Podczas użytkowania materiałów ogniotrwałych, ulegają one łatwo stopieniu i zmiękczeniu pod wpływem czynników fizycznych, chemicznych, mechanicznych i innych w wysokiej temperaturze (zwykle 1000–1800°C), ulegają erozji lub pękają i ulegają uszkodzeniu, co zakłóca proces produkcji. Zanieczyszczony materiał. Dlatego wymagane jest, aby materiał ogniotrwały posiadał właściwości umożliwiające adaptację do różnych warunków pracy. Poniżej przedstawiono 4 wskaźniki określające właściwości materiałów ogniotrwałych w wysokich temperaturach:
(1) Ogniotrwały
Ogniotrwałość odnosi się do temperatury, w której materiał osiąga określony stopień zmiękczenia pod wpływem wysokiej temperatury i charakteryzuje jego odporność na działanie wysokiej temperatury. Ogniotrwałość stanowi podstawę oceny, czy dany materiał nadaje się do wykorzystania jako materiał ogniotrwały. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (INO) określa nieorganiczne materiały niemetaliczne o ogniotrwałości powyżej 1500°C jako materiały ogniotrwałe. Różni się ona od temperatury topnienia materiału i jest ogólnym określeniem mieszaniny wielofazowych ciał stałych składających się z różnych minerałów.
Najważniejszym czynnikiem decydującym o ogniotrwałości jest skład chemiczny i rozkład minerałów w materiale. Różne zanieczyszczenia, zwłaszcza te o silnym działaniu rozpuszczalnikowym, znacząco obniżają ogniotrwałość materiału. Dlatego w procesie produkcyjnym należy podjąć odpowiednie środki w celu zapewnienia i poprawy czystości surowców.
Ogniotrwałość nie jest absolutną wielkością fizyczną specyficzną dla danej substancji, lecz względnym wskaźnikiem technicznym, gdy materiał osiąga określony stopień zmiękczenia mierzony w określonych warunkach badania. Z badanego materiału formuje się zgodnie z określoną metodą ścięty trójkątny stożek (zwany stożkiem testowym) oraz standardowy ścięty trójkątny stożek (zwany stożkiem standardowym) o ustalonej temperaturze gięcia przy określonej szybkości nagrzewania. Ogrzewanie i ogniotrwałość określa się poprzez porównanie stopnia ugięcia stożka testowego ze stopniem ugięcia stożka standardowego. Dolna część stożka ściętego trójkątnego ma długość 8 mm z każdej strony, górna część ma długość 2 mm z każdej strony, a wysokość 30 mm. Podczas pomiaru w piramidzie o wysokiej temperaturze może pojawić się faza ciekła. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ilość fazy ciekłej, maleje lepkość fazy ciekłej, a stożek mięknie. Gdy zmiękczenie osiągnie określony poziom, stożek stopniowo wygina się pod wpływem własnego ciężaru. Gdy stożek testowy i stożek wzorcowy są zginane jednocześnie, aż ich wierzchołki zetkną się z obudową, określona temperatura gięcia stożka wzorcowego będzie miała pierwszeństwo jako ogniotrwałość stożka testowego.
Znana również jako temperatura mięknienia materiału ogniotrwałego pod obciążeniem lub temperatura odkształcenia materiału ogniotrwałego pod obciążeniem, określa ona odporność materiału ogniotrwałego na łączne działanie wysokiej temperatury i obciążenia przy stałym obciążeniu lub zakres temperatur, w którym materiał ogniotrwały wykazuje wyraźne odkształcenie plastyczne. Maksymalną temperaturę użytkowania materiału ogniotrwałego można wywnioskować z temperatury mięknienia pod obciążeniem. Temperatura mięknienia pod obciążeniem reprezentuje wytrzymałość strukturalną materiału ogniotrwałego w podobnych warunkach użytkowania i może być wykorzystana jako podstawa do określenia maksymalnej temperatury użytkowania materiału ogniotrwałego.
