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FactSage热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性中的应用

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硅酸盐通报 2024年第3期43卷 1110-1122页

作者：郭伟杰朱天彬李亚伟廖宁桑绍柏徐义彪鄢文武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,... 详细信息

商用热力学计算软件FactSage在耐火材料抗渣侵蚀性研究中起到重要作用,因此在耐火材料研究中应用越来越广泛。本文总结了近15年来热力学计算在耐火材料抗渣侵蚀性研究中的应用,重点介绍了耐火材料抗渣侵蚀研究中常用的热力学计算模型,分析了各种模型的原理、特点、适用情景、精确度与局限性,并给出了详细的运用实例。此外,本文介绍了热力学计算与其他方法相结合运用的实例,包含ANSYS、动力学分析、分子动力学模拟等方法,规避热力学计算的局限性,更加全面地分析熔渣对耐火材料的侵蚀行为。最后,本文对热力学计算存在的问题进行了归纳,并基于现有研究现状对其发展前景与方向进行了展望。

关键词：耐火材料热力学计算抗渣侵蚀性 FactSage 热力学模型

模拟氢基竖炉工况条件下铝硅质耐火材料的结构与性能演变

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硅酸盐通报 2024年第3期43卷 1133-1142页

作者：颉付博李亚伟廖宁史成龙蔡国庆秦建涛武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081 山东耐材集团鲁耐窑业有限公司淄博255200

基于H_(2)/CO混合气强还原服役环境,本工作模拟常压氢基竖炉服役工况,研究典型的铝硅质耐火材料经还原处理后性能变化规律及失稳机制。结果表明,在V(H_(2))∶V(CO)=5∶2的条件下,热处理温度由450℃升高至950℃,混合气体对铝硅质耐火材... 详细信息

基于H_(2)/CO混合气强还原服役环境,本工作模拟常压氢基竖炉服役工况,研究典型的铝硅质耐火材料经还原处理后性能变化规律及失稳机制。结果表明,在V(H_(2))∶V(CO)=5∶2的条件下,热处理温度由450℃升高至950℃,混合气体对铝硅质耐火材料的还原能力逐渐增强。现有条件下,铝硅质耐火材料失稳的两个关键因素在于Fe_(2)O_(3)含量以及磷酸盐结合剂:1)当铝硅质耐火材料中Fe_(2)O_(3)含量较高时,在H_(2)/CO气氛下,Fe_(2)O_(3)极易被还原为单质铁。同时,这种情况会导致铝硅质耐火材料发生一定程度的体积变化和显著的力学性能下降。2)磷酸盐结合铝硅质耐火材料也面临磷酸盐挥发,导致显气孔率提高,结构稳定性降低。然而,研究还发现磷酸盐结合刚玉-莫来石砖中Fe_(2)O_(3)含量较低且伴生一定含量的TiO_(2)时,材料具有较好的抗H_(2)/CO气还原能力。通过比较铝硅质耐火材料在CO气氛和H_(2)/CO气氛下力学性能,发现V(H_(2))∶V(CO)=5∶2气氛下在850℃热处理3 h比CO气氛下500℃热处理100 h具有更强的还原能力。

关键词：氢基竖炉 H_(2)/CO气氛铝硅质耐火材料 Fe_(2)O_(3) 磷酸盐 CO气氛

AlO粒度和ZrO加入量对喷雾干燥ZTA造粒粉烧结性能的影响

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耐火材料 2024年

作者：邓江刘学新李文张子翼员文杰武汉科技大学钢铁工业耐火材料新技术国际合作联合实验室武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北斯曼新材料股份有限公司

为了提高氧化锆增韧氧化铝(ZTA)造粒粉的烧结性能，以不同粒径的Al2O3和氧化钇稳定氧化锆(ZrO2)为主要原料，并加入粘结剂和分散剂，混合球磨得到浆料。研究了不同ZrO2加入量(加入质量分数分别为：0、5%、10%、15%、20%)对浆料流变性能... 详细信息

