耐火材料结构和性能数模仿真技术

耐火材料的制备及性能表征引言：耐火材料是由固相(包括结晶相和玻璃相)和气孔两部分构成的非均质体，其中各种形状和大小的气孔与固相之间的宏观关系(包括他们的数量和分布结合情况等)构成耐火材料的宏观组织结构。

耐火材料是为高温技术服务的基础材料，具有广泛的应用领域，主要应用于钢铁工业、有色金属工业、建筑材料工业、石油化学工业、机械工业等部门。

所以对于耐火材的研究，对我国的经济发展起着重要的作用，在我们生活中是不可缺少的一部分。

一. 实验目的1.了解耐火材料的原料配方组成及基本操作过程。

2.掌握耐火材料的制作流程及性能测试方法。

3.通过实验操作加强对耐火材料的认识，掌握基本操作方法。

二. 实验原理耐火材料的烧成烧成是耐火制品生产中的最后一道工艺。

制品在烧成过程中发生一系列的物理化学变化，随着这些变化的进行，气孔率降低，体积密度增大，使坯体变成具有一定尺寸、形状和结构强度的制品。

耐火材料的气孔率的测定气孔率=(m3-m1)/(m3-m2)xlOO%m1烧结后的质量m2——抽真空后，在水中的质量m3――拿出水面后，那只擦试一下后的质量三. 实验器材及药品实验器材：台秤、模具、高温电阻炉、浸液槽、ZMD-O2真密度测定仪、抗弯强度测定仪实验药品：硅微粉、水泥、粗粘土、细黏土、刚玉粉、蒸馏水四. 实验步骤l.耐火材料的制备(1)称取300g硅微粉，150g水泥，900g粗粘土，850g细黏土，800g刚玉。

(2)加总质量的6%的蒸馏水混合搅拌均匀。

(3)把混合好的材料加入模具。

(4)常温下静置两天的时间。

2.耐火材料的煅烧(1)将模具中的样品取出，称重，样品2的质量是980g。

(2)把样品2放入高温电阻炉至1250°C煅烧。

3.耐火材料抗弯强度的测定打开试验机，点击实验数据-其他-进行抗弯强度测试-分析-新建-清零-试验开始进行测试4.耐火材料气孔率的测定(1)称取煅烧后的质量为m1。

(2)将样品放入烧杯中，置于真密度测定仪中抽真空，操作3min后将水通入用烧杯中浸没样品并继续抽真空，直至烧杯中的样品不再出现气泡，将样品取出，放入浸液槽中称重，这时质量为m2。

