Как возникает явление “теплового шока” в процессе обжига и каковы его опасности? 

Механизм теплового удара

Во время обжига, когда температура резко повышается или понижается, различные части материала нагреваются или охлаждаются с разной скоростью, создавая температурные градиенты. Поскольку расширение или сжатие различных частей ограничено друг другом, внутри материала возникают термические напряжения. Когда тепловое напряжение превышает предел прочности материала на растяжение (или разрушение), в нем образуются трещины — это явление известно как “тепловой удар”. Суть его заключается в совокупном влиянии коэффициента теплового расширения, модуля упругости и скорости изменения температуры: чем больше коэффициент теплового расширения, тем выше модуль упругости и чем быстрее меняется температура, тем больше возникает тепловое напряжение и тем более подвержен материал тепловому удару. Кроме того, если в материале происходят фазовые превращения (например, α-β-переход кварца при температуре 573°C) или происходит неравномерное тепловое расширение на многофазных поверхностях раздела, возникают дополнительные объемные эффекты, которые еще больше усиливают тепловое напряжение.

Опасность теплового удара

Во-первых, происходит мгновенное разрушение (разрушение при термическом ударе): когда разница температур превышает критический предел, материал трескается или даже непосредственно разрушается. Крупногабаритное оборудование, такое как вращающиеся печи, может испытывать вибрацию корпуса печи, потерю контакта между шиной и опорными роликами и синхронную вибрацию приводных механизмов. Если своевременно не устранить проблему, это может привести к усталостному разрушению корпуса печи.

Во-вторых, кумулятивное повреждение (повреждение от термического удара): при повторяющихся циклах термического удара образуются, распространяются трещины, вызывая растрескивание поверхности, постоянную потерю прочности и, в конечном итоге, полное разрушение. Это особенно опасно для огнеупорного облицовочного кирпича — как только в структуре кладки образуются сквозные трещины, резко ухудшается герметичность и устойчивость к эрозии, что значительно сокращает срок службы печи.

В-третьих, это влияет на качество продукции: например, когда клинкер на основе оксида алюминия или материалы с тройным катодом подвергаются термическому воздействию во время обжига, на поверхности частиц образуются микротрещины. Скорость потери прочности увеличивается с увеличением количества циклов термического воздействия, что напрямую влияет на последующую производительность и электрохимические свойства.

Краткий критерий оценки: Коэффициент сопротивления материала тепловому удару равен R = σ_f(1−μ) / (aE), где σ_f – прочность, μ – коэффициент Пуассона, α – коэффициент теплового расширения, а E – модуль упругости. Чем больше значение R, тем выше устойчивость к тепловому удару. Таким образом, основными направлениями повышения устойчивости к тепловому удару являются снижение коэффициента теплового расширения, повышение теплопроводности и прочности, а также снижение модуля упругости.