为了提高氧化锆增韧氧化铝(ZTA)造粒粉的烧结性能，以不同粒径的Al2O3和氧化钇稳定氧化锆(ZrO2)为主要原料，并加入粘结剂和分散剂，混合球磨得到浆料。研究了不同ZrO2加入量(加入质量分数分别为：0、5%、10%、15%、20%)对浆料流变性能的影响。采用喷雾干燥法制备了ZTA造粒粉，筛分不同ZrO2加入量制备的造粒粉粒度。造粒粉经压样成型后分别在1 520、1 600和1 680 ℃保温2 h烧结，并测试其线收缩率和致密度。结果表明：1)ZTA浆料呈现剪切变稀的特性，并且具有一定的屈服应力，浆料的流变性能符合Herschel-Bulkley模型，拟合的相关系数较高，为0.996；2)所制备的ZTA造粒粉的粒度分布范围主要在110 μm～45 μm，粒度分布较广；3)加入1%(w)纳米Al2O3、15%(w)ZrO2时，所制备造粒粉流动性较好，其对应的卡尔系数为8.62%，含水率为0.22%，休止角为25.2o；4)综合分析，加入10%(w)ZrO2所制备ZTA陶瓷具有最佳性能，其致密度为94.75%，线收缩率为18.16%。

关键词：喷雾干燥法氧化锆增韧氧化铝(ZTA) 流变性能致密度线收缩率

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轧钢加热炉内传热过程的数值模拟及节能分析

工业炉 2024年第3期46卷 1-6页

作者：孙义燃桑绍柏陈富文王光阳李亚伟武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心

建立了钢坯在天然气轧钢加热炉内加热过程的传热模型，分析了钢坯加热情况、天然气消耗量和炉墙散热情况，量化研究了降低炉衬综合导热系数和涂覆红外辐射涂层的节能效果。结果表明，随着炉衬综合导热系数的降低和红外辐射涂层发射率的... 详细信息

建立了钢坯在天然气轧钢加热炉内加热过程的传热模型，分析了钢坯加热情况、天然气消耗量和炉墙散热情况，量化研究了降低炉衬综合导热系数和涂覆红外辐射涂层的节能效果。结果表明，随着炉衬综合导热系数的降低和红外辐射涂层发射率的增加，钢坯升温时间缩短，天然气消耗量减少；将炉衬综合导热系数从0.8 W/（m·K）降至0.4 W/（m·K）、炉膛内壁发射率从0.5增至0.8时，钢坯加热至1 460 K的时间缩短了19.7%，天然气消耗量减少了13.6%。分析认为，在选择低导热系数的轻量化工作层的同时增加近中红外波段高发射率红外辐射涂层是更值得推荐的加热炉节能方式。

关键词：轧钢加热炉节能导热系数红外辐射涂层非稳态数值仿真

基于总安全系数法的系统锚杆支护承载能力试验研究

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岩土力学 2024年第6期45卷 1743-1754页

作者：肖明清徐晨崔岚盛谦陈健谢壁婷晏庆明中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中国地质大学(武汉)海洋学院湖北武汉430074

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛... 详细信息

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法,总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法,在理论上实现了锚杆的量化设计,但缺少试验验证。基于此,从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变,分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载,研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明:锚杆能有效地与围岩协同承载,显著增加围岩的侧限力,提高围岩抗压强度与承载能力;试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合,表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

关键词：锚?岩承载拱模型试验承载能力总安全系数法

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列车轮缘润滑材料性能分析与应用研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 143-153页

作者：方聪聪丁一陈军周伟关煜彬詹胜鹏中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司科技和信息化部新疆乌鲁木齐830011 武汉材料保护研究所特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室湖北武汉430030

通过基础摩擦磨损试验研究了干态摩擦和3种轮缘润滑棒条件下的轮箍材料试样的摩擦磨损行为,结合扫描电镜和表面测量仪观察磨损表面形貌、损伤特征和磨痕几何形状,对3种轮缘润滑棒进行能谱分析,探究了润滑成分对轮轨材料减摩的影响,并根... 详细信息

通过基础摩擦磨损试验研究了干态摩擦和3种轮缘润滑棒条件下的轮箍材料试样的摩擦磨损行为,结合扫描电镜和表面测量仪观察磨损表面形貌、损伤特征和磨痕几何形状,对3种轮缘润滑棒进行能谱分析,探究了润滑成分对轮轨材料减摩的影响,并根据试验结果进行了2个月的现场机车轮缘磨耗跟踪测量.研究结果表明施加轮缘润滑棒作为润滑介质后可降低界面摩擦系数至0.15~0.50,试样表面摩擦损伤均有不同程度降低,3种轮缘润滑棒工况相比干态摩擦工况的试样磨损率分别降低17.21%、28.58%和20.50%;润滑剂成分研究表明,石墨-二硫化钼的轮缘润滑棒能在摩擦接触表面形成延展性强、覆盖率高的致密固体润滑膜,抗磨减摩性能最优;轮缘润滑棒B在DF12机车1轴轮对安装使用后轮缘磨耗有明显减缓,第1、4轴轮对轮缘磨耗之比下降50%.

