Welche Faktoren beeinflussen die Thermoschockbeständigkeit von unbegrenzt feuerfesten Gussteilen?

Unbegrenzte feuerfeste Gussteile ist ein feuerfestes Material, das häufig in Hochtemperaturindustrien verwendet wird. Es weist eine starke Plastizität auf und kann an unterschiedliche Anwendungsumgebungen angepasst werden. Dieses Material wird hauptsächlich in den Bereichen Stahl, Glas, Zement, Petrochemie und anderen Bereichen verwendet und spielt eine schützende Auskleidungsrolle in Hochtemperaturgeräten. Eine der wichtigen Eigenschaften dieses Materials ist die Thermoschockbeständigkeit, die darüber entscheidet, ob es bei extremen Temperaturschwankungen seine strukturelle Stabilität aufrechterhalten kann. Im Folgenden werden die Hauptfaktoren, die die Thermoschockbeständigkeit von unbestimmten feuerfesten Gussmassen beeinflussen, im Detail vorgestellt.

1. Zusammensetzung der Materialien
Die Temperaturwechselbeständigkeit von Indefinite Refractory Castables hängt weitgehend von der Zusammensetzung seiner Materialien ab. Zu den üblichen Bestandteilen gehören feuerfeste Zuschlagstoffe, Bindemittel und Zusatzstoffe.
Feuerfeste Zuschlagstoffe: Materialien wie Bauxit und Magnesia mit hohem Aluminiumoxidgehalt können die Hochtemperaturfestigkeit des Materials verbessern. Die Größenverteilung und Form der Aggregatpartikel sowie der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials selbst beeinflussen die Temperaturwechselbeständigkeit. Im Allgemeinen bilden feinkörnige Zuschlagstoffe eher eine dichte Struktur und verbessern dadurch die Temperaturwechselbeständigkeit.
Bindemittel: Zement oder Polymer mit hohem Aluminiumoxidgehalt ist ein übliches Bindemittel. Bindemittel spielen eine Rolle bei der Bindung und strukturellen Unterstützung in feuerfesten Materialien, aber verschiedene Arten von Bindemitteln haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Temperaturwechselbeständigkeit. Bessere Bindemittel können thermischen Ausdehnungsspannungen bei Temperaturänderungen wirksam widerstehen und verhindern so die Bildung von Rissen.
Zusatzstoffe: Durch die Zugabe von Spurenelementen wie Quarzpulver und Aluminiumoxid können die Dichte und Stabilität des Materials erhöht werden. Diese Additive können dazu beitragen, die thermische Spannung im Inneren des Materials zu reduzieren und das Risiko von Materialrissen bei Temperaturänderungen zu verringern.

2. Wärmeausdehnungskoeffizient
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials bestimmt direkt das Ausmaß seiner Dimensionsänderung bei Temperaturänderungen. Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials zu groß ist, kann es aufgrund der Volumenausdehnung oder -kontraktion bei starken Temperaturänderungen leicht zu Rissen kommen.
Bei der Temperaturwechselbeständigkeit von unbegrenzt feuerfesten Gussmassen muss die Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien berücksichtigt werden. Durch die rationelle Auswahl verschiedener feuerfester Materialkomponenten und die Optimierung der Wärmeausdehnungskoeffizienten jeder Komponente können die Spannungen zwischen verschiedenen Materialien effektiv reduziert und dadurch die gesamte Temperaturwechselbeständigkeit verbessert werden.

3. Dichte der Materialien
Die Dichte von unbestimmten feuerfesten Gussmassen ist ein weiterer wichtiger Faktor, der sich direkt auf die Temperaturwechselbeständigkeit auswirkt. Materialien mit hoher Dichte können das Vorhandensein von Poren reduzieren, wodurch das Material widerstandsfähiger gegen Risse bei hohen Temperaturen und in Umgebungen mit schnellem Abkühlen und Erhitzen wird.
Geringe Porosität: Poren sind Schwachstellen im Material und können zu Spannungskonzentrationspunkten werden. Wenn sich die Temperatur schnell ändert, ist die Spannung um die Poren groß, was zu Rissen führen kann. Daher kann die Kontrolle der Materialdichte die Thermoschockbeständigkeit erheblich verbessern, indem das Vorhandensein von Poren und Rissen verringert wird.
Strukturdichte: Während des Bauprozesses kann durch geeignete Vibrationsbehandlung und Formtechnik die Struktur des Materials dichter gemacht, das Vorhandensein von Hohlräumen im Inneren vermieden und so die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert werden.

4. Anzahl der Thermoschockzyklen
Das Material durchläuft während des Gebrauchs mehrere Thermoschockzyklen, d. h. die Temperatur sinkt weiter von hoher Temperatur auf niedrige Temperatur und steigt dann von niedriger Temperatur auf hohe Temperatur an. Die Anzahl und Amplitude der Thermoschockzyklen haben einen wichtigen Einfluss auf die Thermoschockbeständigkeit.
Geringe Anzahl von Thermoschocks: Bei einer bestimmten Anzahl von Thermoschocks kann es sein, dass das Material keine offensichtlichen Risse aufweist. Mit zunehmender Anzahl der Thermoschocks weiten sich die Mikrorisse im Material jedoch allmählich aus, was schließlich zum Materialversagen führt. Daher ist die Auswahl von Materialien, die hohen Temperaturen und mehreren Thermoschockzyklen standhalten, ein wichtiges Mittel zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit.
Thermoschock-Temperaturunterschied: Wenn die Temperaturänderung zu groß ist, steigt die thermische Spannung im Inneren des Materials stark an, insbesondere wenn die Oberflächen- und Innentemperaturen ungleichmäßig sind, wird die thermische Spannung deutlicher sichtbar und führt zu Rissen. Daher müssen unbestimmte feuerfeste Gussteile eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die durch Temperaturunterschiede verursachte Spannungskonzentration zu reduzieren.

5. Haftfestigkeit
Die Thermoschockbeständigkeit eines Materials hängt eng mit der Bindungsstärke seiner inneren Struktur zusammen. Je höher die Bindungsstärke, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material bei äußerer thermischer Belastung reißt.
Materialstärke und Zähigkeit: Feuerfeste Materialien müssen eine gewisse Festigkeit und Zähigkeit aufweisen, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Wenn die Festigkeit des Materials nicht ausreicht, ist es wahrscheinlich, dass die thermische Belastung ihren Toleranzbereich überschreitet und es zu Materialschäden kommt. Werkstoffe mit guter Zähigkeit können einen Teil der thermischen Spannung aufnehmen und eine Rissausbreitung verhindern.
Grenzflächenbindung: Indefinite Refractory Castables bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, sodass die Grenzflächenbindungsstärke zwischen verschiedenen Materialien auch die gesamte Temperaturwechselbeständigkeit beeinflusst. Wenn die Haftfestigkeit an der Grenzfläche nicht ausreicht, kann es bei drastischen Temperaturänderungen leicht zu einer Delaminierung oder einem Abfall des Materials kommen.