干熄焦炉用莫来石—碳化硅材料强韧化研究

发布时间：2017-09-15 04:44

  本文关键词：干熄焦炉用莫来石—碳化硅材料强韧化研究

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【摘要】：干熄焦具有节能环保的优点,是我国大力推广的先进技术,但干熄焦炉斜道支柱耐火材料容易出现开裂、剥落等损毁,严重影响了干熄焦装置的安全运行和生产效率。因此,开发一种使用寿命长的新型干熄焦炉斜道支柱用耐火材料具有重大意义。本文首先采用数值模拟计算与实验检测分析相结合的方法,研究了干熄焦炉斜道支柱用莫来石-碳化硅材料的损毁机理,然后研究了不同结合剂对莫来石-碳化硅材料结构与性能的影响,并研究了钢纤维种类和加入量以及原位氮化生成AlN晶须对莫来石-碳化硅材料的增强增韧效果,同时探讨了钢纤维与AlN晶须在材料中的增韧机理。研究结论如下:(1)计算结果表明干熄焦炉斜道支柱承受较大的弯曲应力和热应力,现行的莫来石-碳化硅材料抗弯强度及热震稳定性较差,缺乏一定的韧性,其主要损毁原因是材料经多次温度波动后强度下降,难以承受巨大的弯曲应力,出现开裂、剥落等损毁。(2)不同结合剂种类对浇注料的力学性能、热震稳定性及耐磨性能的影响各异,其中纯铝酸钙水泥作结合剂的试样综合性能最优。(3)钢纤维的加入能显著提高莫来石-碳化硅浇注料的力学性能、抗热震性能和耐磨性能,其种类以熔抽弯月型为佳,加入量为2vol%时增强增韧效果最好。(4)将金属铝粉引入莫来石-碳化硅材料中能促进烧结,提高材料的强度和体积密度,加入量以6wt%的试样综合性能最好;材料内的金属铝粉在850℃氮化后生成六边形的AlN结合相,1000℃氮化后形成长约2mm~10mm,直径约5nm~100nm的AlN晶须,其增强增韧效果显著,试样高温抗折强度可达39.6MPa;减小金属铝粉的粒径和添加催化剂能进一步促进AlN的原位生成,其中,添加纳米Fe粉为催化剂,试样中金属Al粉在600℃氮化形成AlN薄膜,850℃氮化形成了AlN晶须。(5)钢纤维增韧浇注料的增韧机理主要是通过与浇注料的粘结力、界面摩擦力和锚固力等形式增加材料的断裂能,提高材料的抗裂能力;原位生成的AlN晶须以交叉结构分布于材料基质中,通过晶须拔出和晶须桥联等增韧机制增加材料的韧性。
【关键词】：干熄焦炉 斜道支柱耐火材料 钢纤维 原位生成AlN晶须 增强增韧
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ522.15;TQ175.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 前言10-11
• 1 文献综述11-22
• 1.1 干熄焦概述11-12
• 1.2 干熄焦炉斜道区耐火材料研究现状12-13
• 1.2.1 干熄焦炉斜道区耐火材料发展12-13
• 1.2.2 干熄焦炉斜道区耐火材料的损毁13
• 1.3 莫来石-碳化硅材料的研究13-16
• 1.3.1 力学性能14
• 1.3.2 热震稳定性能14-16
• 1.3.3 耐磨性能16
• 1.4 陶瓷基复合材料增强增韧研究现状16-21
• 1.4.1 纤维增韧16-17
• 1.4.2 晶须增韧17-18
• 1.4.3 相变增韧18
• 1.4.4 增韧机理18-21
• 1.5 课题研究目的及内容21-22
• 2 干熄焦炉斜道支柱耐火材料损毁分析22-33
• 2.1 分析与表征方法22-23
• 2.2 结果与分析23-26
• 2.2.1 使用前莫来石-碳化硅制品测试分析23-25
• 2.2.2 使用后莫来石-碳化硅制品化学损毁分析25-26
• 2.3 有限元计算与分析26-32
• 2.3.1 控制方程26-27
• 2.3.2 有限元模型建立27-28
• 2.3.3 材料参数28
• 2.3.4 边界条件28-30
• 2.3.5 结果与讨论30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 钢纤维增强莫来石-碳化硅浇注料的研究33-47
• 3.1 实验33-34
• 3.1.1 实验原料33
• 3.1.2 实验方案33-34
• 3.2 不同结合剂对浇注料性能的影响34-39
• 3.2.1 常规物理性能34-35
• 3.2.2 孔径分布35-36
• 3.2.3 高温抗折强度36-37
• 3.2.4 热震稳定性37
• 3.2.5 耐磨性能37-38
• 3.2.6 显微结构分析38-39
• 3.3 钢纤维种类对莫来石-碳化硅浇注料性能的影响39-43
• 3.3.1 常规物理性能39-40
• 3.3.2 高温抗折强度40-41
• 3.3.3 热震稳定性41-42
• 3.3.4 耐磨性能42
• 3.3.5 显微结构分析42-43
• 3.4 钢纤维加入量对材料性能的影响43-46
• 3.4.1 常规物理性能43-44
• 3.4.2 高温抗折强度44-45
• 3.4.3 热震稳定性能45
• 3.4.4 耐磨性能45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 原位生成氮化铝晶须增强莫来石-碳化硅材料的研究47-61
• 4.1 实验47
• 4.2 金属铝粉加入量对材料性能的影响47-51
• 4.2.1 物相分析48
• 4.2.2 常规物理性能48-49
• 4.2.3 高温抗折强度49-50
• 4.2.4 热震稳定性能50-51
• 4.3 金属铝粉粒径及氮化温度对材料性能的影响51-55
• 4.3.1 物相分析51
• 4.3.2 显微结构分析51-53
• 4.3.3 常规物理性能53-54
• 4.3.4 高温抗折强度54-55
• 4.3.5 热震稳定性能55
• 4.4 催化剂对材料氮化过程的影响55-60
• 4.4.1 常规物理性能56-57
• 4.4.2 高温抗折强度57
• 4.4.4 热震稳定性能57-58
• 4.4.5 显微结构分析58-59
• 4.4.6 催化机理分析59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 钢纤维与AlN晶须增强增韧机理分析61-71
• 5.1 实验测试61-64
• 5.1.1 楔入劈裂试验61-62
• 5.1.2 示差法高温应力-应变试验62-64
• 5.2 结果与分析64-68
• 5.2.1 载荷-位移曲线64
• 5.2.2 断裂能64-65
• 5.2.3 应力-应变曲线65-67
• 5.2.4 变形量-温度曲线67-68
• 5.3 钢纤维增韧分析68
• 5.4 AlN晶须增韧分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 总结论71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-78
• 附录1 攻读硕士学位期间的研究成果78

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本文编号：854422