В процессе эксплуатации огнеупорные материалы легко плавятся и размягчаются под воздействием физических, химических, механических и других факторов при высоких температурах (обычно 1000–1800 °C), либо подвергаются эрозии, растрескиванию и повреждению, что приводит к нарушению работы. Загрязнение материала. Поэтому требуется, чтобы огнеупорный материал обладал свойствами, позволяющими адаптироваться к различным условиям эксплуатации. Ниже приведены 4 показателя, определяющие высокотемпературные характеристики огнеупорных материалов:
(1) Огнеупорный
Огнеупорность — это температура, при которой материал достигает определенной степени размягчения под действием высоких температур, и она характеризует устойчивость материала к воздействию высоких температур. Огнеупорность является основой для оценки пригодности материала в качестве огнеупорного. Международная организация по стандартизации устанавливает, что неорганические неметаллические материалы с огнеупорностью выше 1500 ℃ являются огнеупорными материалами. Она отличается от температуры плавления материала и представляет собой комплексное выражение для смеси многофазных твердых веществ, состоящих из различных минералов.
Наиболее фундаментальным фактором, определяющим огнеупорность, является химический минеральный состав и распределение материала. Различные примеси, особенно обладающие сильным растворяющим действием, серьезно снижают огнеупорность материала. Поэтому в процессе производства следует принимать соответствующие меры для обеспечения и повышения чистоты сырья.
Огнеупорность — это не абсолютная физическая величина, специфичная для вещества, а относительный технический показатель, определяющий степень размягчения материала при определенных условиях испытания. Испытуемый материал изготавливается в виде усеченного треугольного конуса (называемого испытательным конусом) в соответствии с установленным методом, а также стандартного усеченного треугольного конуса (называемого стандартным конусом) с фиксированной температурой изгиба при определенной скорости нагрева. Огнеупорность определяется путем сравнения степени изгиба испытательного конуса со степенью изгиба стандартного конуса. Нижняя часть усеченного треугольного конуса имеет длину 8 мм с каждой стороны, верхняя часть — 2 мм с каждой стороны, а высота составляет 30 мм. Во время измерения при высокой температуре в пирамиде может образовываться жидкая фаза. По мере повышения температуры количество жидкой фазы увеличивается, вязкость жидкой фазы уменьшается, и конус размягчается. Когда степень размягчения достигает определенного уровня, конус постепенно изгибается под действием собственного веса. Когда испытательный конус и стандартный конус изгибаются одновременно до тех пор, пока их вершина не коснется шасси, определенная температура изгиба стандартного конуса будет считаться огнеупорной способностью испытательного конуса.
Также известная как температура размягчения огнеупора под нагрузкой или температура деформации огнеупора под нагрузкой, она указывает на сопротивление огнеупора комбинированному воздействию высокой температуры и нагрузки при постоянной нагрузке или на температурный диапазон, в котором огнеупор проявляет явную пластическую деформацию. Максимальная рабочая температура огнеупора может быть определена по температуре размягчения под нагрузкой. Температура размягчения под нагрузкой отражает прочность огнеупора в аналогичных условиях эксплуатации и может использоваться в качестве основы для определения максимальной рабочей температуры огнеупора.
Главным фактором, определяющим температуру размягчения под нагрузкой, является химический минеральный состав материала, который также напрямую связан с процессом его производства. Температура спекания материала оказывает большое влияние на температуру деформации размягчения под нагрузкой. Если температуру спекания соответствующим образом повысить, начальная температура деформации увеличится за счет уменьшения пористости, роста кристаллов и улучшения сцепления. Повышение чистоты сырья и снижение содержания низкотемпературного расплава или растворителя повысят температуру деформации размягчения под нагрузкой. Например, оксид натрия в глиняных кирпичах и оксид алюминия в кремнеземных кирпичах являются вредными оксидами.
(3) Высокотемпературная объемная стабильность огнеупорных материалов
Под воздействием высоких температур в течение длительного времени огнеупорный материал подвергается объемному расширению, которое называется остаточным расширением. Величина остаточного расширения (деформации) огнеупорного материала отражает качество высокотемпературной объемной стабильности. Чем меньше остаточная деформация, тем лучше объемная стабильность; наоборот, чем хуже объемная стабильность, тем легче вызвать деформацию или повреждение кладки.
Изменение параметров линии повторного обжига часто используется для оценки высокотемпературной объемной стабильности материала, что является важным показателем для оценки качества материала.
Большинство огнеупорных материалов сжимаются под действием высоких температур. При повторном обжиге большинство огнеупорных материалов сжимаются, главным образом потому, что жидкая фаза, образующаяся в материале при высокой температуре, заполняет поры, что приводит к дальнейшему уплотнению и вытягиванию частиц. В последнее время происходит также рекристаллизация, приводящая к дальнейшему уплотнению материала. Однако некоторые материалы расширяются при повторном обжиге. Например, кремнеземный кирпич расширяется из-за поликристаллического превращения в процессе эксплуатации. Это происходит потому, что неконвертированный кварц кремнеземного кирпича продолжает превращаться в тридимит или квадратный кварц при высокой температуре. Кварц, который расширяется в объеме, составляет около 10% неконвертированного кварца в кремнеземном кирпиче. Для уменьшения усадки и расширения материала при повторном обжиге эффективно соответствующим образом повысить температуру обжига и продлить время выдержки, но не слишком сильно, иначе это вызовет стеклование структуры материала и снизит его термостойкость. Вследствие расширения частиц кварца в материале во время обжига и эксплуатации, компенсирующего усадку глины, изменение объема полусиликатных кирпичей незначительно, а некоторые из них слегка расширяются.
(4) Устойчивость к термическому удару
Способность огнеупорных материалов выдерживать резкие перепады температуры без разрушения называется термостойкостью. Это свойство также известно как термоударопрочность или термошокоустойчивость.
Основным фактором, влияющим на индекс термостойкости материала, являются его физические свойства, такие как коэффициент теплового расширения, теплопроводность и т. д. В целом, чем выше коэффициент линейного расширения материала, тем хуже термостойкость; чем выше теплопроводность материала, тем лучше термостойкость. Кроме того, микроструктура, состав частиц и форма огнеупорного материала также влияют на термостойкость.
Дата публикации: 15 июля 2022 г.