Głównym czynnikiem determinującym temperaturę mięknienia pod obciążeniem jest skład chemiczny materiału, który jest również bezpośrednio związany z procesem jego produkcji. Temperatura spiekania materiału ma duży wpływ na temperaturę odkształcenia zmiękczającego pod obciążeniem. Odpowiednie zwiększenie temperatury spiekania powoduje wzrost temperatury początkowego odkształcenia ze względu na zmniejszenie porowatości, wzrost kryształów i dobre wiązanie. Poprawa czystości surowców i zmniejszenie zawartości stopu niskotopliwego lub rozpuszczalnika zwiększy temperaturę odkształcenia zmiękczającego pod obciążeniem. Na przykład tlenek sodu w cegłach glinianych i tlenek glinu w cegłach krzemionkowych to szkodliwe tlenki.
(3) Wysoka stabilność objętościowa materiałów ogniotrwałych w wysokiej temperaturze
Pod wpływem długotrwałego działania wysokiej temperatury materiał ogniotrwały ulega rozszerzeniu objętościowemu, zwanemu rozszerzalnością resztkową. Wielkość rozszerzeń resztkowych (odkształcenia) materiału ogniotrwałego odzwierciedla jakość stabilności objętościowej w wysokiej temperaturze. Im mniejsze odkształcenie resztkowe, tym lepsza stabilność objętościowa; przeciwnie, im gorsza stabilność objętościowa, tym łatwiej o deformację lub uszkodzenie muru.
Zmiana linii ponownego wypalania jest często wykorzystywana do oceny stabilności objętościowej materiału w wysokiej temperaturze, co stanowi ważny wskaźnik oceny jakości materiału.
Większość materiałów ogniotrwałych kurczy się pod wpływem wysokiej temperatury. Podczas ponownego wypalania większość materiałów ogniotrwałych kurczy się, głównie dlatego, że faza ciekła wytwarzana przez materiał w wysokiej temperaturze wypełnia pory, dzięki czemu cząstki są jeszcze bardziej ściśnięte i pociągnięte. Niedawno nastąpiła rekrystalizacja, prowadząca do dalszego zagęszczania materiału. Istnieje również kilka materiałów, które rozszerzają się podczas ponownego wypalania. Na przykład cegła krzemionkowa rozszerza się z powodu polikrystalicznej transformacji podczas użytkowania. Dzieje się tak, ponieważ nieprzekształcony kwarc cegły krzemionkowej będzie nadal przekształcał się w trydymit lub kwadrat w wysokiej temperaturze. Kwarc, który rozszerza się objętościowo, stanowi około 10% nieprzekształconego kwarcu w cegłach krzemionkowych. Aby zmniejszyć skurcz i rozszerzanie się materiału podczas ponownego wypalania, skuteczne jest odpowiednie zwiększenie temperatury wypalania i wydłużenie czasu wygrzewania, ale nie powinien on być zbyt wysoki, w przeciwnym razie spowoduje to zeszklenie struktury materiału i zmniejszy stabilność szoku termicznego. Ze względu na rozszerzalność cząstek kwarcu w materiale podczas wypalania i użytkowania, która kompensuje kurczenie się gliny, zmiana objętości cegieł półkrzemianowych jest niewielka, a niektóre z nich ulegają nieznacznej ekspansji.
(4) Odporność na szok termiczny
Zdolność materiałów ogniotrwałych do wytrzymywania szybkich zmian temperatury bez zniszczenia nazywana jest stabilnością na szok termiczny. Właściwość ta jest również znana jako odporność na szok termiczny lub odporność na szok termiczny.
Głównym czynnikiem wpływającym na wskaźnik odporności na szok termiczny materiału są jego właściwości fizyczne, takie jak rozszerzalność cieplna, przewodność cieplna itd. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa liniowa rozszerzalność cieplna materiału, tym gorsza odporność na szok termiczny; im wyższa przewodność cieplna materiału, tym lepsza odporność na szok termiczny. Ponadto, mikrostruktura, skład cząsteczkowy i kształt materiału ogniotrwałego mają wpływ na odporność na szok termiczny.
Czas publikacji: 15 lipca 2022 r.