在選擇蓄熱體的材質(zhì)時(shí)要綜合考慮密度、比熱容、 對(duì)流換熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)對(duì)傳熱性能和 抗熱震性能的影響。密度和比熱容是影響蓄熱體蓄熱 能力zui大的兩個(gè)因素，密度和比熱容越大，蓄re能力 就越大，蓄熱體溫度場(chǎng)的移動(dòng)速度也越慢。蜂窩陶瓷 蓄熱體是由多種材料配比組成的復(fù)合材料，其材料密 度也就是指蓄熱體的致密程度。蓄熱體的致密程度越 高在熱應(yīng)力的作用下越容易產(chǎn)生裂紋。對(duì)流換熱系數(shù) 反映的是流體與固體表面之間的換re能力。對(duì)流換熱 系數(shù)大，蓄熱體與氣體之間熱交換速度快，在換向時(shí) 間一定的情況下，蓄熱體的蓄 / 放熱量多，蓄熱室更 加緊湊，但蓄熱體的溫度變化大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力大。 導(dǎo)熱系數(shù)指的是物體傳導(dǎo)熱量的能力。導(dǎo)熱系數(shù)大， 蓄熱體豎直方向的傳熱效果好，各部分之間的溫度梯 度小，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也較小。熱膨脹系數(shù)指的是物體 因溫度變化而產(chǎn)生的脹縮程度。熱膨脹系數(shù)小，蓄熱 體因溫度變化產(chǎn)生的變形越小。因此，文獻(xiàn) [12] 提出 在同一蓄熱室內(nèi)zui好采用三種材料，由爐內(nèi)至爐外方 向依次采用剛玉、莫來石質(zhì)、堇青石質(zhì)，達(dá)到抗熱震 性和耐火度的zui佳優(yōu)化。
目前常見的蓄熱體形狀有蜂窩狀、球狀、多層板 片狀、矩鞍環(huán)狀、圓柱狀，其中蜂窩狀和球狀蓄熱體 應(yīng)用zui為廣泛。與球狀蓄熱體相比，蜂窩狀蓄熱體具 有氣流流通性好，熱交換比表面積大，方便安裝等優(yōu)點(diǎn)， 但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度略低于球狀蓄熱體且成本較高。常見的蓄 熱體的孔型有正方形、三角形、圓形和正六邊形等 [13]。 正方形孔和正六邊形孔蓄熱體因具有較大的換熱比表 面積和較好的氣體流通性等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。正方形 孔蓄熱體擁有zui大的比表面積 [14-15]，流通性較好，因 而換熱效果zui好，但孔直角處存在明顯的熱應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易導(dǎo)致蓄熱體裂紋和破損 ；正六邊形孔蓄熱 體的氣流流通性好，換熱面積相比正方形孔較小，換 熱效果較好，并且正六邊形孔的角為鈍角，相比直角 和銳角，鈍角處的熱應(yīng)力分布比較均勻，應(yīng)力集中現(xiàn) 象不明顯。為了改善正方形孔蓄熱體的應(yīng)力分布，歐 陽德剛 [16] 設(shè)計(jì)了一種帶有圓弧倒角的正方形孔蓄熱體。 朱善合 [17] 采用數(shù)值模擬的方法研究了傳統(tǒng)正方形孔蓄 熱體和帶有圓弧倒角的正方形孔蓄熱體的熱應(yīng)力場(chǎng)的 分布情況，結(jié)果表明兩種孔型結(jié)構(gòu)的蓄熱體在加熱期 和放熱期的產(chǎn)生的熱應(yīng)力大小大致相同，但經(jīng)過倒圓 角處理的蓄熱體低應(yīng)力分布區(qū)域更大，并且應(yīng)力分布 更加均勻。因此，帶有圓弧倒角的正方形孔蓄熱體既 保留了正方形孔換熱面積大的優(yōu)點(diǎn)，又能解決熱應(yīng)力 集中的問題。
蜂窩陶瓷蓄熱體的損壞形式及原因
蜂窩陶瓷蓄熱體的sun傷形式主要包括孔壁開裂、坍塌、熔融變形、侵蝕和堵塞等。
孔壁開裂與坍塌
由于蓄熱式熱氧化爐的工作特性，蜂窩陶瓷蓄熱體在使用過程中溫度不斷變化，不斷承受熱應(yīng)力作用。蜂窩陶瓷蓄熱體屬于脆性材料，本身抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。莫來石的抗壓強(qiáng)度為 687 ～ 883 MPa，抗拉強(qiáng)度僅為 58.9 ～ 78.5 MPa[18]。在實(shí)際使用過程中蓄熱體周期性的承受壓應(yīng)力和拉應(yīng)力作用，當(dāng)熱應(yīng)力超過蓄熱體的ji限值時(shí)，再加上蓄熱體的材質(zhì)不均勻和邊角處的應(yīng)力集中，蓄熱體表面極易產(chǎn)生裂紋，并在熱應(yīng)力的作用下驅(qū)使裂紋擴(kuò)展直至斷裂。另外，蓄熱室是由單個(gè)蓄熱體分層或者分排堆積起來的，在實(shí)際的工作環(huán)境下，底層的蓄熱體不僅要承受急冷急熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，還要承受上面蓄熱體的重量。因此，蓄熱式氧化爐在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力是蓄熱體開裂、坍塌的主要原因。
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