電熔鋯剛玉材料的性能及制備模擬研究.pdf

1、電熔鋯剛玉耐火材料是常用的玻璃窯筑窯材料。隨著玻璃行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，其質(zhì)量也需要不斷提高。氣孔、縮孔縮松、裂紋掉角等鑄造缺陷的產(chǎn)生，降低制品抗侵蝕性能，影響成品率和使用壽命。為解決上述問(wèn)題，本文以33#電熔鋯剛玉磚為對(duì)象，研究材料導(dǎo)熱和流動(dòng)性能變化，結(jié)合高溫顯微結(jié)構(gòu)對(duì)其機(jī)理進(jìn)行分析。并采用逆向倒推手段，將結(jié)果應(yīng)用于模擬邊界設(shè)置。通過(guò) AnyCasting軟件建立有限差分模型，研究生產(chǎn)過(guò)程中澆注溫度、澆注時(shí)間、砂型材料、保溫材料對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)

2、力場(chǎng)的影響，提出改善制品質(zhì)量的工藝方案。結(jié)論如下：
　?。?）材料的導(dǎo)熱能力隨溫度的升高而降低，受氧化鋯相變、玻璃相熔化等因素影響，1000℃-1400℃導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生11.80％波動(dòng)，1750℃時(shí)達(dá)5.978 W·m-1·K-1。氧化鋁、氧化鋯顆粒高溫下的熔解增加了材料的流動(dòng)阻力。1800℃時(shí)，熔體的粘度為2.37mPa·s。
　　（2）通過(guò)高溫掃描顯微鏡、XRD、DSC等，研究變溫過(guò)程中氧化鋯和玻璃相行為。結(jié)果表明：氧化鋯

3、 m→t的轉(zhuǎn)變發(fā)生在1172℃-1172.6℃、1190.1℃-1199.5℃兩個(gè)階段，第一階段伴隨著玻璃相的熔化析出，體現(xiàn)了相變反應(yīng)具有熱滯性。氧化鋯t→m的逆向反應(yīng)發(fā)生在993.7℃-974.2℃，伴隨著玻璃相凝固。
　?。?）通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)材料澆注成型過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行研究，探討澆注溫度、澆注時(shí)間、砂型材料、保溫材料對(duì)鑄件致密性的影響。結(jié)果表明：澆注時(shí)間是控制氣孔形成的關(guān)鍵因素，砂型材料、澆注溫度、保溫材料影響鑄件逐層凝固的

4、方式，控制縮孔縮松的形成。采用澆注溫度1770℃、澆注時(shí)間20s、硅砂（B）砂型（1000℃導(dǎo)熱系數(shù)1.50 W·m-1·K-1）以及粘土質(zhì)材料（F）保溫層（1000℃導(dǎo)熱系數(shù)1.04 W·m-1·K-1）的模擬方案后，澆注面上氣孔明顯減少，縮孔深度為優(yōu)化前的1/4。通過(guò)氣孔、縮孔統(tǒng)計(jì)以及退火曲線對(duì)比，驗(yàn)證了該方案的可行性。
　?。?）以溫度場(chǎng)結(jié)果為載荷，通過(guò)熱力耦合計(jì)算對(duì)材料澆注成型過(guò)程的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行研究，探討澆注溫度、澆注時(shí)間、

5、砂型材料、保溫材料對(duì)鑄件熱應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：砂型材料是控制鑄件溫度梯度及應(yīng)力分布的關(guān)鍵因素，澆注溫度和保溫材料也有一定影響。鑄件600mm棱邊1/3-1/2位置、600mm×400mm表面1/3位置以及頂角位置，容易開(kāi)裂。鑄造工藝應(yīng)力場(chǎng)優(yōu)化結(jié)果同樣是：澆注溫度1770℃、澆注時(shí)間20s、硅砂（B）砂型（1000℃導(dǎo)熱系數(shù)1.50 W·m-1·K-1）以及粘土質(zhì)材料（F）保溫層（1000℃導(dǎo)熱系數(shù)1.04 W·m-1·K-1）。此時(shí)鑄