Tokom upotrebe vatrostalnih materijala, oni se lako tope i omekšavaju fizičkim, hemijskim, mehaničkim i drugim uticajima na visokim temperaturama (obično 1000~1800 °C), ili erodiraju erozijom, ili pucaju i oštećuju, što prekida rad. Kontaminirani materijal. Stoga je potrebno da vatrostalni materijal ima svojstva koja se mogu prilagoditi različitim radnim uslovima. Slijedeća 4 pokazatelja koja određuju performanse vatrostalnih materijala na visokim temperaturama:
(1) Vatrostalni materijal
Vatrostalnost se odnosi na temperaturu na kojoj materijal dostiže određeni stepen omekšavanja pod djelovanjem visoke temperature i karakterizira performanse materijala pri djelovanju visoke temperature. Vatrostalnost je osnova za procjenu da li se materijal može koristiti kao vatrostalni materijal. Međunarodna organizacija za standardizaciju propisuje da su neorganski nemetalni materijali sa vatrostalnošću iznad 1500 ℃ vatrostalni materijali. Razlikuje se od tačke topljenja materijala i predstavlja sveobuhvatan izraz smjese višefaznih čvrstih tvari sastavljenih od različitih minerala.
Najosnovniji faktor koji određuje vatrostalnost je hemijski mineralni sastav i raspodjela materijala. Različite nečistoće, posebno one sa jakim djelovanjem rastvarača, ozbiljno će smanjiti vatrostalnost materijala. Stoga, u proizvodnom procesu treba razmotriti odgovarajuće mjere kako bi se osigurala i poboljšala čistoća sirovina.
Vatrostalnost nije apsolutna fizička veličina specifična za supstancu, već relativni tehnički pokazatelj kada materijal dostigne određeni stepen omekšavanja mjeren pod specifičnim uslovima ispitivanja. Ispitivani materijal se izrađuje u obliku skraćenog trouglastog konusa (naziva se ispitni konus) prema propisanoj metodi, i standardnog skraćenog trouglastog konusa (naziva se standardni konus) sa fiksnom temperaturom savijanja pri određenoj brzini zagrijavanja. Zagrijavanje i vatrostalnost se određuju poređenjem stepena savijanja ispitnog konusa sa stepenom savijanja standardnog konusa. Donji dio skraćenog trouglastog konusa je dug 8 mm sa svake strane, gornji dio je 2 mm sa svake strane, a visina je 30 mm. Tokom mjerenja, tečna faza se može pojaviti u piramidi na visokoj temperaturi. Kako temperatura raste, količina tečne faze se povećava, viskoznost tečne faze se smanjuje i konus omekšava. Kada omekšavanje dostigne određeni nivo, konus se postepeno savija zbog vlastite težine. Kada se ispitni konus i standardni konus savijaju istovremeno dok im vrh ne dođe u kontakt sa šasijom, određena temperatura savijanja standardnog konusa će prevladati kao vatrostalnost ispitnog konusa.
Također poznata kao tačka omekšavanja vatrostalnog materijala pod opterećenjem ili temperatura deformacije vatrostalnog materijala pod opterećenjem, ona pokazuje otpornost vatrostalnog materijala na kombinovano djelovanje visoke temperature i opterećenja pod konstantnim opterećenjem ili temperaturni raspon u kojem vatrostalni materijal pokazuje očiglednu plastičnu deformaciju. Maksimalna radna temperatura vatrostalnog materijala može se zaključiti iz temperature omekšavanja pod opterećenjem. Temperatura omekšavanja pod opterećenjem predstavlja strukturnu čvrstoću vatrostalnog materijala pod sličnim uslovima upotrebe i može se koristiti kao osnova za određivanje maksimalne radne temperature vatrostalnog materijala.
Glavni faktor koji određuje temperaturu omekšavanja pod opterećenjem je hemijski mineralni sastav materijala, koji je također direktno povezan s proizvodnim procesom materijala. Temperatura sinterovanja materijala ima veliki utjecaj na temperaturu omekšavanja pod opterećenjem. Ako se temperatura sinterovanja odgovarajuće poveća, početna temperatura deformacije će se povećati zbog smanjenja poroznosti, rasta kristala i dobrog vezivanja. Poboljšanje čistoće sirovina i smanjenje sadržaja niskotaloženog materijala ili rastvarača povećat će temperaturu omekšavanja pod opterećenjem. Na primjer, natrijum oksid u glinenim ciglama i aluminijum oksid u silicijum ciglama su štetni oksidi.
(3) Volumenska stabilnost vatrostalnih materijala na visokim temperaturama
Pod djelovanjem visoke temperature tokom dužeg vremena, vatrostalni materijal proizvodi zapreminsko širenje, koje se naziva rezidualno širenje. Veličina rezidualnog širenja (deformacije) vatrostalnog materijala odražava kvalitet zapreminske stabilnosti na visokoj temperaturi. Što je manja rezidualna deformacija, to je bolja zapreminska stabilnost; naprotiv, što je lošija zapreminska stabilnost, lakše je izazvati deformaciju ili oštećenje zida.
Promjena linije ponovnog sagorijevanja često se koristi za procjenu stabilnosti volumena materijala na visokim temperaturama, što je važan pokazatelj za procjenu kvalitete materijala.
Većina vatrostalnih materijala će se skupiti pod djelovanjem visoke temperature. Tokom ponovnog pečenja, većina vatrostalnih materijala će se skupiti, uglavnom zato što će tečna faza koju materijal stvara na visokoj temperaturi ispuniti pore, tako da se čestice dodatno zatežu i rastežu. U novije vrijeme dolazi do rekristalizacije, što dovodi do daljnjeg zgušnjavanja materijala. Postoji i nekoliko materijala koji se šire tokom ponovnog pečenja. Na primjer, silikatna opeka se širi zbog polikristalne transformacije tokom upotrebe. To je zato što će se nekonvertovani kvarc silikatne opeke nastaviti transformirati u tridimit ili kvadrat na visokoj temperaturi. Kvarc, koji se širi u volumenu, u silikatnim opekama je oko 10% nekonvertiran. Kako bi se smanjilo skupljanje i širenje materijala prilikom ponovnog pečenja, efikasno je odgovarajuće povećati temperaturu pečenja i produžiti vrijeme zadržavanja, ali ne smije biti previsoko, inače će uzrokovati vitrifikaciju strukture materijala i smanjiti stabilnost na termički šok. Zbog širenja kvarcnih čestica u materijalu tokom pečenja i upotrebe, što kompenzira skupljanje gline, promjena volumena polusilikatnih opeka je mala, a neke od njih su malo proširene.
(4) Stabilnost na termički šok
Sposobnost vatrostalnih materijala da se odupru brzim promjenama temperature bez uništenja naziva se stabilnost na termički šok. Ovo svojstvo je također poznato kao otpornost na termički šok ili otpornost na termički šok.
Glavni faktor koji utiče na indeks stabilnosti materijala na termički šok su fizička svojstva materijala, kao što su termičko širenje, toplotna provodljivost i tako dalje. Općenito govoreći, što je veća linearna brzina širenja materijala, to je lošija stabilnost na termički šok; što je veća toplotna provodljivost materijala, to je bolja stabilnost na termički šok. Pored toga, mikrostruktura, sastav čestica i oblik vatrostalnog materijala utiču na stabilnost na termički šok.
Vrijeme objave: 15. jul 2022.