338 北京科技大学学报 1994年No.4 表1陶瓷内村钢管的机械性能 Table 1 Mechanical properties of ceramic lined steel pipe 反应物料 陶瓷层密度 陶瓷层孔隙度 (陶瓷层)硬度 复合管压渍强度 复合管抗压剪切强度 /g.cm-3 /% /Hv /MPa /MPa 钢 管 149±2 411 FeO,+A1/钢管 3.71 9.8 1656±107 346 19.5 Fe,O,+Al+ 3.98 5.8 1192±183 343 19.7 5Si钢管 表2陶瓷内村钢管的耐烛性能(10%HC,25℃) 管的3层结构，Fe层和钢管已烧结 Table 2 Corosion resistance of cermic lined plpe 成整体，它们之间具有良好的结合 强度.由于Fe对A1,O,的润湿性差， 陶瓷层孔隙度耐蚀性(30)耐蚀性(100d) 反应物料 /% /g.m2.h /g.m2.hi Fe层与Al,O层间缺乏冶金结合，主 要靠机械结合，这2层间的结合力 1Cr18Ni9Ti 一 0.1 最弱.但是，从表1可见，复合管 Fe,O,+Al+ 3.5 0.163 0.078 5%Si/钢管 抗压剪切强度还是较高的，这同陶 瓷复合管中的残余应力分布有关， FeO,+Al+ 0.081 5S02/钢管 4.5 0.166 2.3陶瓷内村钢管中的径向应力分布 在复合钢管的冷却过程中，由于金属的热膨胀系数比陶瓷大，形成了金属对陶瓷的压应 力和陶瓷对金属的张应力，铁层同钢管已形成冶金结合，两者热膨胀系数相近，为简化起见， 在计算应力场时将复合管视为2层结构，并只考虑弹性力学问题，复合管的轴向尺寸远大于径 向，故视为轴对称平面应变问题.陶瓷的弹性棋量很大，复合管可看作一不发生应变的硬质管， 边界条件： 位移边界条件：4，(r=r)=6 应力边界条件：r=2时，0，=日g=0 式中，δ为金属层因受陶瓷层的阻碍未能收缩的量，，为复合管外径，”为陶瓷层外径， 对于轴对称平面应变，应力函数可视为： Φ=Φ(r) (1) 代入双调和方程： (2) 可以推导出应力场分布的表达式： =A(片-月) (3) =-4(六+方) (4)北 京 科 技 大 学 学 报 3 3 8 b N 塑 年 4 ) 1 . 4 衰 陶 瓷 内 衬 钢 管 的 机 械性 能 1 b 油 晚 M“ 如舰血川 声甲时I 油 成 1 。日 , 刀” ` 恤搜d , 目 禅碑 反应物料 陶瓷层密度 / .g 。 一 ’ 陶瓷层孔 隙度 /% (陶瓷层 ) 硬度 / H v 复合管压溃强度 ZM几 复合管抗压剪切强度 /M F协 哎é,了 .9 曰且. 月. ` , 二尹. 呼甘月飞门j 内Oj 1 192 土 1 83 l798 内j工,, 钢 管 残0 3+ 月 /钢管 e2F 0 3 + lA + 5嗯0S/ i 钢管 149 士 2 16 56 士 107 管的 3 层结构 . F e 层 和 钢管 已烧结 成整体 , 它们之 间具有 良好的结合 强度 . 由于 F e 对 iA p 3 的润 湿性 差 , eF 层 与 超夕 3层 间缺乏 冶金 结合 , 主 要 靠机械结合 . 这 2 层 间的结 合力 最弱 . 但是 , 从表 1 可 见 , 复合管 抗压 剪切强度还 是较高的 , 这 同陶 瓷复合管中的残余应力分布有关 . 衰 2 陶瓷 内衬钢管的附蚀性能 l( O0/ ` H O , 乃 ℃ ) 1恤翻睡 Z C 倪俄目. , 花幽翻口戈 of o 日胭目血 】b 目 脚碑 陶瓷层孔 隙度 耐蚀性 (义U ) 耐蚀性 (l 的 d) 反 应物料 /% g/ . -m 2 · h- , / .g -m 2 · h- , IC r l 8N I盯i 残0 3 + 川 + 5今沼 i/ 钢管 0 . 163 0 . 078 粼式儡 .45 0 . 1肠 .0 08 1 2 . 3 陶浇内村钢管 中的径向应力分布 在复合钢管的冷却过程 中 , 由于金 属 的热膨胀系数比陶瓷大 , 形成了金 属对陶瓷的压 应 力和 陶瓷对金 属 的张应力 . 铁层 同钢管已形成冶 金结合 , 两者热膨胀 系数相近 , 为简化起 见 , 在计算应力场时将复合管视 为 2 层结构 , 并只 考虑 弹性 力学 问题 . 复合管 的轴向尺寸远大于径 向 , 故视为轴对称平面 应变问题 . 陶瓷的弹性模t 很大 , 复合管可看作一不发生应变的硬质管 , 边界 条件: 位移边界 条件: 拜 , ( ; = r , ) = 占 应力边界 条件: , = 几 时 , 口 , , = 0 , 。 = 0 、 、 产` , 产 l `, 口. . J 、了龟. 、 式中 , 占为金 属 层 因受陶瓷 层的 阻碍 未 能收 缩的t , 对于 轴对称平面 应变 . 应力函数可视 为: O = 巾( ; ) r : 为复合管外径 . r : 为陶瓷层 外径 . 代人 双调 和 方程 : / d , . l d \ l ~ , 一 , 尸 十 — - 二尸- ! \ d r ` r d r / 中 = O 可 以推导出应力场分布的表 达式 : 、 . 7 ` . , 产 丹ú月峥呜 J ` 、矛 ` a, 、 一 , (告 一 翻 一 ` (告 · 青)