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耐火澆注料透氣通道主要有兩種：一種是骨料/基質(zhì)界面，這是由于不同尺寸基質(zhì)顆粒在骨料周圍產(chǎn)生了填充缺陷，形成了氣孔率較高的界面過渡區(qū)(ITZ)。這些界面區(qū)由于結(jié)構(gòu)呈多孔而具有透氣性，在澆注料干燥過程中成為水分排出的主要通道。界面過渡區(qū)的厚度取決于基質(zhì)顆粒尺寸，界面過渡區(qū)的長度大致由骨料顆粒的周長決定。根據(jù)骨料表面最大基質(zhì)厚度(MaximumPasteThickness)，簡稱MPT，可計算骨料顆粒之間的平均距離，MPT參數(shù)的定義為：基質(zhì)部分除用于包裹骨料顆粒表面外，有一部分用于充填骨料之間的空隙，最后剩余部分實(shí)現(xiàn)骨料之間的隔離。
耐火澆注料中計算顆粒間距的參數(shù)，即MPT參數(shù)，可以衡量骨料與基質(zhì)界面數(shù)量，MPT值越小表示骨料顆粒之間的間距越小，骨料與基質(zhì)比越大，骨料與基質(zhì)界面數(shù)量越多，耐火澆注料具有更高透氣性。其計算式如式(1)所示。 式(1)中：VSA是體積比表面積(m2/cm3);P0是理論上堆積的最小氣孔率;Vs是骨料的體積濃度。 另一種是基質(zhì)中的氣孔。據(jù)統(tǒng)計，在致密耐火澆注料中，基質(zhì)占澆注料總體積的25-35%，而氣孔約占基質(zhì)總體積的10%，可見，氣孔是基質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)的重要組成部分?；|(zhì)中氣孔數(shù)量可以通過IPS值來定性衡量，IPS值越大表明基質(zhì)顆粒間距越大，基質(zhì)中氣孔數(shù)量越多，耐火澆注料就具有更高透氣性。其計算式如式(2)所示。 式(2)中：VSA是體積比表面積(m2/cm3);P0是理論上堆積的最小氣孔率;Φ是基質(zhì)的體積濃度。 骨料ITZ與基質(zhì)中的氣孔相比較，界面過渡區(qū)的氣孔更暢通，因而界面過渡區(qū)流動阻力比基質(zhì)氣孔的流動阻力小。在常用耐火澆注料中，骨料含量通常為60-80%，相鄰骨料間的間距較小，產(chǎn)生的界面過渡區(qū)氣孔如果能夠連通起來，則成為流體快速滲透的有效途徑?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)基質(zhì)中氣孔參數(shù)和骨料與基質(zhì)界面過渡區(qū)的氣孔參數(shù)來增大澆注料的透氣性。 目前測量材料氣孔結(jié)構(gòu)的方法有多種，根據(jù)原理大致可以分為直接方法和間接方法，其中直接方法可以得到材料各相形狀尺寸的微結(jié)構(gòu)圖像，然后通過一定的算法得到相應(yīng)氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要有光學(xué)顯微鏡和電子掃描顯微鏡兩種。間接方法是將外界特定的物質(zhì)作用于材料，測量材料在這種激勵作用下的某些反應(yīng)，比如氣體吸附法﹑壓汞法﹑小角散射法以及核磁共振法等。 不同的孔隙測量方法測定的孔隙范圍不同，有些方法只能測量開口氣孔，如壓汞法以及氣體吸附法;有些方法開口氣孔以及閉口氣孔都可以測量，比如小角散射法，表1給出了一些孔隙測定方法的測量尺寸范圍。 在室溫下進(jìn)行透氣度測量一般是使用養(yǎng)護(hù)后的試樣或熱處理后的試樣，這不能夠真實(shí)反映澆注料在烘烤過程中透氣性的動態(tài)變化。下圖為可以測量澆注料在加熱過程中透氣度的裝置。 圖1中：AC為空氣壓縮機(jī);B為皂泡流量計(Q=0-10L·min-1);C1,C2為圓柱筒，V=140cm3;HE為熱交換器;PV為壓力閥和水/油過濾器;PT1為入口壓力傳感器(Pi<1000kPa);PT2為出口壓力傳感器(P0<66.66kPa);R為旋轉(zhuǎn)流量計(Q=0-40L·min-1);S為試樣;TC為熱電偶。 測量裝置包括上下兩個圓柱筒和用于固定試樣的圓柱支撐架，直徑7.5cm、高2-3cm的圓柱試樣放置在加熱爐內(nèi)，加熱爐升溫時，試樣被加熱，預(yù)先鋪設(shè)在加熱爐內(nèi)的管道及管道空氣也被加熱，在試驗溫度下，向試樣下面的圓柱筒中通入熱空氣，測量圓柱筒內(nèi)部溫度和壓力，氣流經(jīng)試樣流向試樣上端的圓柱筒，測量此圓柱筒內(nèi)的溫度和壓力，在穩(wěn)態(tài)條件下測量透氣性，即入口壓力溫度、出口壓力均不變時測量出口氣體流速，通過改變?nèi)肟诤统隹跉饬鲏毫?，得到多組壓力和流速數(shù)據(jù)，根據(jù)可壓縮流體的Forcheimer方程通過最小二乘法來擬合得到透氣性常數(shù)k1和k2。 動態(tài)測量法得到透氣性常數(shù)需手工試驗獲取多組數(shù)據(jù)，耗費(fèi)時間和材料，且對設(shè)備的靈敏度有要求。在真空衰減透氣度測量技術(shù)基礎(chǔ)上考慮慣性作用和氣體壓縮的影響，同時增大壓力衰減動力并減少測量時間，提出了壓力衰減透氣度測量技術(shù)。這種測量方法是將試樣四周密封，一面與高壓氣體接觸，其對面敞開與環(huán)境接觸。在某一時刻，停止供氣，由于高壓側(cè)氣體通過試樣滲透到對面，高壓側(cè)壓力逐漸降低，直到高壓側(cè)壓力等于低壓側(cè)壓力，即環(huán)境壓力，此時氣流速度為零。測量并記錄高壓側(cè)氣體壓力隨時間的變化，氣體流速vs不用測量，而是通過式(3)計算。 式(3)中：Vc是空氣進(jìn)入腔體積(m3);A是空氣進(jìn)入面面積(m2);Pi為高壓側(cè)壓力，即氣流進(jìn)入側(cè)壓力(Pa);P0為低壓側(cè)壓力，即環(huán)境壓力(Pa)。計算透氣性常數(shù)k1和k2通常采用的方法是先求出式(3)中的導(dǎo)數(shù)部分，然后聯(lián)立Forchheimer方程求解。這種技術(shù)方便快捷，大幅度簡化人工操作，減少總測試時間和測量數(shù)據(jù)。但是這種計算方法的關(guān)鍵在于如何確定數(shù)據(jù)組數(shù)量和數(shù)據(jù)間隔以獲得最可靠的擬合結(jié)果。通過調(diào)整求導(dǎo)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時間間隔、壓力值間隔以及測試時間范圍和壓力數(shù)據(jù)范圍來觀察擬合效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于試驗壓力間隔選擇為0.02MPa可以獲得最好的擬合效果，數(shù)據(jù)范圍的選擇越寬，得到的透氣性常數(shù)k1和k2越可靠。
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