Tulenkestävien materiaalien käytön aikana ne sulavat ja pehmenevät helposti fysikaalisten, kemiallisten, mekaanisten ja muiden vaikutusten vaikutuksesta korkeissa lämpötiloissa (yleensä 1000–1800 °C), tai ne kuluvat eroosion vaikutuksesta tai halkeilevat ja vaurioituvat, mikä keskeyttää toiminnan. Saastunut materiaali. Siksi tulenkestävällä materiaalilla on oltava ominaisuuksia, jotka sopeutuvat erilaisiin käyttöolosuhteisiin. Seuraavat neljä indikaattoria määrittävät tulenkestävien materiaalien suorituskyvyn korkeissa lämpötiloissa:
(1) Tulenkestävä
Tulenkestävyydellä tarkoitetaan lämpötilaa, jossa materiaali saavuttaa tietyn pehmenemisasteen korkean lämpötilan vaikutuksesta, ja se kuvaa materiaalin suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa. Tulenkestävyyden perusteella arvioidaan, voidaanko materiaalia käyttää tulenkestävänä aineena. Kansainvälinen standardisoimisjärjestö (IOPC) määrittelee epäorgaaniset ei-metalliset materiaalit, joiden tulenkestävyyden lämpötila on yli 1500 ℃, tulenkestäviksi materiaaleiksi. Se eroaa materiaalin sulamispisteestä ja on kattava ilmaus monifaasisten kiinteiden aineiden seoksesta, joka koostuu eri mineraaleista.
Perustavin tekijä, joka määrää tulenkestävyyden, on materiaalin kemiallinen mineraalikoostumus ja jakauma. Erilaiset epäpuhtauskomponentit, erityisesti ne, joilla on voimakas liuotinvaikutus, heikentävät merkittävästi materiaalin tulenkestävyyttä. Siksi tuotantoprosessissa on harkittava asianmukaisia toimenpiteitä raaka-aineiden puhtauden varmistamiseksi ja parantamiseksi.
Tulenkestävyys ei ole aineelle ominainen absoluuttinen fysikaalinen suure, vaan suhteellinen tekninen indikaattori, joka osoittaa, milloin materiaali saavuttaa tietyn pehmenemisasteen tietyissä testiolosuhteissa mitattuna. Testimateriaalista valmistetaan katkaistu kolmiokartio (jota kutsutaan testikartioksi) määrätyn menetelmän mukaisesti ja standardi katkaistu kolmiokartio (jota kutsutaan standardikartioksi) kiinteällä taivutuslämpötilalla tietyllä lämmitysnopeudella. Lämmityksen jälkeen tulenkestävyys määritetään vertaamalla testikartion taivutusastetta standardikartion taivutusasteeseen. Katkaistun kolmiokartion alareuna on 8 mm pitkä kummaltakin puolelta, yläreuna 2 mm kummaltakin puolelta ja korkeus 30 mm. Mittauksen aikana pyramidissa voi näkyä nestemäistä faasia korkeassa lämpötilassa. Lämpötilan noustessa nestemäisen faasin määrä kasvaa, nestemäisen faasin viskositeetti pienenee ja kartio pehmenee. Kun pehmeneminen saavuttaa tietyn tason, kartio taipuu vähitellen oman painonsa vaikutuksesta. Kun testikartio ja standardikartio taivutetaan samanaikaisesti, kunnes niiden kärki koskettaa runkoa, standardikartion määritetty taivutuslämpötila on testikartion taittokyvyn mittari.
Tunnetaan myös tulenkestävän aineen pehmenemispisteenä kuormituksen alaisena tai muodonmuutoslämpötilana kuormituksen alaisena. Se osoittaa tulenkestävän aineen kestävyyden korkean lämpötilan ja kuormituksen yhteisvaikutukselle vakiokuormituksen alaisena tai lämpötila-alueen, jolla tulenkestävä aine osoittaa selvää plastista muodonmuutosta. Tulenkestävän aineen suurin käyttölämpötila voidaan päätellä kuormituksen alaisena olevasta pehmenemislämpötilasta. Pehmenemislämpötila kuormituksen alaisena edustaa tulenkestävän aineen rakenteellista lujuutta samanlaisissa käyttöolosuhteissa, ja sitä voidaan käyttää perustana tulenkestävän aineen suurimman käyttölämpötilan määrittämiselle.
