烧结材料

烧结材料（共12篇）

烧结材料 篇1

建筑物的耗能分“建筑耗能”和“使用耗能”两部分。

建筑耗能包括建筑物在建设过程中一切建筑材料的生产能耗和施工中的材料运输、提升、加工所需要的能耗。这种耗能是一次性的, 不论有多少一旦建筑物完工投入使用就不再发生。使用耗能是人们在使用建筑物时, 冬天取暖, 夏天降温所使用的能耗, 它是和建筑物的使用时间长期共存的不断需要的能耗。而且随着人们生活水平和生活质量的提高, 这种能耗也不断“升级”。以致一些城市在酷暑和严寒时节用电负荷不断刷新, 有时还造成“电荒”。

在民用建筑中, 墙体质量约占建筑物总质量的一半。而且墙体特别是外墙 (围护墙) 又是减少和隔断热量传递的唯一屏障。所以降低建筑物的使用能耗首先应该考虑的是墙体, 特别是外墙。混凝土和烧结砖是最常用的墙体材料。下面对两种墙体材料进行比较。

1 建筑耗能

在水泥生产中烧成1 kg熟料需要820 kcal热量。水泥中的熟料掺入量约为80%, 则每1 kg水泥耗热约为656 kcal, 与此同时, 每生产1 t水泥需耗电约90kWh, 由于1 k Wh=3.6×106J, 1 kcal=4.1868 kJ, 以此计算1 kWh等于859.845 kcal, 约合0.122 kg标准煤的发热量。而在热电厂中每生产1 kWh的电力的实际煤耗远不止此。以此计算每生产1 kg水泥耗热为733.386kcal, 目前国内烧结砖的烧成热耗约为每1 kg制品320kcal, 低的只有220 kcal～280 kcal, 高的达400 kcal或更多。

生产电耗差距更大, 有的小厂万砖 (折普通砖) 才100 kWh, 一般手工码坯或一台简单码坯机的工厂约为250 kWh左右, 机械化程度高的在600 kWh以上。我们按每公斤焙烧耗热320 kcal, 万块砖电耗250 kWh和万块普通实心砖重25 t计算, 烧结砖1 kg制品耗能约为329 kcal。

在墙体中, 水泥是以混凝土的形式出现的, 烧结砖是以与水泥砂浆的组合体形式出现的。另外国家标准规定承重砖的最小抗压强度为MU10, 因此也以抗压强度为MU10的混凝土为例 (实际生产中采用的混凝土的抗压强度远远大于MU10, 其每1 m3混凝土所耗用的水泥也多得多) 进行对比。把它们在1 m3墙体中所使用的数量和墙材能耗分别列出对比见表1。

注: (1) 建筑定额规定每立方米砖砌体需用普通实心砖531块, 是包括工地损耗在内, 表中未计; (2) 建筑定额规定强度为MU7.5的水泥沙浆水泥用量为239 kg/m3。

从表1中可以发现烧结砖砌筑的墙体其能耗比混凝土大得多, 其中普通实心砖高出了3.12倍, KP1型多孔砖高出2.65倍, 就连孔洞率高达50%的大块空心砖也高出1.845倍。是不是我们就可以得出结论说:“烧结砖是高耗能的墙体材料呢?”答案是否定的。

2使用耗能

建筑物的使用耗能是指在建筑物中生活的人们冬季取暖, 夏天降温所消耗的能量。

要保持建筑内有一个基本恒定的温度, 就必须使其围护墙体能阻止外界热气及寒气的侵入, 即墙体有足够的阻止热流通过的能力。墙体阻止热量通过的能力用其传热系数来表示。传热系数越大, 表明其可以通过的热量又多又快, 阻止热量通过的能力越小, 保温性能也越差。

墙体的保温性能主要取决于该墙体所用墙体材料的保温性能。

墙体材料的保温性能是以其导热系数来表示的, 导热系数越大表明其传递热量的性能越好, 其保温性能也越差。几种常用墙体材料的导热系数见表2。

砌筑墙体的保温性能往往低于其所用墙材的保温性能, 这是因为墙体上纵横密布的用水泥沙浆构成的灰缝给热量留下了许多快速通道——热桥, 从而降低了墙体的保温性能。因此, 尽可能的加大烧结砖 (砌块) 的外形尺寸减少砌筑灰缝——热桥, 是最大限度的发挥各种烧结砖 (砌块) 的保温性能的主要措施。

同样的烧结砖, 如果原料不同导热系数也不同, 从表2可见烧结粉煤灰实心砖的导热系数只有烧结黏土实心砖的62%, 煤矸石烧结多孔砖的导热系数就比同种烧结页岩多孔砖小0.03%～0.09%, 但同一种原料的烧结砖其导热系数相差不大。

烧结多孔砖、空心砖的较好的保温性能是依靠其孔洞中相对静止的空气阻断了热流通道。热量只能从砖的一个面经曲折而窄小的砖体中的肋和砖壁艰难前行。实践证明:矩形 (条形) 孔的多孔砖和空心砖比圆形孔的保温性能好, 有规则错位排列的多孔砖、空心砖的保温性能更好, 就因为后者的热流通道更曲折、更窄小, 热流通过更困难。

据悉:成都市近年生产的具有自保温性能的多孔砖、空心砖的导热系数小于0.2 W/m·K, 以其作为外墙建成的民居, 在当地气温条件下室内基本可以不需另外取暧、降温, 而维持一个较为适当的温度。

在华北地区, 采用传统墙材砌筑建筑物外墙时, 按80年民用住宅建筑设计标准, 其室内每年每㎡建筑面积的取暖、降温能耗为31.5 kg标准煤。使用新型墙体材料砌筑外墙的建筑物其每㎡建筑面积室内一年取暖、降温的能耗为15.8 kg～22 kg标准煤, 下降约30%～50% (即下降9.5 kg～15.7 kg标煤/m2/年, 按节能50%计算) 。

根据上述河北省的资料, 该民居采用新型墙体材料建筑时将比采用传统墙体材料每年可节约建筑物的使用耗能 (冬季取暖、夏季降温的耗能) 950 kg～1 580 kg的标准煤, 在其50年的使用期内, 可减少使用耗能达47.5 t～79 t标准煤 (按节能50%计算) 。

据数据统计, 对于民居1 m2建筑面积约需占用0.4 m3的墙体, 如果是一个建筑面积为100 m2的民居墙体约为40 m3。当使用几种不同墙体材料时, 其墙材耗能对比见表3。

该民居如采用钢筋混凝土墙体 (剪力墙) 建筑时, 其墙体耗能将比采用普通实心砖时减少1798.8 kg标准煤 (未算钢材耗能) 。但其导热系数为普通实心砖的2.15倍, 而墙体的保温性能和其所用墙体材料的导热系数成反比, 则其一年的使用耗能可能是普通实心砖墙体的2.15倍, 只按70%计算也有1.5倍, 则其一年的使用耗能将比采用普通实心砖多1575 kg标准煤, 其在50年使用期内要多耗78.75 t标准煤。

同理, 该民居如果采用烧结多孔砖为墙材时, 其墙材耗能又比普通实心砖少440 kg标煤, 而其一年的使用耗能又比采用普通实心砖少630 kg标煤, 而在其50年使用期内的使用耗能少31.5 t标准煤!

如果该民居采用具有足够自保温性能的烧结自保温砖作外墙, 在正常情况下, 基本可以做到使用耗能为零, 则比用普通实心砖时1年可节约使用耗能3.15 t标煤, 比使用钢筋混凝土墙体1年节约可4.5 t标准煤以上。

因此, 我们完全可以理直气壮地说“烧结砖是节能的墙体材料中的十项全能选手”。

烧结材料 篇2

根据《烧结砖瓦工厂设计规范》(GB50701--2011)、《烧结砖瓦工厂节能设计规范》(50528—2009)等标准及文件中的有关条款,现将烧结墙体材料原材料的有关要求与规定摘录如下,供参考。

一、强制性条文

1、烧结砖瓦工厂严禁占用和利用农用地取土生产烧结砖瓦。

2、新建、扩建的烧结砖瓦工厂设计规模砖厂不应低于6000万块标砖/年，新建、扩建和改建烧结砖瓦工厂设计中必须采用人工干燥、隧道窑焙烧工艺，严禁采用国家已公布的限制类和淘汰类技术、设备和产品。

二、一般规定

1、烧结砖瓦工厂设计宜采用工农业废弃物、城市建筑及生活垃圾等替代部分原料和燃料。

2、原料的选择应遵循就地取材、因地制宜的原则，根据当地资源情况合理优化配制。

①

3、原料应由具有资质的实验室进行工艺性能试验，为工艺方案设计提供依据。

三、质量要求

1、烧结砖瓦原料混合料的放射性核数限量指标应符合现行国家标准《建筑材料放射性核数限量》GB6566的有关规定。

2、烧结砖瓦原料应测定矿物组成、物理性能和化学成分，综合分析判断原料制砖的可行性、原料对产品的适宜性以及适宜的工艺。

3、烧结砖瓦原料可以选用2种或2种以上可行原料进行配比，也可采用工艺措施对原料性能进行优化。

4、含有料礓石、石灰石的原料以及可溶性盐类含量高的原料，应经实验后确定其可行性。

四、废弃物的利用

1、烧结砖瓦工厂设计宜利用或掺配废弃物作为原料，应利用含能工业废渣作为原料兼燃料，综合利用资源和能源。

2、废弃物的利用应满足产品方案和产品质量要求。

3、煤矸石工艺性能与产品相配套时，宜以煤矸石为主要原料生产烧结煤矸砖。

4、以煤矸石为原料生产烧结砖时，其排放烟气中的含硫量应符合环保要求。

5、以粉煤灰为原料生产烧结砖时，应加入粘结剂。

6、在有条件的地区，应利用建筑基坑土、污泥等作为原料。

改善烧结矿产质量指标的研究 篇3

【关键词】烧结;改善;产质量;技术

0.前言

随着高炉铁产量的不断增加，高炉对烧结矿的需求也不断增加；同时，世界范围内钢材市场波动频繁，钢铁企业为了保证效益和增强竞争力对钢材质量的要求必然就会不断的提升。为满足高炉生产优质生铁的要求，烧结矿的质量也需要不断的改善。

综上所述，从烧结工艺上进行改善烧结矿产质量指标的研究显得意义深远。因此，本文就改善烧结矿产质量指标从工艺上进行了研究。

1.提高烧结矿产量的研究

1.1提高烧结机的利用系数

在烧结厂，烧结机是所有设备和工艺的核心，它的利用系数的高低直接或间接的影响烧结矿的产量。本研究在借鉴前人研究的基础上，从原料性能、和烧结工艺环节上进行了提高烧结机利用系数的研究，取得了显著成效。

1.1.1尽可能降低焦粉的平均粒度

借鉴韶钢烧结厂的研究，本研究从焦粉破碎流程及外部局限条件上作了分析和实验。韶钢烧结厂焦粉的平均粒度一直偏高,小于3mm粒级百分比一直偏低。

参照韶钢烧结厂焦粉粒度条件，为了加强焦粉破碎,可采取以下方法:

一、控制购进碎焦的上限粒度,要求小于15mm的焦粉所占比例不得低于90%，杜绝购进大于20mm粒度的碎焦。

二、提高对辊机和四辊机的破碎效率,使经对辊机破碎后的焦粉,其小于8mm的比例必须占90%以上;经四辊机上辊破碎后,小于5mm的粒级应占80%以上;四辊机下辊破碎完的焦粉,小于3mm的应占72%以上。

通过研究和生产实践，我们可以看出经过努力,焦粉粒度小于3mm的逐年提高，由于细粒度焦粉的提高,改善了焦粉在料层中的燃烧效率,加快了燃烧速度,燃烧前锋变窄,提高了料层的透气性,烧结利用系数得以提高，同时，烧结矿的产量大幅度提高。

1.1.2稳定原料的理化性能

原料理化性能的波动,对烧结利用系数极为不利。随着我国进口铁矿石原料的增多，各大烧结厂的原料再也不是单一的当地矿山矿石，而是由多种或进口或全国各地的矿石原料混合而成。这样的原料条件必然会使原料性能随着矿种的变动而变动，为了稳定原料的理化性能，我们可以建设大型原料场。通过原料场对原料进行混匀后再运往烧结厂生产,这样原料成分的波动就会控制在很合理的范围以内,使烧结利用系数稳定且有较大的提高。