硅质耐火陶瓷制品的仿真模拟研究摘要：本研究采用仿真模拟的方法，对硅质耐火陶瓷制品进行研究。

通过对模型的建立和材料特性的设定，我们通过仿真计算的方式获取了硅质耐火陶瓷制品的性能参数，包括热导率、热膨胀系数、断裂韧性等。

研究结果表明，我们的仿真模拟方法能够准确预测硅质耐火陶瓷制品的性能表现，为产品设计和优化提供了一种有效的手段。

1. 引言硅质耐火陶瓷制品具有优异的耐高温性能和化学稳定性，在冶金、玻璃、建材等行业广泛应用。

为了提高硅质耐火陶瓷制品的性能，设计和优化过程中需要准确估计材料的性能参数。

传统的实验方法昂贵且耗时，而仿真模拟则可以提供快速、经济和准确的解决方案。

2. 方法与材料本研究使用了有限元方法和计算流体力学模拟的软件进行仿真模拟。

首先，根据硅质耐火陶瓷制品的几何形状，建立了三维模型。

然后，根据材料的特性，设定了相应的材料参数，包括热导率、热膨胀系数和断裂韧性等。

最后，通过对模型施加热应力和机械应力，进行了多个仿真计算。

3. 结果与讨论通过仿真模拟，我们获得了硅质耐火陶瓷制品的热导率、热膨胀系数和断裂韧性等性能参数。

研究发现，硅质耐火陶瓷制品的热导率随温度的升高而增加，这与实验结果相符。

同时，热膨胀系数的仿真结果也与实验数据吻合良好。

此外，我们还研究了不同应力下硅质耐火陶瓷制品的断裂特性，发现在较高的应力条件下，制品的断裂韧性明显下降。

4. 应用与展望本研究的仿真模拟方法可为硅质耐火陶瓷制品的设计和优化提供支持。

通过调整材料参数和几何形状，可以快速预测制品的性能表现，并选择最佳设计方案。

未来，我们将进一步改进仿真模型和算法，以提高预测精度，并将该方法拓展到其他材料的研究领域。

5. 研究的局限性本研究还存在一些局限性。

首先，我们对硅质耐火陶瓷制品的模型和材料参数进行了简化处理，可能会对仿真结果的准确性产生一定影响。

其次，我们只研究了静态条件下的性能参数，对于动态条件下的行为尚未进行深入研究。

石墨烯耐火材料产品技术与分析
一、背景技术
镁碳耐火材料是钢铁冶炼中常用的一种碳复合耐火材料，其中石墨因具有优异的抗热震和抗侵蚀性能而成为其重要组分之一，但随着目前洁净钢技术、炉外精炼技术、钢铁工业节能减排技术及资源循环利用等技术的不断发展，传统的镁碳耐火材料由于较高的石墨含量(12～20wt％)，也逐步开始无法满足生产要求，主要原因包括：(1)碳的导热系数高，造成含碳耐火材料热损耗大，从而使炼钢能耗增加；(2)高碳含量引发的钢水增碳效应降低了钢材的理化性能；(3)石墨氧化导致材料结构疏松，其高温强度、抗侵蚀性等快速衰减，降低了耐火材料的使用寿命。

针对以上问题，含碳耐火材料的碳含量须减少到适当的低水平，镁碳耐火材料的低碳化(碳含量低于8wt％)的研究发现，镁碳耐火材料降碳后，其抗热震性和抗侵蚀性也都大幅下降，这很难满足实用要求。

近期，研究发现在镁碳耐火材料中引入纳米技术来降低碳含量是制各高性能、低碳化耐火材料的一种重要方法，然而，石墨烯在耐火材料，如石墨烯高昂的价格，纳米材料普遍存在的分散性问题；石墨烯巨大的比表面积所带来的易氧化问题等，严重影响石墨烯的应用。

二、技术实现要素
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，本发明还提供了所述mgal2o4-石墨烯复合耐火材
料的制备方法。

高效连铸用功能耐火材料发展和研究动向李红霞刘国齐杨彬中钢集团洛阳耐火材料研究院洛阳471039摘要在高效连铸技术发展的推动下，连铸用功能耐火材料的主要进展是使用寿命上有明显提高，开发了复合结构水口解决水口堵塞和适应高侵蚀性钢种连铸，在水口结构上以数值模拟和水模拟结果为优化设计依据，保证流场稳定、连铸工艺稳定和铸坯质量提高。

关键词高效连铸、功能耐火材料、数值模拟、水模拟在实现了高连铸比的发展后，连铸技术的主要发展内容是高效连铸、高品质钢连铸和近终形连铸以提高连铸机生产效率、发展中包冶金和优化结晶器流场减少非金属夹杂提高铸坯质量。

连铸用功能耐火材料(保护套管、整体塞棒、浸入式水口)是连铸技术的关键耐火材料，产品在使用中起着特定的功能作用，如控流作用、吹气搅动作用、防止二次氧化保护浇铸作用、决定钢液在结晶器内的流场分布等。

高速连铸是在保证铸坯质量的前提下提高铸机产量和实现铸机与热轧生产率匹配的重要手段。

拉速的提高，必然导致钢水流速和流量的提高，拉速提高造成结晶器内钢水较大的表面流速和液面波动、为控制钢水流动而采用的电磁制动以及为改善结晶器的传热与润滑而采用的高熔化速度、低熔点、低粘度的保护渣，这些变化都会加剧对功能耐火材料冲刷和侵蚀，要求功能耐火材料提高性能才能够保证高速连铸的高炉次连铸的顺利实现。

