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电熔锆刚玉耐火材料是常用的玻璃窑筑窑材料。随着玻璃行业的技术进步,其质量也需要不断提高。气孔、缩孔缩松、裂纹掉角等铸造缺陷的产生,降低制品抗侵蚀性能,影响成品率和使用寿命。为解决上述问题,本文以33#电熔锆刚玉砖为对象,研究材料导热和流动性能变化,结合高温显微结构对其机理进行分析。并采用逆向倒推手段,将结果应用于模拟边界设置。通过 AnyCasting软件建立有限差分模型,研究生产过程中浇注温度、浇注时间、砂型材料、保温材料对温度场和应力场的影响,提出改善制品质量的工艺方案。结论如下: (1)材料的导热能力随温度的升高而降低,受氧化锆相变、玻璃相熔化等因素影响,1000℃-1400℃导热系数产生11.80%波动,1750℃时达5.978 W·m-1·K-1。氧化铝、氧化锆颗粒高温下的熔解增加了材料的流动阻力。1800℃时,熔体的粘度为2.37mPa·s。 (2)通过高温扫描显微镜、XRD、DSC等,研究变温过程中氧化锆和玻璃相行为。结果表明:氧化锆 m→t的转变发生在1172℃-1172.6℃、1190.1℃-1199.5℃两个阶段,第一阶段伴随着玻璃相的熔化析出,体现了相变反应具有热滞性。氧化锆t→m的逆向反应发生在993.7℃-974.2℃,伴随着玻璃相凝固。 (3)通过计算机软件对材料浇注成型过程的温度场进行研究,探讨浇注温度、浇注时间、砂型材料、保温材料对铸件致密性的影响。结果表明:浇注时间是控制气孔形成的关键因素,砂型材料、浇注温度、保温材料影响铸件逐层凝固的方式,控制缩孔缩松的形成。采用浇注温度1770℃、浇注时间20s、硅砂(B)砂型(1000℃导热系数1.50 W·m-1·K-1)以及粘土质材料(F)保温层(1000℃导热系数1.04 W·m-1·K-1)的模拟方案后,浇注面上气孔明显减少,缩孔深度为优化前的1/4。通过气孔、缩孔统计以及退火曲线对比,验证了该方案的可行性。 (4)以温度场结果为载荷,通过热力耦合计算对材料浇注成型过程的应力场进行研究,探讨浇注温度、浇注时间、砂型材料、保温材料对铸件热应力的影响。结果表明:砂型材料是控制铸件温度梯度及应力分布的关键因素,浇注温度和保温材料也有一定影响。铸件600mm棱边1/3-1/2位置、600mm×400mm表面1/3位置以及顶角位置,容易开裂。铸造工艺应力场优化结果同样是:浇注温度1770℃、浇注时间20s、硅砂(B)砂型(1000℃导热系数1.50 W·m-1·K-1)以及粘土质材料(F)保温层(1000℃导热系数1.04 W·m-1·K-1)。此时铸件棱中点附近应力值控制在256MPa-305MPa,开裂可能性减小,制品综合性能优良。通过产品裂纹、掉角统计,验证了模拟方案的可行性。