1.2烧结固体燃料分加

所谓烧结固体燃料分加,也就是烧结料中所需燃料的一部分在一次混合以前加入,而另一部分则在混合料制粒后期加入。这种二次添加燃料的技术早在70年代就有不少研究和生产实践。

研究发现燃料分加能取得很好的效果,特别是能显著提高产量：

(1)将燃料外加在混合料颗粒表面,使燃料的表面不被细精矿所覆盖,有较大的活性反应面,在烧结过程中提高了燃烧速度,这是外加燃料烧结提高产量的主要原因。

(2)外加燃料能防止沙散性大的燃料对其它物料在成球过程中的阻碍作用,改善了混合料的制粒效果,从而改善了烧结料层的原始透气性,有利于提高产量。

(3)外配燃料改变了燃料在混合料中的分布状况和燃烧条件,能提高燃料的利用效果。

2.改善烧结矿质量的研究

烧结矿品位、烧结矿强度、烧结矿粒度组成、烧结矿冶金性能等对烧结矿质量有着直接的影响，下面就这几个方面和最近的SYP烧结增效剂改善烧结矿产质量进行分析研究。

2.1提高烧结矿品位

高炉生产实践表明:入炉矿石品位每提高1%,每吨铁减少渣量30kg,高炉利用系数将提高1%～5%,焦比降低2%～3%。研究发现为提高烧结矿品位可以采取措施如下:

(1)提高混匀粉品位。混匀粉作为烧结主要铁料,其铁品位的高低直接影响到烧结矿品位。提高进口高铁低硅铁矿(如含铁量高达65%以上的巴西粉矿、南非粉矿、印度粉矿等)配比,使混匀粉的铁品位从57-58%提高到63%左右,为提高烧结矿品位创造了较好的原料条件。

(2)增加生石灰和消石灰配比,减少石灰石配比,尽可能降低混合料中SiO2含量。

(3)强化原料、燃料的验收。针对铁料种类多、成分不一的现状,烧结厂应加强验收控制点的管理,严格按标准把关,并加强了无烟煤的验收工作,保证高的固定碳含量和低灰分。

2.2提高烧结矿强度,改善烧结矿粒度组成

提高烧结矿强度、改善烧结矿粒度组成、降低入炉粉末的具体研究可以从如下方面入手：

(1)改善混合料粒度组成,实现厚料层烧结厚料层烧结有助于提高烧结矿强度、降低燃耗和改善烧结矿的还原性。为了提高料层厚度,可以通过增设三次混合,增加混合料的造球时间,实施中子测水,采用九辊布料器偏析布料,实行燃料分加等小球团烧结技术,从而改善了混合料的粒度组成,提高了混合料的透气性,为厚料层烧结创造了较好的条件。

(2)完善整粒铺底工艺适合设备陈旧,工艺落后的老厂改造,烧结矿整粒后,其粒度组成均匀,强度大幅度提高,入炉粉末量明显降低。

(3)采用低负压点火技术。低负压点火有利于降低点火煤气消耗、改善烧结过程透气性,改善边缘点火效果,提高表层烧结矿强度。

(4)配加活性生石灰。工业试验表明:配加活性生石灰可改善烧结混合料粒度组成,降低混合料堆比重,提高烧结料中小球的热强度;活性生石灰配5%、烧结可增产6.31%。

(5)加强筛分设备的维护管理。为了提高整粒筛及沟下筛的筛分效率,可加强对筛分设备的点检与维护,及时发现并更新破损筛板,确保烧结矿粒度满足高炉的需要。使入炉烧结矿粉末明显下降。

2.3改善烧结矿的冶金性能

改善烧结矿的冶金性能可从以下几方面进行：

2.3.1低烧结矿FeO含量,提高还原性

如武钢采取提高烧结矿碱度，提高料层厚度，实行低水低碳操作，强化混合料制粒，控制烧结温度，减少磁铁精矿用量，二烧实行机上冷却等措施，取得了很好的成效[4]。

2.3.2降低低温还原粉化率

一般认为,RDI与烧结矿的FeO含量密切相关,FeO降低则RDI升高。武钢烧结厂为了既要提高烧结矿的还原性,又要降低RDI,除了对Al2O3、MgO、SiO2、FeO这些有较大影响的成分进行控制以外,还采用了在烧结矿表面喷洒CaCl2溶液的措施,使RDI比未喷洒时降低了30%以上。1998年又研究成功喷洒MgCl2溶液,现全厂烧结矿都在出厂前喷洒了MgCl2溶液,其效果比喷洒CaCl2更好,烧结矿的RDI-3115一般都在30%以下,满足了高炉要求。

3．结语

从上述研究可以看出无论是从提高烧结矿产量还是改善烧结矿质量指标方面，研究的的效果都非常可观。不仅烧结矿的产质量的指标明显改善，而且给企业带来了很好的经济效益。随着技术水平的不断提高和学科间的不断交叉，相信今后改善烧结矿的产质量指标的研究会更多，更有效果和经济价值。

【参考文献】

［１］葛西荣辉等.烧结过程中氧化氮及其他氮氧化物的排放.见:周取定等主编.第六届国际造块会议论文选.北京:中国金属学会,1994:318-331.

［２］郑玉春.《京都议定书》将对钢铁工业产生影响.世界金属导报,20051311.

［３］贺先新,翁得明.烧结固体燃料分加的研究.武钢技术,2002,40(4).

［４］方祥东.提高烧结质量的生产实践.湖南有色金属,2004.8,20(4).

新型烧结砖保温材料填充设备 篇4

德国WK公司生产的这种用于在素面烧结砖里填充聚氨酯的设备, 以便达到理想的复合材料节能保温的效果。这种烧结砖填充设备既可以作为独立的系统运行, 也可以组装在已有的烧结砖生产线上。另外, 对于以上两种方式的烧结砖填充设备, 该公司都可以提供安装。这种机器设计的最大生产能力是每小时生产1 500块尺寸为300 mm～490 mm×247mm×249 mm (W×L×H) 的填充砖。

设备由矿物纤维切割装置、传送和分离装置、灌注装置、矿物纤维绝缘材料填充机器人、转盘、分离和托盘包转机器人、工业安全系统以及西门子S7控制系统组成。

根据素面烧结砖的导热系数, 已填充好的矿物纤维或聚氨酯烧结砖的导热系数可以达到≤0.07 W/m·K。

烧结材料 篇5

2009年06月26日

烧结钕铁硼系永磁材料是用粉末冶金方法制造的。其工艺流程如下：

原材料准备→冶炼→铸锭→破碎与制粉→磁场取向与压型→烧结→回火→机加工与表面处理→检测。下面按工艺流程的顺序简介其工艺原理。

烧结钕铁硼系永磁材料的磁性能主要由Nd2Fe14B基体相来决定的。因为其磁极化强度Js(Js=μ0Ms，Ms为饱和磁化强度)和各向异性场HA主要取决于Nd2Fe14B相的化学成分。虽然剩磁Br、矫顽力Hci和磁能积(BH)max是组织敏感量，但Br的极限值是Js，Hci的极限值是HA，(BH)max的极限值是(Js2)/4μ0，所以合金成分设计和原材料选择是至关重要的。

熔炼的目的是将纯金属料(Fe、Nd、B-Fe、Dy、A1、Nb、Co、Cu等)熔化，并确保(1)所有的金属料熔清。纯Fe和金属Nd等的熔点较高，应设法使它们完全熔清；(2)合金的设计成分准确。造成成分不准确的原因是金属的挥发和氧化损失(总称烧损)。为此一般采用真空感应炉熔炼，真空度应达10-2～10-3Pa以上；(3)保证合金成分均匀；(4)确保合金干净，防止夹杂物和气体污染。

铸锭组织不仅对制粉、取向、烧结工艺，而且对粉末性质和最终烧结磁性能均有重要影响。没有优良的铸锭组织，就不可能制造出高性能烧结永磁体。铸锭组织是制约磁体性能的关键技术之一。良好的铸锭组织应是：柱状晶生长良好，其尺寸细小，富Nd相沿晶界均匀分布，但不得有大块的富Nd相，以及不存在α-Fe晶体。铸锭凝固是一个形核长大的过程。在结晶过程中，形核率越大，将有更多的晶核同时成长。这样，得到的片状晶尺寸会更细小。为了制造高性能Nd-Fe-B系永磁体，将铸锭组织的片状晶尺寸控制在5μm以下是较为理想的。

制粉目的是将大块合金锭破碎成一定尺寸的粉末。包括粗破和磨粉两个工艺过程。粗破碎方法有两种：一种是氢破碎(HD)，另一种是机械破碎。将粗破后的246μm～175μm(60～80目)的中等粉末研磨至3～4μm细粉，该种磁粉绝大多数为单晶体。一般采用球磨制粉或气流磨制粉两种方法。球磨制粉有滚动球磨、振动磨、高能球磨等。气流磨制粉是利用气流将粉末颗粒加速到超音速，使之相互对撞而破碎。目前生产规模较小的厂家用滚动球磨，多数Nd-Fe-B生产厂采用气流磨制造磁粉。

粉末磁场取向是制造高性能烧结Nd-Fe-B永磁体的又一关键工艺技术之一。烧结Nd-Fe-B系永磁体的磁性能主要来源于具有四方结构的Nd2Fe14B基体相，它是单轴各向异性晶体，c轴为易磁化轴，a轴为难磁化轴。对于单晶体来说，当沿其易磁化轴磁化时，有最大的剩磁Br=μ0Ms。如果烧结永磁体的各个粉末颗粒的c轴是混乱取向的，则得到的是各向同性磁体，Br=μ0Ms/2=Js/2，这是最低的。如果使每一个粉末颗粒的易磁化方向(c轴)沿相同方向取向，制成各向异性磁体，则沿粉末颗粒c轴取向的方向有最大的剩磁。在制粉阶段得到的3～5μm的粉末颗粒，一般来说它们是单晶体，但不是单畴体，所以粉末颗粒在磁场中的取向分两个阶段完成。第一阶段是各个粉末颗粒变成单畴体。第二阶段是磁畴内的磁矩转动过程。

粉末压形有两个目的：(1)将粉末压制成一定的形状与尺寸的压坯；(2)保持在磁场取向中所获得的晶体取向度。目前，普遍采用的压形方法有三种，即模压法、模压加冷等静压、橡皮模压(加冷等静压)。也可分为干压和湿压两种。

烧结过程是将Nd-Fe-B粉末压坯加热到粉末基体相熔点以下的温度约(0.70～0.85)T熔，进行保温处理一段时间。目的是提高压坯密度，改进粉末颗之间的接触性质，提高强度。使磁体具有高永磁性能的显微组织特征。烧结可粗略地分为固相烧结和液相烧结。

烧结材料 篇6

关键词： 冶金过程；工艺质量；烧结焊剂；凹坑；控制

中国分类号： TG423

Abstract： The metallurgical processes， welding arc behavior and usability quality control of fluorine basic type sintered flux were discussed. The results show that the silicon reduction reaction and manganese oxidation reaction in the drop reaction zone is the main. The carbon monoxide gas produced in the crystal part of molten pool is an important reasons of appear porosity or press hole inevitably in the weld metal. The arc shape of submerged arc welding should belong to the continuous and inactive type， and drop transfer is a typical flux wall guided transfer form. The water effects in the flux among many factors producing weld press hole are internal factors， and the other parameters influences are external factors. The control method taking reduce press hole tendency as a target is reasonable ， and its pertinence is clear.