同时，高速连铸时液面波动和不稳定性增大，增加了结晶器漏钢和卷渣的几率，增加了夹杂物上浮阻力，对水口防堵和稳流要求提高，高性能、功能化、合理结构的连铸“三大件”是高效连铸的顺利实施的重要保障条件。

在连铸技术发展的推动下，连铸技术的关键耐火材料——功能耐火材料适应高效连铸的高可靠性、高寿命和结晶器流场稳定性要求、也有了很大的发展和进步。

主要进展有：优化材料性能和材料选择明显提高使用寿命，发展材料功能，防堵塞、不污染钢液和减少增碳，应用计算机模拟和水模拟技术设计产品结构优化流场。

1高寿命连铸用功能耐火材料的发展连铸用长水口(保护套管)、整体塞棒、浸人式水口使用条件苛刻，在性能指标、质量稳定性等方面都有着非常高的要求，材质特点是采用抗热震性优异的高档含碳耐火材料，使用特点是一次性使用和制品关键部位的使用效果决定其使用寿命。

新型耐火材料的研究与应用随着现代工业的不断发展，耐火材料逐渐成为工业生产中不可或缺的重要材料。

相较于传统耐火材料而言，新型耐火材料不仅具有更好的性能和更长的使用寿命，还可以大幅度提高生产效率和节约能源。

因此，近年来在新型耐火材料的研究和应用方面取得了令人瞩目的成就。

一、新型耐火材料的种类新型耐火材料的种类繁多，其中钢纤维耐火材料、碳化硅耐火材料、碳化硼耐火材料、氮化硼耐火材料、陶瓷耐火材料等常见材料备受研究者青睐。

1. 钢纤维耐火材料钢纤维耐火材料是一种纤维增强的无机材料。

其主要成分为高纯氧化铝和钢纤维，通过化学反应后形成坚硬的凝聚物。

具有高强度、高稳定性、高温承载能力等优点，用于制造高温场合下的炉子和加热炉。

2. 碳化硅耐火材料碳化硅耐火材料是一种高性能、多功能的陶瓷材料。

具有优异的高温抗氧化性、高温强度、刚度、耐磨性和化学稳定性等突出特点。

常被用作耐火炉的衬砌，还可以广泛应用于电子、光电子、航空航天、纺织、化学工业等领域。

3. 碳化硼耐火材料碳化硼耐火材料具备较好的高温稳定性，具有高度的热导率、低热膨胀系数、无极性等特点，同时具有高强度、高硬度、高耐磨性和良好的抗氧化性等优点。

常被用于制造尖端的流程控制产品和高速磨损耗材。

二、新型耐火材料的应用新型耐火材料具有较高的耐磨性、耐腐蚀性、抗温性等优点，在工业生产中的应用非常广泛。

1. 钢铁冶炼业钢铁冶炼业是新型耐火材料最重要的应用领域之一。

钢铁冶炼过程中需要耐高温、耐腐蚀、抗冲刷的耐火材料，新型耐火材料的应用大大提高了生产效率和产品质量，降低了生产成本。

2. 炼油化工炼油化工行业中需要耐高温、耐酸碱、耐腐蚀等特性的耐火材料。

新型耐火材料的应用可以提高反应釜的使用寿命、降低维修成本，同时有助于提高产品质量。

3. 火力发电在火力发电中，锅炉内壁的高温环境需要使用高性能的耐火材料。

新型耐火材料具有较高的耐高温性、抗腐蚀性、抗冲刷性和热轮换失效的能力，可以有效提高热效率、降低燃料消耗、延长机器寿命，确保较高的发电效率。

数值模拟仿真技术在复合材料热压罐工艺制备过程中的应用摘要：随着国内航空领域对复合材料产量需求的不断增加，高效，低成本且质量可控的复合材料制备工艺也愈发重要。

由于制备工艺过程复杂，影响因素多，所以长期以来研发与改进均以经验和试验为主，导致研发过程高周期，高成本，难以满足其快速发展的需求。

当前，数值模拟仿真技术蓬勃发展，利用数值模拟方法能够有效地指导工艺和工装的设计优化，为复合材料研发模式从传统的积木式验证向数字化制造模式转变提供有力的技术支撑。

本文结合国内外研究发展现状，介绍了数值模拟仿真技术在复合材料热压罐制备工艺领域的应用。

关键词：热压罐；数值模拟；固化变形；温度场1 前言同金属材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料（本文后续提到的复合材料就是碳纤维增强树脂基复合材料）具有比强度高、比模量大、耐高温、抗腐蚀、可设计性强以及隐身性好等系列优点。