关键词：轮轨磨损小半径曲线轮缘润滑固体润滑表面疲劳损伤

基于总安全系数法的喷射混凝土支护承载能力的试验研究

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隧道建设（中英文） 2024年第3期44卷 464-474页

作者：肖明清徐晨崔岚盛谦陈健谢壁婷吴鹏中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力... 详细信息

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

关键词：隧道支护结构设计喷射混凝土支护模型试验总安全系数法破坏试验承载能力

水溶性氧化钙陶瓷型芯的挤出式3D打印参数优化与表面精度控制研究

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机械工程学报 2024年第1期60卷 170-178页

作者：穆英朋刘富初张驰黄捷飞刘鑫韩光超樊自田许峰中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院武汉430074 中国地质大学深圳研究院深圳518057 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 荆门市炬峰机械设备制造有限公司荆门448000

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参... 详细信息

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参数进行四因素三水平正交试验,通过对不同工艺参数的3D打印成型坯体进行表面粗糙度测量与统计,采用极差分析确定各个打印参数对坯体表面质量影响的主次顺序,并得到挤出式3D打印氧化钙陶瓷型芯的最优打印参数。结果表明,内部填充方向对型芯坯体表面成形质量有显著的影响,当内部填充方向与外轮廓呈45°和90°时,内部填充浆料与外轮廓层有较多的拐点,拐点处的成形方向发生突变,进而造成挤出压力方向发生突变并作用于外轮廓层,外轮廓层变得凹凸不平,层层堆积成形的坯体表面粗糙度较大、表面质量较差。当针头内径为0.41 mm、层高/内径比值为70%、打印速度为20 mm/s、内部填充方向与外轮廓层平行时,坯体表面粗糙度最小,型芯坯体表面质量最好。通过增加外轮廓层数来可以有效地减小甚至消除填充方向对坯体表面粗糙度的影响,当外轮廓增加至两层时型芯坯体表面粗糙度降低了近22%,这对水溶性陶瓷型芯的快速精确成形具有重要意义。

关键词：氧化钙陶瓷型芯挤出式3D打印内部填充方向外轮廓层数

尖晶石包覆骨料对镁铝质耐火材料抗热震性和抗水泥熟料侵蚀的影响

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硅酸盐学报 2023年第3期51卷 658-668页

作者：朱方迪戴亚洁鄢文徐义彪汪丹汪超武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081

由于周期性水泥熟料回转以及进出料,水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面,制备出含包覆结构骨料的方镁石–镁铝尖晶石耐火材料,并采用三点弯曲测试结合数字图... 详细信息

由于周期性水泥熟料回转以及进出料,水泥回转窑用耐火材料需要兼顾优异的耐火度、热震稳定性和耐侵蚀性。本研究通过将尖晶石细粉包裹于镁砂骨料表面,制备出含包覆结构骨料的方镁石–镁铝尖晶石耐火材料,并采用三点弯曲测试结合数字图像相关以及声发射技术表征其断裂行为,以及采用静态抗渣法表征其抗侵蚀性能。结果表明:通过改变尖晶石分布,形成包覆结构复合骨料,降低了氧化铝含量,尖晶石相达到更为均匀且广泛的分散。与氧化铝含量(质量分数)为10%的市售预合成尖晶石骨料耐火材料相比,采用尖晶石包覆骨料的方镁石–尖晶石耐火材料(Al2O3含量为5%)在保证材料抗热震性能的同时,提升了力学强度、热震稳定性能以及抗侵蚀能力。

关键词：方镁石–尖晶石耐火材料包覆结构骨料热震稳定性能抗侵蚀/渗透性能无损探伤技术