(圖4),通常是由于溫度過高且起伏較大,制品內部熱應力大,達到了制品的破壞應力,加之坯體本身微觀的不均勻性,即造成網狀裂紋。此外,混練不均勻或原料變化也會導致網狀裂紋。
          1.2.2 層裂  
          機壓時的彈性后效、壓制時空氣未排凈、坯料水分過高、加壓制度不合理等多種因素都可導致層裂。大的層裂在剛成型或經干燥就可檢測出來。但微小層裂只有在燒成中的熱應力作用下繼續擴展,才能在燒后明顯地被檢測出來。
          1.2.3 裂紋生成時間判斷  
          有一個辦法可進一步判斷裂紋何時生成。沿裂紋處用錘頭將磚敲開,露出新的斷面,如果斷面上粗顆粒保持完整,則裂紋通常是在預熱帶生成的;反之,如果粗顆粒也斷開,則說明裂紋出現前制品已燒結,裂紋在冷卻帶生成??捎么朔ㄅ袛嗨辛鸭y且均有效。
          2 裂紋成因分析
          2.1 多種因素變化對裂紋生成的影響
          在制品生產過程中,從原料選擇、配料、混練、成型、干燥、裝車等,直到燒成產品,每一環節的不合理都有可能造成裂紋。燒成和成型工藝是影響裂紋產生的主要的因素,但其它因素的作用也不容忽視。  舉例來說:
          ①在選擇的原料中如快速轉變硅石較多且燒成控制不當極易產生裂紋。結晶硅石的晶粒大小對裂紋的生成也有影響,若石英晶粒較大則燒成膨脹大、轉變慢、易松散,制品易出現裂紋。合理選擇礦化劑和適量添加廢硅磚可減少磚坯的燒成膨脹和裂紋的生成。
          ②配料時粗顆粒過多,燒成時在顆粒周圍會出現裂紋,磚的結構難以致密,易出現局部開裂,難以制得表面光滑棱角整齊的制品。而增加細粉有利于減少燒成膨脹,減少磚體的裂紋和體積變化,提高成品率。
          ③原料混合不均,燒成時坯體各部分膨脹不均勻,將導致裂紋的出現。坯料水分過大也將引起層裂。
          ④成型控制不好也很易生成裂紋。理論上講,采用振動成型不會產生層裂,只要卸模時多加注意,其它裂紋也很少。但國內大批量的制品生產多采用機成型且雙面加壓,以減少層密度現象發生。先輕后重的加壓制度有利于氣體排除,可減少層裂的產生。多次加壓比1次壓制的密度高、層密度小,可減少豎向裂紋。布料不合理將產生嚴重的密度不均,導致各種裂紋顯著增加。布料時,邊角溝舌處料難以自然到達,壓制力又小,趨向于多布料,有些地方甚至要預先搗打密實。
          ⑤半成品干燥制度本身不合理也將導致裂紋。這些裂紋如果在干燥后不能被檢出,則會在燒成時繼續擴展。
          ⑥半成品裝車制度不合理也會導致裂紋增加。如裝車時需將特異型磚裝在內部,標準普通型磚裝在外部;磚的凸出部位或易出現裂紋的部位向里;窯車頂部要蓋一些薄磚以避免火焰的直接沖擊等,否則將會導致裂紋增多。  耐火材料在燒成過程中的物理化學變化是確定燒成制度的重要依據。燒成制度不合理可導致大量裂紋。但即便燒成制度制定合理,受窯體結構、裝車方式、實際風量、磚種變化、具體操作等的影響,實際燒成制度與理論燒成制度會有所不同。根據原料、磚種、產量等變化實時地調整燒成制度是保證合理燒成的關鍵,用倒焰窯燒成如此,用隧道窯燒成也是如此,盡管隧道窯燒成制度的調整相對麻煩些。另外,操作不當也將導致裂紋產生,如某個燒嘴開得過大、窯體某部分漏風、某個排煙口排煙不暢等都將強烈地改變燒成制度,在窯車的某些部位造成大量裂紋。因此,在生成中須充分重視燒成制度的合理性。
          2.2 單因素變化對裂紋生成的影響  
          如果影響裂紋生成的其它因素保持不變,只變化其中某一影響因素,則對裂紋的影響時大時小:即起主要作用的因素變化則影響巨大;反之,則影響微小。例如,當機成型產生豎向裂紋和層裂時,調整燒成制度,采取緩慢升溫和降溫等措施,則豎向裂紋和層裂必然減少,但減少幅度可能很小,因為燒成不是影響裂紋生成的主要因素。但如果制品表面有很多的網狀裂紋,采取更好的燒成制度,則有可能會大幅度減少裂紋。  裂紋的產生通常是只有1種因素起主要作用,或幾種因素共同起主要作用,因此只有通過深入細致分析才能找出主要影響因素;也只有通過調整主要影響因素才能更好地解決裂紋問題。
          2.3 用燒成檢驗其它工序的合理性  
          不合理的燒成制度將導致大量裂紋產生,但在合理燒成制度下的燒成又可檢驗其它工序是否合理。例如,混練不合理、成型不合理、裝車不合理等都將導致各種裂紋的顯著增加,這些不合理均可通過燒成檢驗出來。  通常,從產品質量的變化來分析哪個工序導致其變化是困難的,如網狀裂紋可能是燒成不合理造成的,也有可能是混練不合理或是原料變化所致,要準確認定某個因素有時非常困難;但反過來,了解本工序的變化及其對產品的影響要相對簡單些。從這個角度講,全員的參與有助于技術人員盡早地了解和掌握影響產品質量的原因。
          3 結論
           (1)制品受到熱沖擊其內部會產生熱應力,且因其過大而使制品中產生裂紋。硅磚中的裂紋分為表面裂紋和層裂。表面裂紋又包括橫向裂紋、豎向裂紋和網狀裂紋。通常層裂和豎向裂紋是機壓造成的,橫向裂紋和網狀裂紋是燒成所致。
           (2)裂紋的出現是多種因素共同作用的結果,影響裂紋生成的主要因素是燒成和機壓,但其它與生產過程有關因素所起的作用也不容忽視。單因素變化對裂紋生成的影響有大有小,抓住主要影響因素是解決裂紋問題的關鍵。燒成制度合理時,燒成是其它工序是否合理的試金石。
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