Key words： metallurgical process； usability quality； sintered flux； press hole； control

0 前言

氟碱型烧结焊剂在埋弧焊工艺发展道路上，经历了逐渐被认可而后满意的工程应用过程，近年来所占焊材市场份额越来越多。然而并不是在所有的情况下该焊剂均能适应工程需求，在一些情况下，焊缝压痕、凹坑敏感性比较大，与个别牌号焊丝匹配时还出现熔敷金属抗拉强度偏低、不达标等现象。上述工艺质量问题的出现与焊剂的冶金过程相关，而焊剂的冶金过程亦与埋弧焊的电弧特性及熔滴过渡密不可分。迄今为止，介绍埋弧焊电弧和冶金特性较经典的文献，也仅限于上世纪80年代出版的有数几本[1-3]，进入本世纪以来，具有创新理论的相关文献甚少。为此，本文特意将氟碱型烧结焊剂（SJ101）的冶金过程、电弧行为与焊剂的工艺质量相联系，探讨焊剂的工艺质量影响因素和控制方法。该项研究对深入了解烧结焊剂的冶金机理，合理选用焊剂和匹配工艺，乃至开启焊剂性能改进新思路，具有一定的参考意义和实用价值。

1 氟碱型烧结焊剂的冶金过程

1.1 电弧空腔内的冶金过程

表1列出了埋弧焊试样的焊丝和熔敷金属化学成分实测结果。其中，试验条件：I=550～620 A，U=28～30 V，可以看出，与焊丝成分相比，熔敷金属成分中的Mn和C的含量减少了，而Si的含量增加了（P和S含量也有变化）。这是由于在氟碱型渣系中含有少量的SiO2。在熔滴反应区可能发生了下列反应：

上述3式均属于渗硅反应，但（2）式是典型的渗Si增氧反应，（3） 式是熔滴中的碳与熔渣中的SiO2反应可能生成CO气体。（1）式是焊丝中锰元素的氧化烧损反应，由于焊剂渣中加入（MnO）较少，锰的过渡系数通常不高，约为0.60左右，可以反映Mn氧化反应进行的激烈程度。

在熔滴反应区，主要是渗硅氧化和锰元素的氧化烧损反应，而且进行得比较激烈。在熔池反应区，上述反应也可能进行，但反应的激烈程度可能较弱。埋弧焊电弧空腔内充满了焊丝、焊剂熔化和加热后产生的气体（含金属和非金属矿物蒸汽）。

1.2 熔池反应区的冶金过程

在熔池金属与熔化的熔渣间进行下列冶金过程：式中 [FeO]——平衡时FeO在熔池金属中的浓度；

（FeO）——平衡时FeO在熔渣中的浓度；

L （T ） ——分配常数，其数值决定于温度、溶质FeO、熔池和熔渣两相的物理特性。

熔渣中的（FeO）向熔池金属中[FeO]转移，即发生：[FeO]←（FeO）过程，此为扩散氧化。该过程使熔池金属氧化，含氧量增加。熔池金属中的[FeO]向熔渣中（FeO）转移，即发生：[FeO]→（FeO）过程，此为扩散脱氧。该过程使熔池金属含氧量减小，熔池金属被脱氧。

在熔池反应区，或熔池的后部，温度较低，有利于扩散脱氧[FeO]→（FeO）过程的进行。虽然氟碱型焊剂熔渣中（FeO）较少，但氟碱型焊剂熔渣的分配常数L （T ）比酸性焊剂熔渣的小，因此该渣系焊剂的扩散氧化倾向比较大，焊剂对铁锈、氧化皮敏感。同时，氟碱型焊剂熔渣中（SiO2）较少，难以与熔渣中（FeO）生成复合化合物，实现扩散脱氧[FeO]→（FeO）过程的可能性很小。

需要指出的是，在熔池的结晶部分可能发生下列反应：

这是该类烧结焊剂焊缝中不可避免地出现气孔或压坑的重要原因。

2 氟碱型烧结焊剂的电弧行为与工艺质量

2.1 电弧形态和熔滴过渡形态

2.1.1 电弧形态

埋弧焊的电弧是掩埋在焊剂之中燃烧的如图1所示，从外部看不到电弧发出的弧光和电弧形态。早期有文献[1]探讨过该种焊接方法的电弧现象。认为电弧是在焊丝周围熔渣围成的“空腔”内燃烧，而且弧柱的一部分侧壁直接与熔渣接触，亦即弧柱部分地被熔渣构成的外壁所包围。因为受到电弧加热的焊剂要产生一些气体，以及熔池金属本身含有的碳与氧结合放出CO气体，因此可以想象在电弧区附近的气体行为是活跃的。但是埋弧焊电弧与气体中的电弧有本质上的差异。实心焊丝CO2 气保护焊时，电弧是在焊丝端头整个截面上产生的，同时熔滴在短路过渡瞬间会出现电弧瞬间熄灭现象，因此实心焊丝的电弧形态属于活动、断续型。而埋弧焊丝熔滴的过渡是沿“空腔”的渣壁向下滑落的，并未出现电弧瞬间熄灭现象，因此该类焊接方法的电弧形态应属于连续、非活动型。

2.1.2 熔滴过渡特性

埋弧焊电弧在焊剂空腔内燃烧，虽然电弧的引燃可能是短路过程，且短路时间非常短，但焊丝熔化金属的过渡方式却排除了短路过渡形态。文献[1]认为，埋弧焊中电磁收缩效应的作用力很大，相信其焊丝端部熔化金属是以颗粒状过渡的。X射线高速摄影观察表明，埋弧焊大部分熔滴呈渣壁过渡形态[3]。所谓渣壁过渡是指脱离焊丝末端的熔滴，沿空腔内壁滑落进入熔池的过渡方式（图2）。一般低速焊时，熔滴沿电弧前面渣壁过渡较多，焊接速度加快后，熔滴沿电弧后面渣壁过渡较多。此外，亦不排除少数熔滴以滴状直接过渡。熔滴的大小和过渡频率可能受到焊接电流和焊剂特性的控制，进而影响焊缝的成形等工艺质量。

2.2 工艺参数对焊剂工艺质量的影响

埋弧焊的电参数直接控制“空腔”内的电弧及熔滴过渡行为，进而影响它的焊接冶金过程和工艺质量。表2是在已给参数（I=450 A， U=30 V， ν=23 m/h， 焊丝伸出长度= 25 mm，电源极性：直流反接，焊剂厚度=25 mm，焊剂粒度：标准粒度）基础上，单参数变化时焊剂工艺质量试验结果。可以看出，在本文试验条件下（试验用参数幅度变化有限），焊接电流增大时主要影响焊缝余高量增高，电流过大还使焊缝压坑敏感。这是因为电流过大后熔滴细化，携带进入熔池的氢总量增多，同时熔深过大使熔池中气体逸出路径增大所致。电弧电压升高时电弧长度变长，电弧飘移不稳，由于电弧空腔受到焊剂保护，表面氧化色变化并不大，熔深减小、熔宽增大，有利于气体逸出，熔滴不被细化亦是压坑不太敏感因素之一。焊接速度增大时主要使熔宽变窄，若是速度过快时，熔池存在时间太短了，熔池中气体逸出条件恶化（尤其是熔池边缘气体逸出困难），很容易出压坑。焊丝伸出长度太长时，电阻热使焊丝熔化速度加快，焊缝余高增大，但对压坑影响不明显，这是因为焊丝伸出长度在有限范围变长，没有增大熔池中氢含量，也没有恶化氢的逸出条件。焊剂堆高厚度增大时，对工艺指标影响不太明显，但过厚时透气性受到阻碍，使焊缝压坑敏感。焊剂含水量升高时熔滴气爆干扰电弧使电弧不稳、弧气氧化使渣中氧化亚铁剧增使脱渣变差、表面氧化色加重、进入熔池的水分使焊缝压坑剧增。

焊剂粒度对工艺质量的影响较复杂。为了掌握焊剂粒度配比对工艺性的影响规律，采用直径φ4 mm的H08A焊丝和SJ101焊剂，在20 mm厚Q235钢板制成90°十字接头船形位置角接头上施焊，焊机型号为MZ-1000，直流反接，用三种焊剂在不同的焊接规范下施焊：①号焊剂为市售的SJ101烧结焊剂，虽说粗细粉混合，但该焊剂细粉较多；②号焊剂是把①号焊剂用20目筛子过后留在筛子中的较粗的焊剂；③号试样是把①号焊剂用20目筛子过后的细粉焊剂。试验结果见表3。可以看出，焊剂粒度对电弧稳定性、焊缝成形，以及脱渣性的影响并不明显，主要对焊缝中的压坑有影响。含有较多细粉的①焊剂对焊缝凹坑敏感；减少或去除细粉后的焊剂焊缝中的凹坑明显减少；全部为细粉的焊剂焊缝有凹坑，但比混合粉凹坑少；全细粉大电流焊接反而不出凹坑；全粗粉大电流焊接也不出凹坑。

含有较多细粉的焊剂对焊缝凹坑敏感的试验结果，与文献[1]中“全部为细粉焊剂时，具有较小的堆积密度，焊剂颗粒间空隙反而较多，其透气性较好”的观点不一致。原因是，在这种情况下，可能破坏了焊剂应有的粒度搭配及分布，致使焊剂的透气性变差。大电流焊接时，电弧空腔体积较大，不仅熔池存在时间相对较长，而且空腔内冲出的气体压力增大，无论全细粉焊剂或全粗粉焊剂的透气性都可能得以改善，焊缝表面凹坑倾向减小。不难看出，为了控制焊剂粒度对凹坑的影响，所用焊剂颗粒度大小比例要适度，搭配应均匀。大小粒度数量比例不当时反而使堆积密度增加，把颗粒间的空隙填死，堵住气体排出的通道，使焊缝表面产生凹坑的机会增加。不仅如此，焊剂颗粒度与焊接电流的匹配关系也是控制凹坑产生的可调因素。

从以上工艺参数对焊缝质量指标的影响看，主要的问题是焊缝中压坑倾向。其中影响最突出的参数首推焊剂中的水分，可以说，焊剂中水分的增大对应着压坑倾向的直线上升。其次是焊剂的粒度及粗细粉比例对压坑倾向的影响，情况比较复杂。再其次是焊接速度的影响。就压坑产生原理而论，焊剂中水分是内因，其他参数是外因。对脱渣性影响较为明显的是焊剂中的水分，然有文献报道[4]，焊接参数匹配不当也会影响脱渣性。

3 氟碱型烧结焊剂工艺质量的控制

氟碱型烧结焊剂涉及的工艺质量包括稳弧、成形、脱渣、焊接缺陷，以及熔敷金属化学成分、力学性能等方面。论文重点探讨用户反应强烈的、焊缝中压坑的控制。焊缝中凹坑控制的基本思路有两条：一是从源头上控制焊剂中的水分，尽量使焊剂含水量低于0.10%[5]；二是控制或改善熔渣中气体逸出条件。可供实际应用的凹坑控制原理如图3所示。当采用焊剂低水分控制时，应当尽量采用不含或少含结晶水的原材料，对含结晶水的原材料进行去除结晶水预处理，同时提高焊剂烘干温度和复烘温度。当采用控制熔渣中气体逸出条件时，可能有三条途径：一是适当增大熔渣的碱度，即在焊剂中加入适量碱性氧化物，使熔渣变稀，气体容易逸出；二是调整熔渣中氧化物种类和比例，即调整配方设计，适度降低熔渣粘度，或调整熔渣熔点到最佳或较好，有利气体逸出；三是适当减慢焊接速度，延长熔池存在时间，改善熔池中或熔池与熔渣界面间气体逸出条件。如此这样，焊缝中的压痕、凹坑倾向当会显著减小。诚然，在工程应用中，焊接规范参数的合理选用和调整，亦是避免凹坑出现的不可忽视的辅助环节。

上述思路中，第一条比较容易实施，已被广泛采用。第二条改善熔渣中气体逸出条件方面，熔渣的碱度过高，电弧不稳，成形不好，也会产生凹坑；熔渣粘度和熔点的控制需要恰到好处，否则效果不会明显。从使用者（即用户）观点看，上述思路所列第二条前两款，主要针对的是焊剂生产单位，生产单位有义务使成品焊剂的性能达到国标技术要求，其中亦包含对焊缝中压痕和凹坑的禁止要求。

4 结论

（1）在SJ101型焊剂的埋弧焊熔滴反应区，主要是渗硅氧化和锰元素的氧化烧损反应，而且进行得比较激烈。在熔池的结晶部分冶金反应生成CO气体，是焊缝中不可避免地出现气孔或凹坑的重要原因。

（2）使用SJ101型焊剂的埋弧焊电弧是在一个充满气体的所谓空腔内燃烧的，电弧形态应属于连续、非活动型，而熔滴过渡则是呈典型的渣壁过渡形态。

（3）烧结焊剂SJ101虽然具有良好的焊接工艺性能，然而该焊剂对焊缝中压坑缺陷较为敏感，在诸多影响因素中，焊剂中的水分是压坑产生的内因，其他参数是外因。

（4）以减小焊缝中凹坑倾向为目标的控制方法，思路合理，生产单位必须重视控制埋弧焊焊缝压痕、凹坑缺陷的研究。

参考文献

[1] 安藤弘平，长谷川光雄·焊接电弧现象[M].北京：机械工业出版社，1985：465-468.

