钢铁冶炼用耐火材料的使用性能试验介绍,由耐火材料厂家整理分享。
钢铁冶炼用耐火材料受到钢水冲击时,会产生较大的热应力,要求耐火材料具有优良的抗热震性,其热震性不仅与材料的热物理性能有关,而且结构也是影响抗热震的重要因素。
一般通过水冷、空冷、浸渍熔融金属等可以检测材料的抗热震性,但耐火材料为形状各异的结构器件,产生的结构热应力难以通过常规方法检测,阻碍了耐火材料的进一步发展。
进行模拟试验对真实物理系统进行数值模拟,广泛用于耐火材料的热传导、流体等方面的研究。利用有限元模拟可以计算耐火材料使用时的热应力,研究材料、结构对其抗热震性的影响。将有限元数值模拟应用于耐火材料可缩短设计和分析的循环周期;通过优化设计,可找出产品设计最佳方案,降低材料的消耗或成本;在产品制造或使用前预先发现潜在的问题;模拟各种试验方案,减少试验时间和经费等。
耐火材料的结构对钢包、中间包和结晶器内的钢水流场有重要影响,但涉及的钢水温度高,直接测量和观察钢液的流动行为,不仅在测量技术方面有难度,而且研究费用高昂,难以研究耐火材料对钢液行为的影响,其功能的设计和优化也受到较大的限制。为此人们通常采用模拟方法对钢包、中间包及结晶器内的钢液流动进行模拟研究,包括有限元数值模拟和物理模拟。物理模拟一般采用水模拟钢水,通过调整结构、配置等研究耐火材料对钢包、中间包、结晶器内流场的影响,以达到优化设计、改善冶金功能的目的。
决定耐火材料服役寿命的是其抗侵蚀性,在钢水、熔渣或两者综合作用下耐火材料逐渐发生侵蚀,侵蚀速率的大小决定了服役寿命的高低。一般通过现场试验可直接检测出材料的服役寿命,但存在的不确定因素较多,容易影响钢铁生产,甚至产生安全等问题,尤其对于耐火材料来说对钢铁的生产影响更大。
因此,鉴于一般的耐火材料抗侵蚀方法难以有效地准确的钢铁冶炼用耐火材料的使用环境,为了在耐火材料开发阶段检验材料的抗侵蚀性,研究钢水、熔渣等与耐火材料的作用机理,需采用与真实环境更为接近的高温模拟方法。
耐火材料研究与开发需要综合考虑抗热震性、抗侵蚀性和功能,这就需要利用数值模拟、流场模拟和高温模拟技术形成“三位一体模拟”的研究方法,辅助材料的开发和研究,通过数值模拟研究材料和结构对最大热应力的影响:利用高温模拟技术明确侵蚀机理并对材料抗侵蚀性进行优化;采用流场模拟研究耐火材料结构对涉及高温容器流场以及夹杂物运动等的影响,优化其功能性。