中文摘要：

致密耐火浇注料初次烘烤时易发生爆裂而造成衬体破坏。深入研究材料在温度升高时的技术参数变化，分析、揭示爆裂发生的机理，对提高抗爆裂性、指导材料开发有着重要意义。课题以超低水泥刚玉质浇注料为基础，通过研究脱水行为、气孔参数、热动态透气性能、烘烤过程中材料内部的蒸气压力大小、分布及气孔参数-透气度-蒸气压力间关系等，分析水蒸气压力致爆裂的作用机制。采用有限元分析不同热冲击作用下试样的温度场分布及裂纹萌生、扩展模型，研究不同热处理温度下材料的热力学性能、内部温度分布及裂纹参数，揭示热应力在浇注料爆裂中的影响与作用机制。通过研究材料在快速升温过程中强度、裂纹与温度间关系，建立水蒸气压力机理与热应力机理间的耦合关系。课题将对浇注料的透气度及内部蒸气压力进行热动态测试，并首次研究热应力在材料爆裂中的作用，探讨爆裂发生的机理，将有效指导浇注料抗爆裂性的改善，为开发新一代致密耐火浇注料提供理论支持。

结论摘要：

（一）项目的背景耐火浇注料受热时的爆裂不但影响产品高温性能，造成衬体破坏，滞后生产，严重时还会造成设备损坏和安全隐患。研究浇注料爆裂发生的机理，理清爆裂发生的原因，控制好影响爆裂的因素可以为更有效、灵活的提高浇注料抗爆裂性提供指导，为致密耐火浇注料快速烘烤提供理论支持。 （二）主要研究内容（1）浇注料加热过程中内部蒸气压测量装置的设计和验证，浇注料蒸气压致爆裂机理的初步研究。（2）浇注料加热过程中内部热应力的模拟计算，浇注料内部热应力在爆裂中的作用。（3）单面加热炉的设计和制作，浇注料蒸气压致爆裂机理的进一步研究，不同结合体系、组成变化和添加剂对浇注料抗爆裂性的影响。（4）浇注料试样加热过程中内部应变和应力的研究。 （三）重要结果提出了浇注料快速升温致爆裂的机理，即（1）浇注料在加热过程中由于内部水分蒸发产生较大的蒸气压力，加上因加热形成的温度梯度导致的热应力，两者共同作用在浇注料内部形成应力。（2）在一定温度范围内，尤其是260℃左右，内部水分急剧蒸发，气体无法及时排出，导致形成了一个较大的蒸气压力。此蒸气压力和热应力共同作用到浇注料上，当该应力超过浇注料的坯体强度时，浇注料破裂，产生裂纹。（3）由于裂纹产生，导致断裂点的蒸气迅速排出，蒸气压力急剧降低。为了达到平衡，残存的水分瞬间气化，形成了较大的蒸气压力，该蒸气压力导致已经出现破裂的浇注料剥落或严重者爆炸。 （四）关键数据及其科学意义（1）浇注料在单面加热过程中的内部蒸气压力和温度的变化研究低水泥结合刚玉质浇注料试样尺寸350mm×350mm×250mm，2℃/min的升温速率升温到600℃，然后保温5hr。不同测量点的蒸气压随温度的变化趋势是相似的测量点温度175℃之前，由于游离水和部分结合水的排出，测量点蒸气压缓慢上升；在175-280℃范围内，由于结合水较为剧烈的排出，测量点蒸气压快速增加；在280℃左右，结合水排出达到最大，相应的蒸气压也达到最大值；280℃以后，结合水基本排出完毕，同时材料形成较多的贯通气孔结构，蒸气压下降。（2）浇注料在单面加热过程中的内部应变和应力的变化研究 M-S-H结合刚玉质浇注料试样尺寸350mm×350mm×150mm，30℃/min的升温速率升温到700℃，然后保温。结果表明单面烘烤时试样内部受压，尤其是爆裂时内部仍为压力。