[2] 苏仲鸣.焊剂的性能与使用[M].北京：机械工业出版社，1989：238-344.

[3] 唐伯钢，尹士科，王玉荣.低碳钢与低合金钢焊接材料[M].北京：机械工业出版社，1987：1-88.

[4] 李振，杨晓敏，牛贺. SJ101烧结焊剂脱渣性能的分析[J].金属加工（热加工），2014（18）：70-71.

[5] 中华人民共和国国家质量技术监督局.中华人民共和国国家标准 埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂 GB/T5293-1999[S].北京：中国标准出版社，1999.

烧结材料 篇7

关键词：烧结墙材,能耗限额,热平衡测试

2014年国家发布了《烧结墙体材料单位产品能源消耗限额》标准 (GB 30526-2014) , 新标准的出台, 严格限制了烧结墙材产品的能耗, 标准详细规定了出产1 t烧结制品允许的耗能量, 如果达不到限额值中做出的要求, 则需对生产环节中一些耗能比较大的单位进行技术改造, 笔者在撰写能耗限额标准过程中, 调查走访了全国许多企业, 看到大多数为乡镇和个体企业, 生产规模小, 年产量在2 000万块以下企业居多, 并且普遍生产实心砖, 还有很多重要设备缺失, 对资源及能源造成了极大的浪费。

因此, 国家及时出台能源限额标准, 对能源的全面科学管理对节能减排起到重要作用。

1 烧结墙体材料制品工业窑炉热平衡测试计算

窑炉能耗控制, 目前普遍采用的方法是热平衡测定工业窑炉性能。这种方法也是评估烧结墙材企业能耗水平的重要依据。热平衡测试是建立在一个热量平衡、收支平衡的基础上来进行的数据测验定、计算和分析的一个过程。

1.1 热量收入部分

我们先来谈热量收入方面, 热量收入是指针对测试窑体而言一切供能单位带入窑炉的能量, 不同的窑型其相应的热量收入也不同。比如连续式隧道窑, 其热量收入大多都包含如下几项:

a.内燃料带入反应热:在我国内燃烧制墙材十分普遍, 在坯体生产过程中, 在原料中经常会使用例如煤矸石、粉煤灰、炉渣等一些含有热值的物质, 根据这些含有的物质发热量的具体情况再掺入到黏土、页岩中, 组成发热量合适的混合料。利用发热量较为合适的原料一起来内燃烧制墙材在我国占墙材生产工艺很重要一部分, 那么内燃烧制墙材代入的热量怎么计算呢?对于烧结砖瓦窑炉来说, 我们先将干燥的坯体均匀的按产量多少多次取出, 破碎后充分混合均匀, 取出用于发热量测试适量的一部分, 并且多次进行发热量测试, 平均后即可得出公斤制品的发热量, 接下来就是计算有多少公斤了, 在热平衡计算中, 最终得出的数据是吨成品消耗的标煤, 我们可以计算在1 h之间, 窑车推进窑体了几辆, (不是一辆的用分数表示) , 再计算出一窑车有多少块制品, 以及平均一块制品的重量, 就可以计算出1 h内, 由内燃料燃烧带入窑炉的能量, 这样, 热量收入最重要的一个环节就清楚了。

b.外燃料带入显热, 一些窑炉为了余热利用或者提高产量, 用适量的外燃料进行加热, 这样, 外燃料加入窑炉中是高于环境温度的, 无形中就带入的热量, 这部分热量也要记为带入热。

c.计算外燃料带入显然就要计算外燃烧燃放热, 通过统计一小时内投入外燃料的数量以及外燃料的发热量就可以计算出1 h内外燃料燃烧放热。

d.在一些现代窑炉中, 砖坯通常先经过干燥室干燥, 这样可以提高效率, 缩短烧成时间, 从干燥室出来的砖坯有80℃甚至更高, 这时砖坯被窑车推入窑中就带入了大量的热, 这部分热也要计算入带入显热。

e.窑车在窑炉中是很重要的一部分, 其大多都由两部分组成, 一部分是耐火材料, 一部分是由钢铁构成的窑车金属部分, 它们在经过干燥后, 温度也异常高, 尤其是金属部分, 因此窑车带入热必须计算, 通过查表得到相应材料的比热, 再通过窑车与环境的温度差来计算窑车带入热量, 计算也是按1 h内带入热量来进行。需要注意的是, 若是生产工艺中没有人工干燥, 而是采用自然晾晒工艺, 砖坯和窑车和环境温度相同, 则这两项带入热为零。

关于热平衡中的热量收入计算则基本上按以上几项加和进行计算, 各别地方还有其他热量收入的也应按小时内带入显热来计算。这样就计算出1 h内带入窑炉的总热量, 再通过计算每小时出多少成品砖, 既用1 h内窑体收入热量除以1 h内产多少成品砖质量, 即可计算出窑炉烧制每吨产品收入多少热量。

1.2 热量支出部分

热量支出部分, 对于一般隧道窑来说, 主要包含如下几个方面:

1.2.1 蒸发砖坯水分消耗的汽化潜热

坯体或多或少都会含有水分, 坯体在进入窑炉加温过程中, 这些水分由液态转为气态, 排除出去, 在这个过程中消耗热量是必要的, 它属于热量支出重要的一部分, 在水分蒸发过程中用热即称为蒸发砖坯水分消耗热。

1.2.2 砖坯焙烧反应热

无机非金属材料的烧结过程是一个很复杂的过程, 其包括晶型转变、晶粒生长, 材料致密化, 坚硬化等等过程, 这些过程大多都需要吸收大量的热量, 一般砖坯在高温时焙烧反应热以仪器测试为准, 条件不具备时按照砖坯原料中Al2O3含量来估算。

1.2.3 输出热风的显热

在产品焙烧过程中, 会产生大量的高温烟气, 烟气大部分进入干燥室, 用于烘干砖坯, 这部分能量虽然属于有益的热量再循环利用, 但对于窑体来说, 属于热量支出部分, 计算时应当分别计算。

1.2.4 烟气出窑热损失

烟气最终通过循环利用排入室外, 烟气被排出过程中, 温度还是高于环境温度许多的, 此时排出的烟气带走的显热属于热量支出部分, 这部分损失的热量被称为烟气出窑热损失。

1.2.5 砖出窑热损失

国内现在普遍烧制墙体材料的工业用窑炉长度普遍在百米之内, 由于需要保持高产量, 推车速度平均在45 min左右每车, 这样导致出窑砖温度普遍过高, 有些个别窑炉出窑砖温度达到400℃, 这些砖体暴露在空气中, 造成大量的热损失, 因此, 出窑砖散热损失占热量支出很大一部分。

1.2.6 窑车出窑热损失

窑车是连同制品一起出窑的, 在制品带出大量热量的同时, 窑车也由于温度过高, 带出大量热量, 这部分热量也损失在空气中, 造成热损失, 因此窑车出窑热损失也属于热量支出一部分。

1.2.7 固体不完全燃烧热损失

在制品烧制过程中, 由于工艺和设备控制等问题, 可能会导致制品生烧或者外投燃料燃烧不充分, 这样这部分能源就被白白浪费掉了, 因此要计算这部分热支出, 将烧成的制品随机抽取后进行破碎, 通过发热量测试仪来测定制品中残余不完全燃烧制品的发热量, 灰渣也按相同方法进行测定。

1.2.8 气体不完全燃烧热损失

在制品烧制过程中, 可能会存在供氧不足情况, 这样, 一部分碳无法充分氧化生成CO2, 而是氧化成为二价碳生成CO, 这部分CO随着烟气排除窑外, 带走部分热值, 这部分未充分燃烧的碳带走的热值即为气体不完全燃烧热损失。

1.2.9 窑体表面散热

窑炉非常重要的一个性能指标是保温性能, 一个保温性能优良的窑炉在窑体蓄热、稳定性指标上达到先进水平, 这样由窑体侧墙和窑顶散去的热量会保持在一个较低的值, 从而达到节能降耗的目的, 对于窑体散热的统计测量基本上以两侧的窑墙, 窑顶和窑门窑尾放热损失为主。具体操作方法有两种:热流计法和温差法, 热流计法是通过测定单位面积内热流量的损失来加和计算, 从而求得整个窑体的表面散热。热流计法在实际操作中会遇到窑体某些部位测试人员不方便到达等弊端, 因此在实际应用中, 我们主要是使用温差法进行测定, 温度通过红外测温器可以很方便测得整个窑体各个部分的点温度, 选取温差稳定的一片区域作为一个计算单位 (通常温差在3℃~5℃左右为宜) , 通过测试表面温度与环境温度的差值, 再通过查表资料等获得相应处材料的比热, 就可计算出该区域的散热损失, 再将各个区域散热值相加即可求得整体窑体散热损失。

1.2.10 送排风机散热损失

热风的输送以及烟气的排除是通过风机辅助完成的, 热风在通过风机的同时会通过传导传热将热量传递给风机, 通常风机是由金属构成的, 金属的传热能力是很强的, 因此单位时间内散发损失的热量也是不容小视的, 计算这部分热损失需要查出风机型号, 计算其表面积, 再通过风机表面材料的比热及温度来计算其热损失。

1.2.11 其他热损失

由于设备及人为因素, 在热平衡测试中, 多少会有误差, 并且存在一部分不可探测的热损失, 我们把这部分热损失称为其他散热损失, 其计算方法是用总热量输入减去热量支出的可探测计算部分, 减后剩余的既为其他散热损失, 通常这部分热量应占到总支出热量的5%左右, 最大不得超过10%, 如果计算结果显示其他散热损失量占总热量收入超过10%, 那么在热量支出计算环节可能存在遗漏或者计算错误的情况, 应重新检查核对。

1.3 热平衡综合汇总情况

在烧结墙材制品热平衡测试中, 我们把热量支出部分的砖坯内水分消耗热和化学反应热称为有效热量, 评价一个窑炉的热效率则看有效热占总收入热量的比值, 最后转化为百分比单位既可, 对于窑体热耗指标评价则用单位时间内热量总收入除以单位时间内烧制成品砖质量即可求得单位产品能源消耗值 (kgce/t) 。

窑体热平衡热效率计算结果汇总见表1, 其直观反应了各项热量收入、支出所占的比重, 方便对窑体进行技改, 以及检查维修。

2 热平衡、热效率计算结果汇总表

热平衡、热效率计算结果汇总见表1。

耐磨合金材料在烧结生产中的应用 篇8

关键词：耐磨材料,烧结机,强度与韧性

随着现代工业科技化的发展, 机械设备在许多的国家都占着非常重要的比重, 但机械设备在各个领域投入使用的同时, 也带来了许多后期维修的问题。机械装备磨损太过于严重, 据大量的数据显示, 我国的机械装备设备以及零部件的磨损造成的经济损失占我国国民生产总值的4%左右, 在经济损失上不仅给我国造成了严重的影响, 给世界上其他的国家也带来了巨大的损失, 因此各国都非常重视耐磨材料的研究, 以此来减少在经济上过大的投入, 提高耐磨金材料在工业生产的大力使用。

目前我国在耐磨金材料上的研究取得了一定的成绩, 相比世界上其他的发达国家更加注重微合金化和晶强化相结合作为耐磨材料发展的目标, 我国更加注重耐磨材料采用多元微合金和弥散强化相结合的方法来降低磨合金的磨损程度, 为我国的工业生产提供相应的发展技术, 促进我国工业的发展, 减少工业后期投入的成本。

