复合型长水口耐火材料是指保持长水口的铝碳材质不变,内衬为一定厚度的隔热层耐火材料。通过调整内衬耐火材料使之适应多种冶炼环境,如采用刚玉复合或者熔融石英或者电熔莫来石、熔融石英和氧化铝复合等耐火材料与铝碳本体复合的结构设计。
复合型耐火材料结构示意图
下文为科瑞耐火材料厂整理分享的,关于复合型长水口耐火材料功能性分析介绍。
复合型长水口内衬材料紧紧附着在本体表面,开始浇钢时,内衬温度急剧增加,并且受热膨胀,产生较大的热应变。此时,内衬耐火材料通过界面向本体材料施加应变载荷,本体内侧材料因此受到拉应力,而内衬耐火材料则受到本体材料反作用的压应力。因而,内衬耐火材料既能充当本体材料的热阻,缓冲热应力,也能通过热应变对本体材料施加应变载荷,使本体材料产生应力。首先假设复合长水口本体受两种应力作用,一是本身受热产生的应力,二是内衬受热膨胀施加给本体的应力。为了分析这两种作用对本体材料最大热应力影响的大小。需要假设两种理想状况:
(1)内衬耐火材料仅起到热阻作用,并不对长水口产生作用力,长水口本体由于自身的热应变而产生应力;
(2)长水口本体仅由内衬耐火材料通过界面层对本体施加应变载荷。
对复合内衬的长水口进行分析发现,浇钢瞬间高温区域全部集中在内衬部分,此时内衬温度迅速升高,急剧膨胀,而长水口本体温度尚未变化,热应变很小,内衬施加给本体材料的应力较大;之后,热量通过界面区域向本体材料扩散,本体材料的温度逐渐升高,开始膨胀,内衬相对于本体的应变减小,从而导致内衬应变引起的应力进入缓慢降低的过程,同时随着本体温度升高,其自身热应力开始增加;紧接着,界面处的温度基本均匀,内衬相对本体材料的应变很小,此时内衬材料施加给本体的作用力很小,而本体材料因为颈部的结构突变产生的温度梯度导致了较大的热应力;随着热量向长水口碗口部分进行扩散,颈部温度梯度持续小幅度降低。最后,颈部的温度梯度进入相对稳定的状态。
复合长水口的结构和性能参数是影响热应力大小的关键参数。本体厚度较小时,复合长水口的热冲击应力较大;当厚度增加到一定值时,热冲击应力变化不大;对特定的复合长水口,本体应有其最佳厚度值。内衬厚度较小时,复合长水口最大热应力较大;当厚度适宜时,最大热应力较小;然后随着内衬厚度的增加,最大热应力有增加的趋势,因此,对于特定的长水口,内衬的复合厚度应有最佳值,此时最大热应力最小,长水口的抗热震性最佳。本体的弹性模量与复合长水口的最大热应力呈线性关系,因此应选用低弹性模量的本体材料。本体热导率越高,其受热冲击时最大应力越小;线膨胀系数越大,受热冲击时应力越大。内衬热导率对材料的最大热应力影响也较大,内衬热导率越小,本体材料的热冲击应力越小;内衬线膨胀系数增大、弹性模量增大也会导致复合长水口的最大热应力增大。因此高抗热震性复合长水口设计规则是本体材料低膨胀、低弹性模量和高热导,内衬耐火材料低膨胀、低弹性模量和低热导,适宜本体和内衬厚度。
内衬耐火材料通过界面向本体材料施加应变载荷,本体材料因此受到拉应力,而内衬耐火材料则受到本体材料反作用的压应力。因而,内衬耐火材料既能充当本体材料的热阻,缓冲热应力,也能通过热应变对本体材料施加应变载荷,使本体材料产生应力。内衬材料参数的变化,所引起的本体材料最大热冲击应力的改变是这两种效应综合作用的结果。