Tärkein kuormituksen alaisen pehmenemislämpötilan määräävä tekijä on materiaalin kemiallinen mineraalikoostumus, joka liittyy myös suoraan materiaalin valmistusprosessiin. Materiaalin sintrauslämpötilalla on suuri vaikutus kuormituksen alaisen pehmenemismuodonmuutoslämpötilaan. Jos sintrauslämpötilaa nostetaan asianmukaisesti, alkumuodonmuutoslämpötila nousee huokoisuuden vähenemisen, kiteiden kasvun ja hyvän sidoksen vuoksi. Raaka-aineiden puhtauden parantaminen ja alhaisen sulamispisteen tai liuottimen pitoisuuden vähentäminen nostavat pehmenemismuodonmuutoslämpötilaa kuormituksen alaisena. Esimerkiksi savitiilien natriumoksidi ja piidioksiditiilien alumiinioksidi ovat kaikki haitallisia oksideja.
(3) Tulenkestävien materiaalien tilavuuden stabiilius korkeassa lämpötilassa
Pitkäaikaisen korkean lämpötilan vaikutuksesta tulenkestävä materiaali aiheuttaa tilavuuslaajenemista, jota kutsutaan jäännöslaajenemiseksi. Tulenkestävän materiaalin jäännöslaajenemisen (muodonmuutoksen) suuruus heijastaa korkean lämpötilan tilavuusstabiilisuuden laatua. Mitä pienempi jäännösmuodonmuutos, sitä parempi tilavuusstabiilisuus; päinvastoin, mitä huonompi tilavuusstabiilisuus, sitä helpompi muuraus voi muodonmuuttua tai vaurioitua.
Jälleenpolttolinjan muutosta käytetään usein materiaalin korkean lämpötilan tilavuusstabiilisuuden arviointiin, mikä on tärkeä indikaattori materiaalin laadun arvioinnissa.
Useimmat tulenkestävät materiaalit kutistuvat korkean lämpötilan vaikutuksesta. Uudelleenpolton aikana useimmat tulenkestävät materiaalit kutistuvat pääasiassa siksi, että materiaalin korkeassa lämpötilassa tuottama nestemäinen faasi täyttää huokoset, jolloin hiukkaset kiristyvät ja venyvät entisestään. Viime aikoina on tapahtunut uudelleenkiteytymistä, mikä johtaa materiaalin tiivistymiseen entisestään. On myös muutamia materiaaleja, jotka laajenevat uudelleenpolton aikana. Esimerkiksi piidioksiditiili laajenee käytön aikana tapahtuvan polykiteisen muutoksen vuoksi. Tämä johtuu siitä, että piidioksiditiilen muuttumaton kvartsi muuttuu edelleen tridymiitiksi tai neliöksi korkeassa lämpötilassa. Kvartsi, jonka tilavuus laajenee, on piidioksiditiilissä noin 10 % muuttumatonta. Materiaalin uudelleenpolton kutistumisen ja laajenemisen vähentämiseksi on tehokasta nostaa polttolämpötilaa asianmukaisesti ja pidentää pitoaikaa, mutta sen ei tulisi olla liian korkea, muuten se aiheuttaa materiaalin rakenteen lasittumista ja heikentää lämpöshokin kestävyyttä. Koska kvartsihiukkaset laajenevat materiaalissa polton ja käytön aikana, mikä kompensoi saven kutistumista, puolipiidioksiditiilien tilavuuden muutos on pieni, ja jotkut niistä laajenevat hieman.
(4) Lämpöshokin kestävyys
Tulenkestävien materiaalien kykyä kestää nopeita lämpötilan muutoksia ilman vaurioita kutsutaan lämpöshokkistabiiliudeksi. Tämä ominaisuus tunnetaan myös lämpöshokkikestävyytenä tai lämpöshokkikestävyytenä.
Materiaalin lämpöshokin kestävyyteen vaikuttavat pääasiassa materiaalin fysikaaliset ominaisuudet, kuten lämpölaajeneminen, lämmönjohtavuus ja niin edelleen. Yleisesti ottaen mitä suurempi materiaalin lineaarinen laajenemisnopeus on, sitä huonompi on lämpöshokin kestävyys; mitä suurempi materiaalin lämmönjohtavuus on, sitä parempi on lämpöshokin kestävyys. Lisäksi tulenkestävän materiaalin mikrorakenne, hiukkaskoostumus ja muoto vaikuttavat kaikki lämpöshokin kestävyyteen.
Julkaisun aika: 15.7.2022