1 烧结生产特有的磨损机制分析

1.1 粘着磨损

粘着磨损是指材料本身在运作的过程中会受到距离的运动大小的影响, 造成一定的磨损, 一般发生在燃结机头轮齿坂与台车卡轮啮合等, 主要存在烧结各区域的传动设备当中。总之, 粘着磨损就是与机器设备的传动有密切的关系, 通过机器内部发生磨损, 再加上材料本身的抗压力和强度, 像钢等材料在使用的过程中, 由于自身的强度和屈服压力, 设备在运行的过程中会产生粘着磨损, 造成一定的经济损失。

1.2 机器外部由于操作的时间过长发生的磨损

机械装备或者内部的零件在长时间的工作运转中, 受到表面的摩擦和外部环境的影响下, 使磨金材料成细片状剥落, 导致机械设备外部发生磨损。

大量的生产实践证明, 机械设备的表面疲劳磨损最为常见, 工作中超负荷的运转压力, 以及没有对机械设备表面进行定期的相应维护。

1.3 材料本身的磨损

耐磨材料在本身的构造中需要钢材的硬度与磨料硬度有一定的比值, 这个比值决定了钢材有一定的损耗率。在燃结生产的过程中, 注意材料在在设备中的内衬要有一定的耐磨性以及耐磨的热性, 比如冷、热振动筛筛板、冷、热振动给料机槽体等的设备内衬都需要选用耐磨磨合金。

1.4 介质流体冲击产生的侵蚀磨损

机械设备在运转时会受到各种介质流体的冲击, 比如包括括水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机等在运转的同时会受到这些介质流体的冲击造成磨损。

在这里需要注意的是任何机械设备以及零件的磨损, 都是由于各种磨损造成的, 并不是由于某一种磨损造成的, 在燃结生产的过程中, 要对机械设备的各种材料选择耐磨性高, 来防止机械设备以及零件磨损度太高, 在生产的过程中造成不必要的经济损失。

2 在具体的实践中耐磨材料的应用分析

传统的耐磨金属材料的制造中选择的是马氏体基体组织, 组织体内细小的碳化物随处都分布的有, 比如像高锰钢就是属于这一类材料组成的, 在机械设备工作运转的过程中, 会产生巨大的操作压力以及剧烈的冲击力, 导致金属材料磨损严重。随着科技水平的不断发展, 传统的烧结生产设备中采用的是在物料溜槽内部进行高锰钢的安装。

这种安装的机械设备不能承受现代大机器运转过程中带来的巨大物料流量, 不能承受驱动设备负荷以及热负荷的影响, 致使各种磨损损坏加大, 在这种情况, 急需寻求耐磨性好的材料并且成本更加低廉的材料。以下就对几种耐磨材料的选择做简要的介绍。

1) 380m2 环式冷却机台车三角梁的耐热护板的耐磨材料。目前, 我国的380m2 环式冷却机台车三角梁的耐热护板选用的是外国进口的, 但在耐磨耐热方面这种机器本身耐磨度不高, 在这种情况下我国选用60Si2Mn弹簧钢, 用低氢碱性焊条直流焊接, 并且温度在500 摄氏度左右, 这种材料的应用在实践中效果良好, 护板表面磨损的不是很严重。这种直流焊接焊接的缝隙不大, 对机器内部的材料起着弥散强化的作用, 在这种组织状态下耐磨材料有着巨大的弹性作用, 合金钢中的合金碳化物提高了钢的软度, 降低钢的硬度, 提高钢材的耐磨性。

2) 驱动摩擦片耐磨材料的选择。由于机器在运转的过程中, 产生较大的摩擦力, 因此摩擦板的接触力应该在6000kg/cm2, 在如此大的摩擦力的冲击下必定会造成机器磨损严重, 选择35Cr Mo Si A驱动摩擦力片会减少摩擦损坏。

3) 针对燃结机的输灰以及环冷机散料输送系统产生的摩擦损坏情况, 我国目前采用的是24Mn2k调质处理器, 使刮板、中间易磨损的地方减少磨损姓, 提高了机器在运转中的工作效率。

4) 对铭系材料的耐磨性选择上。与传统的烧结生产中对铭系材料的选择上相比, 现代工业为了减少材料的磨损, 节约经济成本, 一般选择第铭合金钢材料。在我国的工业生产中已经被大量引用在生产实践当中, 并且效果明显, 在一定程度上降低了磨损度。

3 改善耐磨材料的机制

3.1 把固溶强化作为低合金钢的基本机制

把钢中最主要的元素改为可构成置换固溶体, 使钢在韧性上增强, 换成可置换固溶体, 增加新的溶质元素, 强化作用更大。在实践的设备操作中运用低合金钢的基本机制, 增强了钢的耐磨性, 较少机械设备的损坏程度。

3.2 加工硬化机制

用线状障碍物的形式期作用, 形成错位强化, 在位错的过程中产生新的位错, 使位错的密度加大, 这种机制在一定程度上减少了机器磨损的力度, 强化了位错。

3.3 沉淀强化

指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和 (或) 由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺, 像Si-Nb钢就是采用这样的强化机制, 通过这种化学相互作用, 加强钢的耐磨性。

3.4 晶界强化

晶界是裂纹扩展的阻力, 在一定的范围内可把塑性变形, 并且使变形均匀化。晶界强化是通过物体表面的障碍物起作用, 同时又是位错的障碍物, 细化钢的屈服强度, 所以细化晶粒能够改变钢的韧性。

晶界通过强化的作用, 使的强度增大、韧性加大, 从而减少钢的磨损度。晶界强化的作用正是世界上钢铁强国以此为基本原理, 提高控制轧制技术水平发展的根本目标, 以此来满足现代工业的发展水平。目前, 我国在这领域的技术研究还有发展和提升的空间。

4 结语

在科技化进程日益加剧的今天, 冶金工业的生产力水平也需要相应的发展, 促进耐磨金材料在燃结生产中的应用, 降低机器设备的损坏率, 降低生产成本, 提高生产率。

参考文献

烧结材料 篇9

微波加热技术在20世纪50年代由Tinga等提出以后[1],在材料、通讯、制药、食品加工、橡胶硫化等许多领域得到了广泛应用[2]。利用微波加热技术实现的微波烧结工艺在材料科学领域的应用始于20世纪80年代,当时该工艺在粉末冶金快速烧结方面已占有明显优势[3]。90年代以后该工艺由面向基础研究,逐渐向实用化、工业化方向发展[4]。进入21世纪,研究人员针对微波烧结工艺在陶瓷、半导体、无机和有机材料领域的应用进行了更加深入的研究并取得了丰硕成果[5,6]。与传统烧结工艺相比,微波烧结工艺具有快速高效、节能环保以及改善材料结构、提高材料性能等一系列优点[7]。

20世纪90年代开始,微波烧结工艺因其突出的优势在陶瓷材料制备领域成为国内外研究的热点,人们利用微波烧结结合不同工艺成功制备了各种氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷以及复合陶瓷等材料[4]。当前,随着人们对纳米材料的研究和重视,该技术在制备纳米陶瓷方面的应用也在逐步深入[8],被誉为“21世纪新一代烧结技术”。

1 微波烧结的特点

微波是一种频率介于300MHz~300GHz、波长介于1mm~1m的电磁波。在微波电磁场的作用下,介质材料产生的偶极子转向极化和界面极化等介质极化过程无法与外电场的变化频率同步,相位的滞后导致介质中产生一定的微电流,材料内部的能量耗散使电能不断转化为热能,实现了材料的微波加热[9]。Dube等[10]发现微波烧结过程中电磁场在样品周围被聚焦,尤其是样品颗粒之间的场强更高达其他区域的30倍以上,强电磁场促进了样品颗粒表面的离子化,因此可以提高颗粒之间离子的扩散速率,加速材料致密化进程。而处于晶界区域的离子在微波电磁场作用下动能增加,活化能降低,晶粒生长速度加快[11]。

微波烧结工艺制备陶瓷材料具有许多常规工艺无法实现的优点:

(1)降低烧结温度,缩短烧结时间。对于传统烧结工艺,坯体通过与发热体之间的辐射、传导、对流实现由外及内的升温,为避免过高的温度梯度对材料造成的影响,需要降低升温速率以保证材料内部温度的一致性,因此工艺时间被延长。而在微波烧结过程中材料内部的粒子在微波电磁能作用下动能增大、烧结活化能降低、扩散系数提高,可以实现材料在低温条件下的快速烧结并保证其微观结构的均一性[12]。此外微波烧结是依靠材料自身吸收微波能并转化为内部粒子的动能和势能,因此样品被整体均匀加热,内部不存在温度梯度,可以承受更快的加热速率,缩短烧结时间[13]。

(2)提高致密度,增加晶粒均匀性。微波辐射可提高粒子动能、有效加速粒子扩散。材料烧结过程包括致密化阶段和晶粒生长阶段[14],致密化速率主要与坯体颗粒间的离子扩散速率有关,晶粒生长速率则主要依赖于晶界扩散速率。所以微波烧结有助于提高材料致密度,增加晶粒均匀性。

(3)提高快速升温条件下材料的性能。材料的性能由微观结构决定。学者普遍认为影响材料微观结构的关键因素是致密化过程与晶粒增大过程之间的相互作用。为控制材料的微观结构,需要对温度、压力、烧结时间以及升温速率等参数进行优化。采用微波烧结工艺可以在较高的升温速率下制得晶粒尺寸更均匀、微观结构更优异、致密度更高的材料[15]。此外,影响材料致密度的另一个重要因素———烧结差异性,是传统烧结工艺不可避免的一个难题。而微波烧结作为一种新型烧结工艺,通过电磁波传输能量进行非接触加热,可以把烧结差异性对材料性能的影响降至最低[16]。

(4)高效无污染。微波烧结可以实现对材料的低温快速烧结[7],此外烧结过程无需热传导,没有热惯性,热源可即时发热或瞬时停止,这些都体现了高效节能的特点[17]。同时,微波热源不会污染烧结体,能够方便实现真空及各种气氛下的烧结。

2 微波烧结制备陶瓷的研究现状

先驱体裂解工艺和粉末烧结工艺是两种主要的陶瓷制备工艺,微波烧结技术与两种陶瓷制备工艺的结合,为改善陶瓷性能、优化制备工艺提供了新的途径。

2.1 先驱体裂解工艺

先驱体裂解工艺是通过高温裂解先驱体实现不同形态(如纤维、涂层、薄膜、泡沫材料、块体材料和陶瓷基体等)高熔点共价化合物陶瓷(包括SiC、SiNC、SiNBC、SiOC、Si3N4和BN等)的烧结制备[18]。陶瓷材料的结构、组成和性能主要与先驱体、烧结工艺、烧结温度有关。采用微波烧结工艺裂解先驱体制备陶瓷材料可有效降低裂解温度、缩短裂解时间、改善材料性能。

Gene等[19]采取微波烧结工艺裂解6种不同SiC陶瓷先驱体,与传统烧结工艺裂解产物对比发现,陶瓷中β-SiC晶粒尺寸更小、数量更多,生成的石墨化结构在1500℃高温条件下可稳定存在。游离碳、SiC颗粒等微波吸收性物质的存在可改善先驱体与微波的耦合作用,促进烧结,有利于β-SiC晶体的生成。

董绍明等[20]以日本Tyranno SA纤维二维编织件作为增强材料,采用微波烧结工艺在1100℃条件下保温5min裂解AHPCS(allylperhydropolycarbosilane)先驱体,得到SiC基体,实现SiCf/SiC复合材料的制备,与传统烧结工艺(1h保温时间)相比大大缩短了裂解时间。制备得到的材料密度为2.51g/cm3,弯曲强度为402MPa,弹性模量为102GPa,不低于传统先驱体浸渍裂解工艺制备得到的复合材料。国防科学技术大学在结合微波烧结与先驱体浸渍工艺制备SiCf/SiC复合材料方面也进行了研究探索,制备得到的材料在致密度、微观形貌、力学性能等方面均较为突出。

