梯度耐火材料的设计及其在渐变温度场下的热应力分析

发布时间：2025-07-02 04:28

　　作为炉衬使用的耐火材料在服役过程中,自身存在渐变温度场,温度及某些内在的化学反应使材料产生膨胀或收缩,不同部位相互约束产生热应力,当其大于材料本身强度时,将产生不同形式的破坏,但渐变温度场对未烧成耐火材料具有一定的利用价值。因此,本课题从热应力与热膨胀性能的关系出发,得出理想热膨胀性能曲线,对不同材质耐火材料的热膨胀性能进行了研究,并根据理想曲线确定研究主材质,确定以轧钢加热炉用粘土砖为研究对象,通过改变材料的成分与结构,研究其对热膨胀性能的影响,利用ANSYS有限元法分别对不同成分和不同结构的材料进行复合,分别形成成分梯度和结构梯度耐火材料,对复合前后的试样进行温度、应力的模拟分析研究。研究得出以下结论:(1)理想热膨胀系数随温度升高而减小,且曲线斜率不断减小;理想热膨胀率曲线近似一条水平直线。600 oC处理后,石英质、焦宝石质材料热膨胀系数随温度升高而减小,与理想曲线变化趋势一致;刚玉尖晶石质、高铝质、莫来石质、镁质耐火材料随温度升高先增大后减小,参考理想曲线变化趋势,确定焦宝石质材料为研究主材质。(2)利用成型压力形成的气孔率梯度较小,结构梯度DT1(高温面到低温面越来越致密)的...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
引言
第一章 文献综述
    1.1 耐火材料热应力
    1.2 梯度功能耐火材料
        1.2.1 梯度功能耐火材料的提出
        1.2.2 梯度功能耐火材料的应用研究
    1.3 有限元模拟仿真技术在耐火材料中的应用
        1.3.1 有限元模拟仿真技术
        1.3.2 有限元法在耐火材料的研究现状
    1.4 课题目的和意义及主要研究内容
        1.4.1 课题目的和意义
        1.4.2 主要研究内容
第二章 试验
    2.1 试验原料及设备
        2.1.1 试验原料
        2.1.2 试验设备
    2.2 试验方案
        2.2.1 材质的选择
        2.2.2 结构梯度的设计及有限元分析
        2.2.3 成分梯度的设计及有限元分析
        2.2.4 利用ANSYS对试样的温度场及应力场的模拟分析
    2.3 试样制备工艺流程
    2.4 性能检测
        2.4.1 常规物理性能
        2.4.2 热物性参数
第三章 材质的选择
    3.1 理想材料的热膨胀性能
    3.2 各材质耐火材料的热膨胀性能
        3.2.1 相同材质耐火材料在烧成处理前后的热膨胀性能
        3.2.2 不同材质耐火材料烧成前后的热膨胀性能
    3.3 本章小结
第四章 结构梯度的设计及有限元分析
    4.1 基于成型压力形成结构梯度的有限元分析
        4.1.1 试样热物理性能
        4.1.2 均一结构试样的热应力分析
        4.1.3 结构梯度试样的热应力分析
    4.2 基于造孔剂加入量形成结构梯度的有限元分析
        4.2.1 试样热物理性能
        4.2.2 均一结构试样的热应力分析
        4.2.3 结构梯度试样的热应力分析
    4.3 致密性与试样热应力关系
    4.4 小结
第五章 成分梯度的设计及有限元分析
    5.1 莫来石成分梯度
        5.1.1 试样热物理性能
        5.1.2 均一成分试样的热应力分析
        5.1.3 成分梯度试样的热应力分析
        5.1.4 小结
    5.2 红柱石成分梯度
        5.2.1 试样热物理性能
        5.2.2 均一成分试样的热应力分析
        5.2.3 成分梯度试样的热应力分析
        5.2.4 小结
    5.3 广西白泥成分梯度
        5.3.1 试样热物理性能
        5.3.2 均一成分试样的热应力分析
        5.3.3 成分梯度试样的热应力分析
        5.3.4 小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：4055236