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水煤漿噴嘴在實際使用中,由于水煤漿鍋爐的爐膛溫度高,加上水煤漿的急冷作用,使得水煤漿噴嘴內部的溫度梯度很大,因此出現了較大的熱應力。水煤漿陶瓷噴嘴在熱應力集中的地方出現了熱裂、熱崩等熱損傷現象,嚴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。本文采用有限元計算和水淬試驗的方法對Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質合金水煤漿噴嘴的抗熱沖擊性能進行了系統的研究。根據傳熱學理論和熱應力學理論,對水煤漿噴嘴在穩態和瞬態工況下的溫度場和應力場進行理論分析,建立了數學模型,并據此分析了水煤漿噴嘴熱沖擊損傷的原因。通過有限元方法計算了水煤漿噴嘴在不同工況下的溫度場和應力場,分析了噴嘴材料和結構對溫度場和應力場的影響。穩態傳熱有限元分析表明：最大熱應力出現在噴嘴出口處,與實際使用中出現熱損的部位相符；按最大熱應力排序依次為：平口陶瓷噴嘴>平口硬質合金噴嘴>錐口陶瓷噴嘴>錐口硬質合金噴嘴。結構對于噴嘴溫度場和應力場影響明顯,錐口結構的噴嘴熱應力明顯低于平口結構的噴嘴,原因是錐口結構與爐內高溫環境接觸面積減少,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力場差異明顯,Al2O3/TiC陶瓷材料的最高溫度和熱應力都大于YG8硬質合金材料,原因是硬質合金具有較高的導熱系數和較低的熱膨脹系數,使得熱量傳遞更為迅速、均勻,減少了溫度梯度和變形阻力。瞬態傳熱有限元分析表明：由于表層的強制對流冷卻,使噴嘴內外傳熱不均,導致表層產生較大拉熱應力,內部熱應力較小,Al2O3/TiC陶瓷的熱應力大于YG8硬質合金。熱應力隨著沖擊溫差的增大而增大,其中最大值出現在內壁邊緣。冷卻過程中,熱應力隨時間的變化規律是迅速增加到最大值后再緩慢回落,最大值出現在2-3s之間。通過水淬試驗和壓痕-淬火試驗研究了Al2O3/TiC陶瓷、YG8硬質合金兩種噴嘴的抗熱沖擊性能。試驗結果表明：水淬試驗后,Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質合金的硬度都出現下降,YG8硬質合金的硬度下降更為明顯。水淬試驗中,Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質合金表現出不同的失效形式,Al2O3/TiC陶瓷噴嘴在水淬試驗中的主要失效形式是整體開裂,即裂紋首先在端面產生,然后沿軸向縱深擴展直至貫穿整個噴嘴。YG8硬質合金噴嘴在水淬試驗中的失效形式主要是局部塊狀脫落,集中分布在端面的內孔邊緣和外圓柱面邊緣。YG8硬質合金噴嘴的抗熱震能力更優。從試驗前后的成分對比發現,Al2O3/TiC陶瓷和YG8硬質合金兩種材料制備的噴嘴都有一定程度的氧化,YG8硬質合金氧化更明顯。在預制裂紋的壓痕-淬火試驗中,Al2O3/TiC陶瓷噴嘴的裂紋擴展率高于YG8硬質合金,說明YG8硬質合金的抗裂紋擴展能力更優。通過抗熱震參數的計算,解釋了YG8硬質合金抗熱沖擊能力高的原因。

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