印度学者Malghe等[21]分别采用微波烧结工艺和传统工艺裂解草酸化合物先驱体(Calcium zirconyl oxalate,简称CZO)制备Ca0.15Zr0.85O1.85陶瓷。先驱体中Zr4+和Ca2+占据一部分氧空位,使得这些空位与微波发生强烈相互作用而迅速发热,热量向四周传递引起材料内部产生连锁反应加快先驱体裂解速度,降低反应温度。因此采用传统烧结在800℃完成的裂解工艺,利用微波烧结工艺只需升温至400℃保温1h即可完成,且得到的材料与传统烧结工艺得到的材料相比比表面积增大35.98%。

Saeid等[22]采用微波混合加热工艺裂解固相La[Co-(CN)6]·5H2O先驱体制备LaCoO3纳米颗粒,微波频率为2.45GHz,功率900W,利用CuO作为微波吸收材料进行加热。先驱体在微波场中裂解10min得到LaCoO3陶瓷颗粒,比表面积17m2/g,粒径10~30nm,且尺寸分散性很小。该工艺还可应用于SmCoO3、NdCoO3、GdCoO3等纳米颗粒材料的制备。

南京理工大学[23]联合微波烧结与溶胶-凝胶工艺制备Na-β"-Al2O3电介质陶瓷材料;以Al(NO3)3·9H2O、NaNO3、Mg(NO3)2·6H2O为原料合成溶胶-凝胶先驱体,采用微波烧结工艺在850℃下烧结2h,得到β"-Al2O3含量为94.4%的Na-β"-Al2O3陶瓷,相对密度达98.91%,300℃离子电导率为1.085×10-2S/cm;采用微波烧结工艺在850℃即可完成先驱体中m-Al2O3向β"-Al2O3的转变,避免了β"-Al2O3在高温条件下含量降低,影响材料的离子电导率。

2.2 粉末烧结工艺

大多数氧化物陶瓷在室温条件下一般属于微波透过性材料,只有达到某一临界温度才能与微波形成较强的耦合[15]。对于这类材料的微波烧结,常采用混合加热。混合加热主要分为主动加热和被动加热两种类型。主动加热是将微波能与其他热源结合在一起的混合加热方式。被动加热则着重于改变材料自身的介电性能,通常是在材料内部添加或在试样表面喷涂高损耗组分,或者采取在试样周围填充埋粉、设置保温层的方式,增强材料的微波吸收性能,从而在较低温度下实现对材料的迅速加热,达到快速烧成的目的[24]。

Souto等[25]采用微波烧结工艺以Y2O3为添加剂制备莫来石(3Al2O3-2SiO2),烧结功率1.8kW、烧结时间40min,制备得到的材料与传统工艺1600℃保温2h得到的莫来石相比,晶粒尺寸更小、形貌更均匀,致密度达95%以上。添加剂Y2O3的加入可以改善莫来石对微波的吸收性能。

纽约州立大学[26]研究了β-SiAlON-ZrO2陶瓷的微波烧结工艺并探索了反应烧结过程中晶粒长大机理。升温速率25℃/min,1800℃微波烧结保温15min制得样品的密度接近3.5g/cm3,而传统烧结工艺以10℃/min升温,在相同烧结温度下保温1h得到的样品密度不足3.4g/cm3。微观形貌观察表明传统烧结得到的材料中有大量ZrO2残留,而微波烧结可以降低反应活化能、提高离子扩散速率,从而促进ZrO2与气氛中的N2完全反应生成ZrN。

国内湖南大学研究者[27]分别采用电热法和微波烧结法制备了(Zr0.8Sn0.2)TiO4陶瓷材料,结果表明在材料密度近似的前提下,微波烧结工艺与电热烧结工艺相比烧结温度降低70℃、烧结时间缩短83%,且所得材料介电常数(ξr)和品质因数(Q)为45.02、10748,比电热烧结工艺制备的材料分别提高17.5%和14.3%,微观形貌观察结果显示微波烧结所得材料的晶粒尺寸更均匀、结构更致密。

对于某些与微波耦合性较弱的非氧化物陶瓷,烧结过程中需加入烧结助剂辅助烧结。B4C、SiC、Si3N4、TiB2和AlN等非氧化物陶瓷微波吸收性能较好,非常适合采用微波加热技术烧结制备,而且也经常作为添加剂辅助烧结其他非氧化物陶瓷材料。

Chockalingam等[28,29]以Y2O3、MgO、ZrO2为添加剂微波烧结制备Si3N4陶瓷,在1650℃保温15min即可完成α-Si3N4向β-Si3N4的相转变,晶粒更均匀,平均尺寸为1.7μm×0.69μm(长×宽);而采用传统烧结工艺在1750℃烧结温度下保温60min,依然无法完成相转变。以LiYO2、ZrO2为添加剂,1500℃微波烧结可以完成α-Si3N4向β-Si3N4的相转变;维氏硬度测试发现,相同烧结温度条件下微波烧结制得的材料硬度更大,且随温度升高材料硬度呈增大趋势。

ZrB2与微波耦合性较差,Fahrenholtz等[30]在ZrB2中加入4%微波吸收性较好的B4C改善材料介电性能,采用微波烧结工艺,升温速率为50℃/min,1720℃烧结得到致密度98%、硬度17.5GPa的陶瓷材料,与传统烧结工艺升温速率30℃/min、烧结温度1870℃制得的材料相比晶粒更均匀,力学性能更优异。

刘红书等[31]利用微波烧结工艺在1600℃制备MoSi2陶瓷,与热压烧结相比,烧结温度降低50℃,烧结时间大大缩短,同时所得烧结样品晶粒更细,致密性更好。

自微波烧结技术问世以来,陆续有人对Al2O3、B2TiO3、SiC、Si3N4等单相材料进行了烧结。近年来,多相材料的烧结也在不断兴起,但其中的困难显而易见:材料中各相的介电损耗(ξ′eff)、损耗正切值(tanδ)等介电参数不同,微波加热的选择性特征导致材料内部温度不均匀。因此研究人员在探索复合陶瓷的烧结工艺时往往选取介电性能相近的原料,避免由此带来的困扰。

单壁碳纳米管(Single wall carbon nanotubes,SWNTs)分散在陶瓷基体中可以有效提高材料的力学性能及热力学、电学性能。由于SWNTs在基体中不易均匀分散,在高温条件下容易被破坏,与基体之间的结合程度较差等因素的影响,其独特性能难以充分发挥[32,33]。新泽西理工学院[34]利用微波烧结工艺制备得到性能优异的SiC-SWNTs复合材料。实验利用微波烧结工艺裂解三甲基氯代硅烷,在单壁碳纳米管上直接生成SiC陶瓷,反应时间不足10min,不仅实现了SWNTs的均匀分散,避免高温对其造成的伤害,同时提高了基体与SWNTs之间的结合强度。

利用微波烧结工艺以高岭土、炭黑为原料制备Al2O3/SiC复合陶瓷材料只需在1.0kW微波功率条件下烧结20min即可完成,与传统烧结工艺1600℃保温1h得到的材料性能相当,且更加节能环保[35]。

1350℃微波烧结制备SiCw/TZP陶瓷可使材料致密度达到95%以上,与制备近似性能材料的传统烧结工艺相比,烧结温度降低100~200℃[36]。

3 结语

当前,微波烧结制备陶瓷材料还没有达到成熟的工业化应用水平,但与常规烧结方式相比体现出快速高效、节能环保等一系列优点,以及世界范围内不断增加的研究力度表明,微波烧结技术在新型陶瓷材料制备研究领域有着广阔的前景。

因其本身的复杂性,微波烧结技术在陶瓷材料乃至整个材料学领域还有许多问题亟待解决,一些基础性研究还有待开展,具体总结为以下几个方面:

(1)进一步加强材料科学、电磁场理论以及固体电介质理论的系统综合与研究,为微波烧结机理的探索提供理论依据。

(2)致力于各种材料介电参数的测定及相应数据库的建立,为研究微波与材料的相互作用原理提供详尽的数据支撑。

(3)尝试应用有限元分析等方法对材料的微波烧结进行计算机模拟,对材料的烧结工艺和加热机制进行更直观的分析和研究。

(4)加快研制更加自动化、智能化、更高功率密度的微波烧结设备,是微波烧结技术向大规模产业化转变的关键所在。

烧结材料 篇10

新型墙体材料在发达国家已有五六十年的发展历史, 并占据了主导地位, 如法国G型空心砌块、瑞士微孔空心砖、挪威泡沫黏土砌块、德国波罗顿等, 这些新型墙体材料的抗压强度高, 导热系数小, 节能效果好。发达国家新型墙体材料不仅尺寸规整、品相好、质量优、多功能性, 而且实现了产业一体化, 即生产、检测、售后服务一体化, 成为了现代建筑业发展强有力的支柱[2]。中国在20世纪80~90年代逐步开展砌体材料的研究, 墙体材料企业大批涌现, 目前, 整个行业朝着节能、环保、生产技术智能化、企业规模化、产品多样化、功能复合化的方向发展。

1 砌体材料力学分析

1.1 普通砖砌体抗压、抗剪指标

1.1.1 抗压强度

烧结普通砖、混凝土普通砖和混凝土多孔砖的标准砌体抗压试件, 每组均为4件, 公称截面尺寸均为:240 mm×370 mm, 高度按高厚比β值等于3确定, 烧结普通砖、混凝土普通砖标准砌体抗压试件为11皮砖, 混凝土多孔砖标准砌体抗压试件为7皮砖[3]。试验工作严格执行现行国家标准《砌体基本力学性能试验方法标准》 (GB/T 50129-2011) 。

根据李德超等做的标准砌体的抗压试验结果, 可知:砂浆强度在一定范围内提高了砌体试件的抗压强度。普通黏土砖抗压强度较混凝土砖的抗压强度大, 但砌筑成标准试件后, 在标准试验方法下, 砌体试件的抗压强度并不如后者的抗压强度高。多孔砖的抗压强度弱于普通黏土砖、普通混凝土砖的抗压强度, 其组砌的标准试件的抗压强度明显不如后者, 孔洞率对砌块、组砌试件的强度影响巨大。

1.1.2 抗剪强度

砌体的抗剪强度是砌体进行抗震验算的基本性能指标, 有通缝抗剪强度和阶梯形截面抗剪强度两类。研究表明:由于实际工程中竖向灰缝的砂浆很难饱满, 并且由于砂浆硬化时的收缩而大大削弱甚至完全破坏竖向灰缝和砖的粘结。因此, 竖向灰缝的粘结强度可以不予考虑, 砌体沿通缝截面和沿阶梯形截面的抗剪强度相等。笔者研究通缝截面抗剪强度, 为实心混凝土砖在工程中的应用提供参考依据。

根据李德超等的标准试件抗剪实验结果:砂浆强度对砌体抗剪强度的影响明显, 在砂浆强度和砌体抗剪强度对应的描点图中, 混凝土多孔砖砌体和混凝土普通砖的抗剪强度散点分布均在烧结普通砖砌体之上, 表明混凝土普通砖和混凝土多孔砖砌体的抗剪强度均高于砌筑砂浆强度等级相同的烧结普通砖砌体。

1.2 页岩烧结砖砌体的抗压、抗剪指标

1.2.1 抗压强度

页岩烧结多孔砖的规格采用P型多孔砖, 砖体的尺寸为240 mm×115 mm×90 mm。根据《砌体基本力学性能试验方法标准》 (GB/T 50129-2011) 中第3.1.1条的规定:外形尺寸为240 mm×115 mm×90 mm的多孔砖, 砌体的抗压试件的截面尺寸采用240 mm×370 mm, 允许误差为±5 mm, 高度按高厚比β为3~5确定[3]。所以, 抗压试件的截面尺寸设计为240 mm×365 mm×800 mm (包括砌体顶面10 mm的找平层) , 砌体试件尺寸的高厚比β为3.33。