20 世纪 70 年代初即开始应用在飞机结构上，目前在航空领域得到广泛应用，继铝、钢、钛之后，迅速发展成航空 4 大结构材料之一[1],需求量逐年增加。

复合材料成型具有材料制造与构件成型同时完成的特点，其性能通过工艺制造过程被赋予到构件上，因此复合材料构件的成型过程就突显出其重要性，所以对复合材料构件的制造过程进行深入的机理性研究，并对影响成型质量的各种因素进行有效合理控制是提高我国复合材料制造水平的关键点之一。

长期以来，复合材料制备工艺的研发与改进主要依靠经验和试验，但是使用经验或者试验试错法进行研发，不仅成本高昂，效率低下，而且难以针对特定构件结构进行参数化优化，严重制约了复合材料的发展[2]。

随着计算机技术的飞速发展，制造过程的数值模拟仿真技术也蓬勃发展起来。

数值模拟仿真技术能够对复合材料工艺过程进行模拟，并对最终零件外形质量进行预测和分析，这种工艺研发手段能够减少试验次数，降低研发成本约33%[3]、缩短研发周期，数值模拟技术的应用还能够大幅降低材料和能源消耗，实现复合材料的快速绿色制造。

新型耐火材料的制备及性能研究随着现代工业的不断发展，耐火材料的需求量也越来越高。

在传统的耐火材料中，石墨、陶瓷、金属等材料被广泛应用，但由于其存在性能限制，目前耐火领域对于新材料的研究已逐渐成为研究的热点之一。

新型耐火材料从材料、工艺和应用等方面进行了多方面的研究，其研究结果将对耐火材料的发展方向起到重要的推动作用。

1. 自复合耐火材料的研究自复合材料（Self-compaction Materials，SCM）是一种最新的基于纤维和微粒子间相互作用原理的复合材料。

在耐火材料中，自复合材料得到了广泛的应用。

其制备过程为将一定比例的胶凝材料与骨料和一定比例的纤维，在适当的温度、压力下混合形成所需形状。

SCM的优点在于其高强度、高韧度和耐热性良好。

其在工业生产、航空航天、矿山、建筑等领域的应用将去往备受关注。

2. 聚合物增韧及其在耐火材料中的应用在传统的耐火材料中，石墨和石英等硬质材料用于增加材料的抗压强度。

但在制备过程中，石墨和石英材料的悬臂式结构会导致材料的抗拉强度不够。

近年来，聚合物作为一种悬臂式结构材料，已广泛应用于耐火材料的制备过程中。

其制备过程为将聚合物与耐火材料骨架进行强化结合，使其抗拉强度得到提升。

聚合物增韧不仅使得材料的韧性和强度提升，而且还能使得耐火材料的性能稳定，提高应用效益。

3. 仿生制备耐火材料仿生制备材料是一种模仿自然生物学而制备的材料，其优点在于能够在一定程度上模拟自然界中的结构和功能，使得材料的性能得到显著提升。

在耐火材料中，仿生制备技术已被广泛应用。

其制备过程大致分为三个步骤：模仿自然界的结构与功能，通过新型的催化剂进行复杂反应，最后形成所需的材料。

通过仿生制备，材料的生态友好与性能优化都得到了显著提升。

总的来说，随着新型耐火材料的制备及性能研究不断深入，耐火材料的性能逐渐得到了提升。

未来，新型的耐火材料将成为耐高温、耐腐蚀、耐磨损等领域的重要材料，发挥越来越重要的作用。