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沖蝕速度與高鋁磚體積磨損率的關(guān)系
01. 前言概述
高鋁磚在使用過程中的損毀有很多，其中高溫熔液的沖蝕是關(guān)鍵因素之一，本文通過試驗(yàn)分析，研究沖蝕速度與高鋁磚體積磨損率的關(guān)系。
02. 沖蝕速度與體積磨損率
圖1為高鋁磚原始成型面、內(nèi)部切面分別在4m/s、6m/s、8m/s的沖蝕速度下進(jìn)行試驗(yàn)后的體積沖蝕率測(cè)試結(jié)果。在4m/s、6m/s、8m/s沖蝕速度時(shí)，高鋁磚原始成型面、內(nèi)切面體積磨損率分別為0.034 mm3/g和0.020 mm3/g、0.097 mm3/g 和 0.054 mm3/g 、 0.136 mm3/g 和 0.097 mm3/g 。它們的體積磨損率均隨沖蝕速度的增大而增大，且內(nèi)部切面的體積磨損率小于原始成型面。
在研究高鋁磚沖蝕速度與體積磨損率的關(guān)系時(shí)，依然選取45°的沖蝕角度和4min的沖蝕時(shí)間。通過觀察圖1可以看出，當(dāng)沖蝕速度只有4m/s時(shí)，高鋁磚體積磨損率很小，這主要是因?yàn)槟チＫ俣刃?，所具備的沿靶材法向速度就小，?dǎo)致與靶材接觸的尖角沖擊應(yīng)力小，但是只要超過靶材臨界沖蝕速度則會(huì)發(fā)生體積損失。
與高鋁澆注料預(yù)制件同沖蝕速度時(shí)，高鋁磚的體積磨損率均大于高鋁澆注料預(yù)制件，這和高鋁磚的骨料粒度有很大關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)的高鋁澆注料預(yù)制件骨料臨界粒度為8mm，但高鋁磚骨料臨界粒度為3mm，因此其體積磨損率大于高鋁澆注料預(yù)制件。
觀察發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高鋁磚內(nèi)部切面來說，其體積沖蝕率增大頻率保持某一恒定數(shù)值，并沒有驟然增大或者驟然減小，但是對(duì)于高鋁磚內(nèi)部切面則不同，其體積沖蝕率在6m/s時(shí)增大速率變快，但是到了8m/s時(shí)則又穩(wěn)定到和內(nèi)部切面相同的速率而增大。
這可能的原因是，當(dāng)沖蝕速度達(dá)到6m/s時(shí)，其原始成型面在4min的沖蝕時(shí)間下已經(jīng)達(dá)到了很劇烈的程度，基質(zhì)部分可能已經(jīng)被沖蝕完成，骨料開始萌生裂紋并擴(kuò)展，因此體積損失很大，但是當(dāng)沖蝕速度達(dá)到8m/s時(shí)，基質(zhì)部分由于受到高速粒子的沖擊而很快剝落，耐磨性更好的骨料很快成為抵抗沖蝕的介質(zhì)，因此高鋁磚在更高的沖蝕速度下體積磨損率的增長率并沒有6m/s時(shí)增長快。
對(duì)比圖1中不同測(cè)試面的體積磨損率也可以看出，高鋁磚內(nèi)部切面的體積磨損率在不同沖蝕速度下均小于原始成型面，且內(nèi)部切面體積磨損率增長率較為穩(wěn)定，但原始成型面體積磨損率在6m/s時(shí)增長率最大，之后逐漸減少，當(dāng)沖蝕速度達(dá)到8m/s時(shí)與靶材內(nèi)部切面基本相同。這主要和靶材的顯微結(jié)構(gòu)與粒度分布有關(guān)，也與磨粒自身的沖蝕速度有關(guān)。
圖1速度變化與高鋁磚體積磨損率的關(guān)系
( 沖蝕時(shí)間：4min，沖蝕角度：45°，給料速度：1kg/min )
03. 前言概述
圖2為高鋁磚原始成型面和內(nèi)部切面在4m/s、8m/s沖蝕速度下的沖蝕形貌圖。
由圖2(a)可以看出，對(duì)于高鋁磚原始成型面，在4m/s的沖蝕速度下，由于沖蝕速度小，粒子所具有的沖蝕動(dòng)能不足，測(cè)試面上的基質(zhì)部分并沒有被大面積破壞，有很多地方還具有完整的形貌，連接成片，由于基質(zhì)的保護(hù)作用，骨料并未裸露。
對(duì)于圖2(c)，當(dāng)磨粒沖蝕速度達(dá)到8m/s時(shí)，觀察到測(cè)試面上基質(zhì)與細(xì)粉部分由于沖蝕作用而大面積脫落，骨料裸露程度更大，成為抵抗沖蝕的主要受體，但是骨料上并沒有出現(xiàn)明顯的裂紋，只是由于沖蝕作用而使骨料最外層表面形成坑點(diǎn)的不平整狀態(tài)。
圖2高鋁磚內(nèi)外測(cè)試面分別在 4 m/s、8 m/s 下的沖蝕形貌
(a-4m/s 外表面;b-4m/s 內(nèi)表面;c-8m/s 外表面;d-8m/s 內(nèi)表面)
由圖2(b)可以看出，對(duì)于高鋁磚內(nèi)部切面，在4m/s的沖蝕速度下，抵抗磨粒沖蝕作用的主體是內(nèi)部切面的骨料，但是由于沖蝕速度小，骨料并沒有產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，且形貌完整，沒有微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展跡象。觀察2(d)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磨料沖蝕速度達(dá)到8m/s時(shí)，由于磨料顆粒的不規(guī)則性，骨料間隙的基質(zhì)已被沖刷完成，骨料基本完全裸露，除骨料最外層表面由于磨料的沖蝕而產(chǎn)生坑點(diǎn)導(dǎo)致體積損失外，骨料表面已產(chǎn)生不規(guī)則的橫向裂紋，這些橫向裂紋的產(chǎn)生就是靶材體積損失的關(guān)鍵，隨著沖蝕時(shí)間的進(jìn)一步增加，并伴隨徑向裂紋的產(chǎn)生，靶材骨料產(chǎn)生層狀脫落。
04. 結(jié)論
通過對(duì)比高鋁磚相同實(shí)驗(yàn)條件下原始成型面與內(nèi)部切面的形貌圖可以看出，原始成型面最開始收到?jīng)_蝕作用的是外表面耐磨性差的基質(zhì)，當(dāng)沖蝕速度很小時(shí)，基質(zhì)部分被破壞的程度也是十分有限的，但是在沖蝕速度達(dá)到一定數(shù)值后，基質(zhì)部分磨損速度加快，沖蝕很快進(jìn)入到骨料內(nèi)部，這反應(yīng)在圖上就是原始成面在高沖蝕速度時(shí)體積沖蝕率增長速度突然加快。
但是對(duì)于高鋁磚內(nèi)部切面，其抵抗沖蝕作用的直接是耐磨性強(qiáng)的骨料部分，體積流失主要是靠裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，沖蝕速度很小時(shí)，不足以引發(fā)靶材裂紋出現(xiàn)，但是當(dāng)沖蝕速度增大到一定程度，隨著沖蝕的進(jìn)行，骨料表面產(chǎn)生橫向裂紋，并伴隨著骨料顆粒的剝落。反應(yīng)在圖上則表現(xiàn)為體積磨損率隨著沖蝕速度的增大而增大，且增長率有增大的趨勢(shì)。
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