根据梁辉等做的高强块体砌体抗压强度试验, 从表3可知砂浆强度对于砌体抗压强度影响巨大, 因此, 选择合适的砂浆强度等级有利于提高页岩烧结砖砌体的抗压承载力。

1.2.2 抗剪强度

砌体抗剪强度主要是测定通缝时砌体的强度, 通缝抗剪试验试件的尺寸为290 mm×240 mm×365 mm (即九砖砌体试件) [3], 采用M2.5、M5、M7.5、M10、四种强度等级的混合砂浆与MU15强度等级多孔砖配砌成四组试件。试验可观察到:抗剪试件的破坏呈脆性, 没有明显征兆, 当荷载达到极限值时, 试件突然丧失承载力而破坏。破坏形态以单剪面破坏、双剪面破坏为主[6]。参考李卫波等做的砌体抗剪试验可知:抗剪强度实测值随着砂浆强度实测值的提高而提高, 这主要是因为试件破坏绝大多数是沿砂浆灰缝受剪面破坏, 破坏面上嵌入多孔砖孔洞中的砂浆销键均被剪断, 故可认为多孔砖通缝抗剪强度只与砂浆有关, 通缝截面的抗剪能力由砂浆粘结和砂浆销键抗剪作用两部分组成, 试验结果见表4。

2 影响砌体墙片抗震性能的主要因素

我国发生了汶川、玉树等大地震, 对人民生命财产造成了严重的破坏, 震害调查结果表明:没有考虑抗震设防的砖砌体结构在小震下, 基本还能保持正常使用, 主要会在女儿墙等部分出现破坏现象;当砖砌体结构处于地震高烈度区时, 基本不能继续使用, 甚至出现严重破坏直至倒塌破坏。由此可见, 未进行抗震设防的砌体建筑物虽然具有一定的抗破坏能力, 但其抗连续倒塌能力比较弱;而考虑抗震设防的砌体建筑物在地震中的表现则不同, 与未考虑抗震设防的砖砌体结构相比, 其平均震害程度要减轻几个等级。

砌体墙片的抗剪性能主要在剪压复合受力状态下测得, 破坏形态主要有三种剪摩破坏、剪压破坏、斜压破坏。剪摩破坏:主要发生在轴压比较小、砂浆强度较低的情况。这种破坏形态大都是沿砂浆灰缝面产生通缝破坏, 嵌入孔洞内的销键被剪断。其抗剪承载力Vu较低;剪压破坏:随轴压比及砂浆强度增高, 产生中间砖上部侧面砖肋脱离砖体而向外突出并伴随着侧砖产生主拉应力的斜裂缝的破坏。这种破坏形态的抗剪承载能力Vu较剪摩破坏有所增大;斜压破坏:当轴压比及砂浆强度再增大以致试件所受压应力占据了主要部分, 试件的破坏主要是沿砖孔方向被压坏[6]。影响砌体墙抗震性能的主要因素有:砌块和砂浆的强度、高宽比、构造柱、竖向压应力、水平配筋、门窗洞口尺寸等。

2.1 砌块和砂浆强度对墙片抗震性能的影响

砂浆是砌块相互连接、共同受力的重要组成部分, 其强度的提高直接影响砌体整体性的好坏。经前人试验可知, 砂浆强度等级较低且施加在砌体上的竖向压应力较小时, 竖向力的约束能力减弱, 无筋砌体墙灰缝是一个薄弱层, 在复合受力时, 上下两部分砌体发生相对位移, 导致灰缝中产生阶梯形裂缝或水平通缝。在配筋砌体墙中, 砌体的破坏决定了墙体的破坏特征, 它是构件的主体, 因此, 墙体的抗侧承载力主要由砌体强度决定。但是, 在剪切破坏极限荷载时, 由于已经开裂, 墙体是依靠混凝土梁柱和水平钢筋的约束而共同工作, 主要由裂缝间砌体咬合、摩擦及未裂区域砌体来共同抵抗水平力, 其大小与多方面因素有关, 如墙体高宽比、纵向配筋率、竖向压力。

2.2 高宽比对墙片抗震性能的影响

墙体高宽比λ较小时, 墙体破坏特征表现为在墙体中部产生并向两对角发展的交叉斜裂缝引起的剪切破坏;随着高宽比的增加, 弯矩的影响逐渐明显, 墙根部会出现水平裂缝, 受拉侧纵筋应力增加较大, 但极限荷载时, 受拉侧纵筋并未屈服, 仍属于剪切破坏;当高宽比超过一定程度后, 墙体内始终未出现斜裂缝, 承载力由墙底截面弯曲破坏控制。

当高宽比λ<1.0时, 墙体发生剪切破坏;当1.0<λ<2.5时, 随着墙体水平配筋率及竖向压力不同, 可能发生剪切破坏, 也可能发生弯曲破坏;当λ>2.5时, 墙体发生弯曲破坏。当墙体发生弯曲破坏时, 高宽比对墙底截面的极限抗弯承载力没有影响, 如基本截面相同都发生了弯曲破坏。但当墙体发生剪切破坏时, 高宽比对墙体的名义抗剪强度的影响非常明显。高宽比影响墙内正应力和剪应力的比值, 即应力状态, 对剪切破坏控制的抗侧承载力的影响很大。试验表明, 其他条件相同, 高宽比越大, 墙体的名义抗剪强度越小, 墙体破坏特征随着高宽比的增加, 由剪切破坏过度到弯曲破坏。

2.3 设置构造柱芯柱对墙片抗震性能的影响

1976年中国唐山等地区发生大地震, 至此以后, 人们越来越重视构造柱结构体系, 构造柱的优越性在于:显著提高了砌体结构的抗震性能, 砌体延性得以提高;大量静力和动力试验实验表明, 在墙体连接部位设置构造柱的做法, 其变形能力和延性, 远远超过芯柱做法。在大地震的作用下, 能够作到裂而不倒, 防止地震突然倒塌的作用。房屋在地震等水平荷载作用下, 除产生层间剪力外, 还将产生不可忽视的弯矩作用, 构造柱与圈梁所形成的弱框架体系, 能有效抵抗弯矩作用, 从而弥补砌体抗弯抗拉强度的不足, 使砌体抗裂、抗倒塌能力得以提高。设置构造柱后, 墙体的抗剪能力一般提高20%左右。高砌体抗剪强度不是在墙段两端设置构造柱的主要目的。构造柱的主要作用在于较大幅度的增大墙体变形能力, 特别是在墙段发生塑性变形后的约束作用[7]。

约束构造柱的最终破坏主要有两处, 首先是由于主裂缝的发展而导致的约束构造柱根部发生的45°角剪切破坏, 此时钢筋屈服, 剪压区的混凝土破碎;其次是构造柱顶部由于主裂缝的发展导致的柱顶几条斜裂纹的开裂和延伸。对于中间增设构造柱或芯柱的情况, 整片墙相互交叉的X形主裂缝会在构造柱或芯柱中部形成斜向微裂纹, 并随着荷载的继续增加而发展, 最终导致增设构造柱或芯柱中部的剪断而破坏。

在墙片中间增设构造柱 (或芯柱) 对提高墙体延性有一定贡献, 这是由于中间构造柱 (或芯柱) 限制了主裂缝的突然贯通, 当中部构造柱 (或芯柱) 最终被剪断后, 位移才进一步增大, 约束构造柱的约束作用才充分发挥。同时, 在墙片中间设置构造柱, 很大程度提高了墙片的承载力。边缘约束构造柱对宽高比适中的混凝土空心砌块墙体可起到有效约束作用, 使破碎的墙体不倒塌, 达到“裂而不倒”的目标。带构造柱圈梁体系的砌体墙片, 其构造柱不但能较大地提高墙体的抗侧极限承载力, 其损伤耗能区域分布较广, 达到极限变形状态时的应力发展较为充分, 而且也能明显地改善墙体的变形性能。墙体端部的构造柱和圈梁一起形成一个弱框架的约束体系, 能有效地提高其变形能力。

2.4 竖向压应力对墙片抗震性能的影响

竖向压应力在一定程度上对提高墙片的抗侧承载力、约束墙片的变形贡献很大。随着竖向压应力σ增大, 竖向压应力会对砌体在竖向上产生约束作用, 墙趾水平裂缝推迟出现, 且极限荷载时, 水平裂缝宽度较窄、长度较小, 受压区高度加大, 纵筋拉力较低, 墙体的破坏形态由弯曲破坏向剪切破坏转变, 墙体名义剪切强度逐步增大, 但增加到墙体发生斜压破坏时, 名义剪切强度反而逐渐降低。随着水平裂缝的发展, 墙体破坏, 抗侧承载力不再随竖向压应力的增加而变大。

2.5 水平配筋对墙片抗震性能的影响

点焊式配置钢筋网增强了砂浆和砌块的相互粘结力, 促进了两者的整体工作性能, 在6度以下抗震构造设防时可提高砌体的抗压强度, 弥补多层房屋砌体抗压强度不足, 有效的约束多层房屋的连续倒塌破坏;钢筋网还能够提高砌体的抗侧承载能力, 在抗震地区时抵抗一定的水平地震作用和耗散地震能量, 其锚固性能比绑扎钢筋网要好。垂直墙体截面的钢筋网片面积与截面面积之比就是墙体水平配筋率ρsv=Av/Htw。

试验表明, 水平配筋对墙体的抗侧承载力有提高作用, 墙体开裂前钢筋应力都很小, 但在开裂后钢筋应力迅速增大, 随着墙片裂缝的扩展, 钢筋的应变增加, 钢筋对侧向承载力的贡献也越来越大。对剪切破坏墙体承载力的提高主要是通过对斜裂缝的约束来实现, 对弯曲破坏墙体承载力的提高主要是通过对受压区抗压能力的增强来实现。当水平配筋增大到一定量时, 墙体的抗剪承载力将超过抗弯承载力, 这时, 墙体也将由剪切破坏转变为弯曲破坏。目前的试验资料由于变量范围较小, 未发现这类对比试件。无水平配筋墙弯曲破坏时表现为极限荷载时纵筋已屈服, 表现为弯曲破坏, 破坏时却出现剪切破坏特征, 在墙中出现斜向主裂缝。

2.6 门窗洞口对墙片抗震性能的影响

洞口位置和洞口的大小, 对墙片抗侧刚度有很大影响。洞口位置越居中, 抗侧刚度越小, 墙片上的孔洞位置, 对整个墙片的抗侧刚度的影响呈二次曲线变化。当洞口位于墙片两端时, 抗侧刚度最大, 随着洞口向墙片中间移动, 抗侧刚度逐渐降低, 当位于墙片中间时, 达最低抗侧刚度值;洞口的大小影响墙体的破坏形态, 进而影响其抗侧刚度的计算。洞口越大, 墙体所受拉 (压) 应力越大, 墙体整体刚度越低, 对承载能力不利, 但相应变形量增大, 开洞生态复合墙体的延性要好于不开洞的墙体。洞口角部区域易出现应力集中现象, 应予以加强, 在开洞墙体洞口周围处加设水平筋, 是一种可以提高墙体抵抗地震能力的有效方法。

3 结论

页岩烧结砖相比于普通砌块, 在热工性能方面有很好的保温隔热, 其抗压、抗剪强度由于多孔洞、制作工艺等因素弱于后者。因此, 采用页岩烧结自保温砖时, 通过设置水平拉结带、纵向钢筋等提高砌体的抗震性能。

经对比分析可知, 砌体墙片在施加竖向压应力后, 其抗侧承载力提高了;尤其控制开洞尺寸和位置对墙体的影响, 采用在洞口上方加过梁、水平钢筋等措施弥补洞口对墙体整体性的削弱。

在设计砌体结构时, 应严格控制墙体的高宽比, 应在墙体端部设置构造柱, 当墙段过长时在中部加构造柱或芯柱, 与圈梁的连接形成弱框架体系, 改善墙体的工作性能。

参考文献

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[5]梁辉.烧结页岩粉煤灰多孔砖砌体基本力学性能[D].长沙:湖南大学, 2001.

[6]李卫波.烧结页岩多孔砖砌体抗剪强度及其应变试验研究[D].重庆:重庆大学, 2009.

