'水煤漿噴嘴在實(shí)際使用中,由于水煤漿鍋爐的爐膛溫度高,加上水煤漿的急冷作用,使得水煤漿噴嘴內(nèi)部的溫度梯度很大,因此出現(xiàn)了較大的熱應(yīng)力。水煤漿陶瓷噴嘴在熱應(yīng)力集中的地方出現(xiàn)了熱裂、熱崩等熱損傷現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了水煤漿噴嘴壽命。因此如何合理的評價水煤漿噴嘴的抗熱沖擊性能尤為重要。本文采用有限元計(jì)算和水淬試驗(yàn)的方法對Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金水煤漿噴嘴的抗熱沖擊性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。根據(jù)傳熱學(xué)理論和熱應(yīng)力學(xué)理論,對水煤漿噴嘴在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況下的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行理論分析,建立了數(shù)學(xué)模型,并據(jù)此分析了水煤漿噴嘴熱沖擊損傷的原因。通過有限元方法計(jì)算了水煤漿噴嘴在不同工況下的溫度場和應(yīng)力場,分析了噴嘴材料和結(jié)構(gòu)對溫度場和應(yīng)力場的影響。穩(wěn)態(tài)傳熱有限元分析表明：最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在噴嘴出口處,與實(shí)際使用中出現(xiàn)熱損的部位相符；按最大熱應(yīng)力排序依次為：平口陶瓷噴嘴>平口硬質(zhì)合金噴嘴>錐口陶瓷噴嘴>錐口硬質(zhì)合金噴嘴。結(jié)構(gòu)對于噴嘴溫度場和應(yīng)力場影響明顯,錐口結(jié)構(gòu)的噴嘴熱應(yīng)力明顯低于平口結(jié)構(gòu)的噴嘴,原因是錐口結(jié)構(gòu)與爐內(nèi)高溫環(huán)境接觸面積減少,減少了吸收的熱量,同時與低溫水煤漿的接觸面積增大,更多的熱量被水煤漿帶走。不同材料制作的噴嘴溫度場和應(yīng)力場差異明顯,Al2O3/TiC陶瓷材料的最高溫度和熱應(yīng)力都大于YG8硬質(zhì)合金材料,原因是硬質(zhì)合金具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的熱膨脹系數(shù),使得熱量傳遞更為迅速、均勻,減少了溫度梯度和變形阻力。瞬態(tài)傳熱有限元分析表明：由于表層的強(qiáng)制對流冷卻,使噴嘴內(nèi)外傳熱不均,導(dǎo)致表層產(chǎn)生較大拉熱應(yīng)力,內(nèi)部熱應(yīng)力較小,Al2O3/TiC陶瓷的熱應(yīng)力大于YG8硬質(zhì)合金。熱應(yīng)力隨著沖擊溫差的增大而增大,其中最大值出現(xiàn)在內(nèi)壁邊緣。冷卻過程中,熱應(yīng)力隨時間的變化規(guī)律是迅速增加到最大值后再緩慢回落,最大值出現(xiàn)在2-3s之間。通過水淬試驗(yàn)和壓痕-淬火試驗(yàn)研究了Al2O3/TiC陶瓷、YG8硬質(zhì)合金兩種噴嘴的抗熱沖擊性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：水淬試驗(yàn)后,Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金的硬度都出現(xiàn)下降,YG8硬質(zhì)合金的硬度下降更為明顯。水淬試驗(yàn)中,Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金表現(xiàn)出不同的失效形式,Al2O3/TiC陶瓷噴嘴在水淬試驗(yàn)中的主要失效形式是整體開裂,即裂紋首先在端面產(chǎn)生,然后沿軸向縱深擴(kuò)展直至貫穿整個噴嘴。YG8硬質(zhì)合金噴嘴在水淬試驗(yàn)中的失效形式主要是局部塊狀脫落,集中分布在端面的內(nèi)孔邊緣和外圓柱面邊緣。YG8硬質(zhì)合金噴嘴的抗熱震能力更優(yōu)。從試驗(yàn)前后的成分對比發(fā)現(xiàn),Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質(zhì)合金兩種材料制備的噴嘴都有一定程度的氧化,YG8硬質(zhì)合金氧化更明顯。在預(yù)制裂紋的壓痕-淬火試驗(yàn)中,Al2O3/TiC陶瓷噴嘴的裂紋擴(kuò)展率高于YG8硬質(zhì)合金,說明YG8硬質(zhì)合金的抗裂紋擴(kuò)展能力更優(yōu)。通過抗熱震參數(shù)的計(jì)算,解釋了YG8硬質(zhì)合金抗熱沖擊能力高的原因。

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