Jaké faktory ovlivňují odolnost neurčitých žáruvzdorných tvarovek proti tepelnému šoku?

Neurčité žáruvzdorné materiály je žáruvzdorný materiál běžně používaný ve vysokoteplotním průmyslu. Má silnou plasticitu a lze jej upravit podle různých aplikačních prostředí. Tento materiál se používá hlavně v ocelářských, sklářských, cementářských, petrochemických a dalších oblastech a hraje roli ochranného obložení ve vysokoteplotních zařízeních. Odolnost proti tepelným šokům je jednou z důležitých vlastností tohoto materiálu, která určuje, zda dokáže udržet strukturální stabilitu při extrémních teplotních výkyvech. Dále budou podrobně představeny hlavní faktory ovlivňující odolnost neurčitelných žáruvzdorných materiálů vůči tepelnému šoku.

1. Složení materiálů
Odolnost neurčitých žáruvzdorných odlitků proti tepelnému šoku závisí do značné míry na složení jejich materiálů. Mezi běžné složky patří žáruvzdorné kamenivo, pojiva a přísady.
Žáruvzdorné agregáty: Materiály, jako je bauxit s vysokým obsahem oxidu hlinitého a hořčík, mohou zvýšit pevnost materiálu při vysokých teplotách. Rozložení velikosti a tvar částic kameniva a koeficient tepelné roztažnosti samotného materiálu ovlivní odolnost proti tepelnému šoku. Obecně řečeno, jemnozrnné kamenivo s větší pravděpodobností vytvoří hustou strukturu, čímž se zlepší odolnost proti tepelným šokům.
Pojivo: Běžným pojivem je cement nebo polymer s vysokým obsahem oxidu hlinitého. Pojivo hraje roli pojiva a strukturální podpory v žáruvzdorných materiálech, ale různé typy pojiv mají různé účinky na odolnost proti tepelným šokům. Lepší pojiva mohou účinně odolávat namáhání tepelnou roztažností při změně teploty, čímž zabraňují vzniku trhlin.
Aditiva: Přidáním stopových prvků, jako je prášek oxidu křemičitého a oxid hlinitý, lze zvýšit hustotu a stabilitu materiálu. Tyto přísady mohou pomoci snížit tepelné napětí uvnitř materiálu a snížit riziko praskání materiálu při změně teploty.

2. Koeficient tepelné roztažnosti
Koeficient tepelné roztažnosti materiálu přímo určuje velikost jeho rozměrové změny při změnách teploty. Pokud je koeficient tepelné roztažnosti materiálu příliš velký, snadno dojde k prasknutí v důsledku objemové roztažnosti nebo smrštění při prudkých změnách teploty.
Odolnost nekonečných žáruvzdorných odlitků proti tepelnému šoku musí vzít v úvahu přizpůsobení koeficientů tepelné roztažnosti mezi materiály. Racionálním výběrem různých součástí žáruvzdorného materiálu a optimalizací koeficientů tepelné roztažnosti každé součásti lze účinně snížit napětí mezi různými materiály, čímž se zlepší celková odolnost proti tepelným šokům.

3. Hustota materiálů
Hustota neurčitých žáruvzdorných odlitků je dalším důležitým faktorem, který přímo ovlivňuje jeho odolnost proti tepelným šokům. Materiály s vysokou hustotou mohou snížit přítomnost pórů, díky čemuž je materiál odolnější vůči praskání při vysoké teplotě a v prostředí s rychlým chlazením a ohřevem.
Nízká pórovitost: Póry jsou slabými místy v materiálu a jsou náchylné ke koncentraci napětí. Když se teplota rychle mění, napětí kolem pórů je velké, což může způsobit praskliny. Řízení hustoty materiálu tedy může výrazně zlepšit odolnost proti tepelným šokům snížením přítomnosti pórů a trhlin.
Strukturální hustota: Během procesu výstavby může vhodná úprava vibrací a technologie lisování zhustit strukturu materiálu, vyhnout se přítomnosti dutin uvnitř, a tím zlepšit odolnost proti tepelným šokům.

4. Počet cyklů tepelného šoku
Materiál během používání podstoupí několik cyklů tepelného šoku, to znamená, že teplota nadále klesá z vysoké teploty na nízkou teplotu a poté stoupá z nízké teploty na vysokou. Počet a amplituda cyklů tepelného šoku mají důležitý vliv na odolnost proti tepelným šokům.
Nízký počet tepelných šoků: Při určitém počtu tepelných šoků nemusí materiál vykazovat zjevné trhliny. S rostoucím počtem tepelných šoků se však mikrotrhlinky v materiálu budou postupně rozšiřovat, což nakonec povede k porušení materiálu. Výběr materiálů, které vydrží vysoké teploty a více cyklů tepelných šoků, je proto důležitým prostředkem ke zlepšení odolnosti proti tepelným šokům.
Teplotní rozdíl teplotního šoku: Pokud je změna teploty příliš velká, tepelné napětí uvnitř materiálu prudce vzroste, zvláště při nerovnoměrných povrchových a vnitřních teplotách bude tepelné namáhání zřetelnější, což vede k prasklinám. Neurčité žáruvzdorné odlitky proto musí mít dobrou tepelnou vodivost, aby se snížila koncentrace napětí způsobená teplotními rozdíly.

5. Pevnost spoje
Odolnost materiálu vůči tepelnému šoku úzce souvisí s pevností spojení jeho vnitřní struktury. Čím vyšší je pevnost spoje, tím menší je pravděpodobnost, že materiál popraská při vnější tepelné zátěži.
Pevnost a houževnatost materiálu: Žáruvzdorné materiály musí mít určitou pevnost a houževnatost, zejména v prostředí s vysokou teplotou. Pokud je pevnost materiálu nedostatečná, tepelné namáhání pravděpodobně překročí své toleranční rozmezí, což povede k poškození materiálu. Materiály s dobrou houževnatostí mohou absorbovat část tepelného namáhání a zabránit expanzi trhlin.
Spojování rozhraní: Neurčité žáruvzdorné materiály se skládají z různých materiálů, takže pevnost spoje rozhraní mezi různými materiály také ovlivňuje celkovou odolnost proti tepelným šokům. Pokud je pevnost spojení na rozhraní nedostatečná, materiál se může snadno oddělit nebo spadnout, když se drasticky změní teplota.