浅谈烧结生产线电气故障处理方法 篇11

关键词：烧结 生产线 电气故障 处理方法

常见的烧结生产线电器故障多发现在配电线路、配电变压器、低压电器以及高压电器上，烧结生产线电气故障的程度决定着故障处理方法，对于较小的故障，可采用故障排除法进行解决，然而，对于多处复杂故障，则需要从烧结生产线故障发生的地方和类型入手，运用电气原理进行故障排除。本文对烧结生产线电气故障处理方法进行简单的探讨，如下。

1.常见的电气故障产生原因

烧结生产过程中产生电气故障的原因主要表现在主观和客观两方面。主观方面：烧结生产线操作者，对元器件及电气设备使用不当，未合理调整电气系统参数，电气检修人员使用元器件替代品，大中型机械化工程导致电气施工缺陷进而导致电缆线路损伤，检修、清灰不到位、不及时，不能全面细致地分析电气故障，检修方法不正确，随意安装、连接或拆除电线电缆或元器件，随意调整电气参数等等。客观方面：烧结生产线整个电气部分是由继电器、开关、保护装置、接触器、操作元件以及变压器等多种器件组成的。烧结生产线上大部分暴露在室外，工作环境恶劣，湿度、温度以及灰尘等均不达标，这些因素都是线路老化、设备磨损、护层腐蚀、接点锈蚀、过热等，从而引起烧结生产线产生电气故障[1]。

2.故障基本排除方法

常见的故障基本排除法有直观检查法、经验法、替换法、分段排除法、调整参数法、测量法等。直观法是凭直观感觉，比如有无糊味、放电、振动、异常响声等现象。经验法是运用多年经验，对重复或经常发生的故障检查怀疑故障点。替换法是对怀疑的元器件或设备，不能确定时，可利用替代件替代，观察故障是否消除。分段排除法是对线路出现的接地故障或短路故障，尤其是处于线路复杂的区域，用分段缩小范围查找故障点。有些故障发生时，设备、线路或元器件都是好的，但因为一些物理参数误差，或运行时间过长，机械磨损或受到外界因素感染等，导致系统参数改变，而系统没有自行恢复，这个时候，要根据具体情况，调整某些物理参数[2]。测量法主要用于电气线路电缆敷设过度弯曲，内部损伤，从而引起的绝缘性下降等故障。此时可利用欧姆表测量绝缘电阻，利用微安表测量漏泄电流。将此次测量结果与之前结果比较，从中发现问题。

3.结合工艺流程排除故障

烧结生产线电气故障的产生和生产工艺有着密切的关系，为了有效处理烧结生产线电气故障，应了解其生产工艺，对生产工艺了解越深，故障诊断和排除效率越高。烧结生产线从熔剂破碎筛分、燃料破碎系统至成品烧结矿运为止，主要分为熔剂破碎筛分、燃料破碎、配料、造球、烧结、冷却、整粒、返矿受料等几个环节[3]。整个生产工艺流程从电气控制上主要由13个电气控制部分，为了有效排除烧结生产线电气故障，应将此作为故障源头，逐一排查。生产线上电气网路13个电气控制系统，它们控制着整个生产线的电气网络，是生产动力，因此，也是烧结生产线电气故障主要根源，因此，要将其作为排除故障的核心。一旦网络控制系统出现故障，要首先确定控制系统故障，之后再找出13个控制系统中的故障系统。还要了解控制器配置、控制范围和方法，对控制器配置、范围和方法的了解可以帮助排查电气故障，这为处理电气故障提供了方法和路径。另外，了解计算机控制系统、了解主要电力设备数量、特点、启动以及保护特性也有助于处理烧结生产线电气故障。

4.结合电气安装施工方法排除故障

一旦大面积、各类局部性或多处出现电气线路故障，会引起各系统接地性能下降，电线烧毁等事故，针对此类故障，应结合电气安装方案处理故障，首先结合生产工艺流程及电气网路设置，了解电缆电线结构布置、敷设方式、走线方向等，按照电气安装施工图，查找电缆敷设各线路，结合电缆敷设规范，找出问题的线路系统，同样，对于电缆管道或电缆沟等，也可较快地区分故障系统。如果出现故障的电缆不容易修复，可增加电缆敷设，或者启用备用电缆等。

对于电器故障，经排查确认不属于电气网路故障，应根据电力设备特点，根据电器设备安装标准，排查电力设备，从而明确电气故障或机械故障。

另外要了解烧结生产线上电气设备及元器件的工作原理，采用接线图和原理图相结合的方法排查确认电气故障。比如，对于低压电器、变压器、断路器、电动机、接触器、主令电器、各类开关等，要详细了解其工作原理，并掌握相应常见故障规律，从而快速确认故障原因。对于电气柜出现的故障，要考虑是否电缆导线或电气柜接线母排不符合规定，或电气柜中零配件不齐全等安装缺陷，针对这种情况，要先掌握电气柜工作原理，之后，根据接线图逐一排查线路，从而确定故障原因。

5.结语

目前，烧结生产线电气故障普遍存在，其不断制约着产品生产，同时影响着产品质量，因此，人们越来越重视烧结生产线中电气故障。为了迅速排除电气故障，保证生产线的顺利运转，电气管理人员及技术人员要掌握正确处理电气故障的方法，从电气原理、生产工艺、电气安装等方面入手，从而达到排除、处理电气故障的目的。

6.参考文献：

[1]任义.实用电气工程安装技术手册[M].北京：中国电力出版社.2006

[2]阎士琦.常用电气设备故障论断技术手册[M].北京：中国电力出版社.2002

烧结材料 篇12

在用粉末冶金法制备了钢纤维增强的Sn-Cu-Fe-WC基复合材料的过程中,烧结温度是其中最重要的一环。在一定温度范围内,烧结温度愈高,原子扩散能量愈强,颗粒间冶金结合面也愈多。同时,烧结温度的提高还可以提高烧结体合金化程度。因此,从烧结角度看,提高烧结温度可以提高烧结材料的强度。但是过高的烧结温度会使烧结体形状和尺寸变化增大,还会影响到烧结炉的寿命,所以必须在允许的范围内适当地提高烧结温度从而达到提高烧结材料性能的目的。

1 试验过程及结果

试验采用的是不同烧结温度对Sn-Cu-Fe-WC基体材料和添加9%纤维增强复合材料的影响,保温时间都采用1h,其试验结果如下:

1)烧结温度对材料密度的影响。如图1所示,随着温度的升高,Sn-Cu-Fe-WC基体材料试样和添加9%纤维增强的复合材料试样的密度变化各不相同,基体材料密度随温度增加而降低,基体添加9%纤维增强复合材料随着烧结温度的增加,烧结密度逐渐增加,在940℃处达到最大值。并且在所考察的温度范围内,基体材料的密度高于复合材料密度。

2)烧结温度对材料抗拉强度的影响。由图2可知,Sn-Cu-Fe-WC基体材料抗拉强度随温度的增加而降低,在860℃出现最高值强度为237MPa。图2同时显示了随着烧结温度的增加基体添加纤维烧结试件的抗拉强度显著增加,在烧结温度为940℃强度达到最大值331MPa。

3)烧结温度对材料的韧性的影响。试验中用单位体积吸收功来体现烧结材料的韧性,由图3可知,Sn-Cu-FeWC基体材料的韧性随着烧结温度的升高而减小,而基体添加9%纤维增强复合材料却随着烧结温度升高而增加,但增加速率逐渐减小。

4)烧结温度对弹性模量的影响。如图4所示,随着烧结温度的增加,Sn-Cu-Fe-WC基体材料和基体添加9%纤维增强复合材料的弹性模量都是先增后减。但总的来说,弹性模量随着温度增加变化不大。

5)烧结温度对塑性的影响。试验中用断裂伸长值来体现材料的塑性。如图5所示,Sn-Cu-Fe-WC基体粉末材料的断裂伸长随温度的升高逐渐减小;而添加9%纤维的复合材料的断裂伸长却随温度的升高先增后减,但幅度不是很大。

6)烧结温度对材料硬度的影响。图6为基体添加9%纤维增强复合材料分别在900℃,920℃,940℃下烧结硬度值,由图6中可以知道,随着温度的增高,基体添加9%纤维增强复合材料硬度逐渐增大,但增大速率越来越小。

2 分析与讨论

在此次试验中,基体添加9%纤维复合材料的密度随温度升高而逐渐增大,而抗拉强度和韧性随着密度增大也呈有规律的逐渐增大。分析表明,在烧结过程中,由于高温的作用,原子运动加剧,使更多的原子进入颗粒间的接触面,形成粘结面[1]。随着粘结面不断扩大,烧结颈形成,使原来的颗粒界面形成晶粒界面,而且随着烧结的继续进行,晶界可以向颗粒内部移动,导致晶粒长大。晶粒长大的同时,颗粒间的孔隙也会随之缩小和球化,因而烧结体的致密度不断提高。由于形状不规则的孔隙容易引起应力集中的缺口效应,所以断裂伸长和抗拉强度强烈的依赖于试样的致密度,而且对孔隙形状很敏感。随着孔隙的收缩并球化,致密度不断提高,断裂伸长和抗拉强度也不断提高[2]。

图7和图8分别为基体添加9%纤维增强复合材料在900℃和920℃烧结试样拉伸断口的SEM照片。由图中可观察到,基体添加9%纤维增强复合材料在900℃下存在明显的孔隙,这说明颗粒间原子扩散不充分,颗粒之间没有实现致密化烧结,致使其烧结密度偏低。颗粒间虽然形成了粘接面,颗粒间的气孔呈不规则状态没有形成球状。在外加载荷的作用下,在气孔处形成了较大的应力集中致使其抗拉强度断裂伸长均偏低基体添加纤维增强复合材料在920℃SEM断口照片看上去孔隙率明显降低,图8表明材料在920℃烧结时,颗粒间原子扩散充分,不但形成了粘接面,而且气孔已经形成球状。在外加载荷的作用下,在气孔处不会形成较大的应力集中,致使其抗拉强度、断裂伸长比900℃烧结试样的高。但是Sn-Cu-Fe-WC基体材料的各项性能却随着温度的增加而逐渐减小。研究表明,当进一步提高烧结温度和延长烧结时间时,晶粒会继续长大。在变形过程中,位错滑移至晶界受阻造成应力集中。粗大晶粒的晶界前塞积的位错数目多于细晶粒,应力集中较大,易于启动相邻晶粒的位错源,利用滑移的传递,导致屈服强度的降低,抗拉强度也随之降低。因而晶粒显著长大,对烧结试样的强韧化产生一定的负面影响。所以,烧结温度过高时,晶粒的显著长大所造成的负面影响致使烧结体强度降低。Sn-Cu-Fe-WC基体材料在860℃时,锡已经充分溶人铜并形成复杂化合物以强化基体[3],当温度达到900℃和920℃时,基体发生了过烧,晶粒粗化导致性能普遍下降[4]。图9显示了Sn-Cu-Fe-WC基体材料在940℃的SEM照片,可以看出断口在韧窝底部有代表脆性断裂性质的小平台出现。

3 结论

1)从以上烧结温度的试验结果中可以看到,烧结温度对烧结材料各个性能影响都较大,特别是对抗拉强度和韧性的影响最大。

2)Sn-Cu-Fe-WC基体材料性能随烧结温度增大呈现逐渐减小趋势,可以认定,在本试验中,Sn-Cu-Fe-WC基体材料的最佳烧结温度为860℃。在最佳烧结温度下(860℃)抗拉强度为237MPa。

3)基体添加9%纤维复合材料烧结试样的各项性能随着烧结温度提高而显著增加,940℃为基体添加9%纤维增强复合材料的最佳烧结温度。在最佳烧结温度下(940℃)抗拉强度为331MPa。

4)基体添加9%纤维复合材料烧结试样的抗拉强度明显高于Sn-Cu-Fe-WC基体材料,但同时基体添加9%纤维增强复合材料的韧性和塑性却远低于Sn-Cu-Fe-WC基体材料。由此可见,材料强度的提高是以韧性和塑性降低为代价的。

参考文献

[1]事明怡,果世驹,林涛.压制参数对铁粉温压致密化过程的影响[J].粉末冶金工业,2001.

[2]林芸.粉末冶金烧结技术的研究进展[J].贵阳金筑大学学报,2004,56(4):107-108.

[3]于岩,阮玉忠,吴维青.烧结温度对氧化铝陶瓷疲劳损伤过程的影响[J].材料热处理学报,2007.