Під час використання вогнетривких матеріалів вони легко плавляться та розм'якшуються під дією фізичних, хімічних, механічних та інших факторів за високих температур (зазвичай 1000~1800 °C), або ж руйнуються внаслідок ерозії, тріскаються та пошкоджуються, що порушує їхню роботу. Забруднюється матеріал. Тому необхідно, щоб вогнетривкий матеріал мав властивості, які можуть адаптуватися до різних умов експлуатації. Нижче наведено 4 показники, що визначають високотемпературні характеристики вогнетривких матеріалів:
(1) Вогнетривкий
Вогнетривкість – це температура, за якої матеріал досягає певного ступеня розм'якшення під дією високої температури, і характеризує стійкість матеріалу до дії високих температур. Вогнетривкість є основою для оцінки того, чи можна використовувати матеріал як вогнетривкий матеріал. Міжнародна організація зі стандартизації визначає, що неорганічні неметалеві матеріали з вогнетривкістю вище 1500 ℃ є вогнетривкими матеріалами. Вона відрізняється від температури плавлення матеріалу та є комплексним вираженням суміші багатофазних твердих речовин, що складаються з різних мінералів.
Найважливішим фактором, що визначає вогнетривкість, є хімічний мінеральний склад та розподіл матеріалу. Різні домішкові компоненти, особливо ті, що мають сильну розчинницьку дію, серйозно знижують вогнетривкість матеріалу. Тому у виробничому процесі слід вживати відповідних заходів для забезпечення та покращення чистоти сировини.
Вогнетривкість — це не абсолютна фізична величина, характерна для речовини, а відносний технічний показник, який показує, коли матеріал досягає певного ступеня розм'якшення, виміряного за певних умов випробування. Випробуваний матеріал виготовляють у вигляді усіченого трикутного конуса (який називають випробувальним конусом) згідно з встановленим методом, а стандартний усічений трикутний конус (який називають стандартним конусом) — з фіксованою температурою згинання та певною швидкістю нагрівання. Нагрівання та вогнетривкість визначають шляхом порівняння ступеня згинання випробувального конуса зі ступенем згинання стандартного конуса. Нижня частина усіченого трикутного конуса має довжину 8 мм з кожного боку, верхня частина — 2 мм з кожного боку, а висота — 30 мм. Під час вимірювання в піраміді може з'являтися рідка фаза за високої температури. Зі збільшенням температури кількість рідкої фази збільшується, в'язкість рідкої фази зменшується, і конус розм'якшується. Коли розм'якшення досягає певного рівня, конус поступово згинається під дією власної ваги. Коли випробувальний конус і стандартний конус згинаються одночасно до контакту їхньої вершини з шасі, визначена температура згинання стандартного конуса повинна переважати як вогнетривкість випробувального конуса.
Також відома як температура розм'якшення вогнетриву під навантаженням або температура деформації вогнетриву під навантаженням, вона вказує на стійкість вогнетриву до комбінованої дії високої температури та навантаження при постійному навантаженні або на діапазон температур, у якому вогнетрив проявляє очевидну пластичну деформацію. Максимальну робочу температуру вогнетриву можна визначити з температури розм'якшення під навантаженням. Температура розм'якшення під навантаженням відображає структурну міцність вогнетриву за аналогічних умов використання та може бути використана як основа для визначення максимальної робочої температури вогнетриву.
Основним фактором, що визначає температуру розм'якшення під навантаженням, є хімічний мінеральний склад матеріалу, який також безпосередньо пов'язаний з процесом виробництва матеріалу. Температура спікання матеріалу має великий вплив на температуру деформації розм'якшення під навантаженням. Якщо температуру спікання відповідно підвищити, початкова температура деформації збільшиться через зменшення пористості, ріст кристалів та гарне зчеплення. Покращення чистоти сировини та зменшення вмісту низькоплавких плавок або розчинників підвищить температуру деформації розм'якшення під навантаженням. Наприклад, оксид натрію в глиняній цеглі та глинозем у силікатній цеглі є шкідливими оксидами.
(3) Об'ємна стабільність вогнетривких матеріалів за високих температур
Під дією високої температури протягом тривалого часу вогнетривкий матеріал утворює об'ємне розширення, яке називається залишковим розширенням. Розмір залишкового розширення (деформації) вогнетривкого матеріалу відображає якість об'ємної стабільності за високої температури. Чим менша залишкова деформація, тим краща об'ємна стабільність; навпаки, чим гірша об'ємна стабільність, тим легше спричинити деформацію або пошкодження кладки.
Зміна лінії повторного випалювання часто використовується для оцінки об'ємної стабільності матеріалу за високих температур, що є важливим показником для оцінки якості матеріалу.
Більшість вогнетривких матеріалів стискаються під дією високої температури. Під час повторного випалювання більшість вогнетривких матеріалів стискаються, головним чином тому, що рідка фаза, що утворюється матеріалом при високій температурі, заповнює пори, внаслідок чого частинки ще більше стискаються та розтягуються. Зовсім недавно відбулася перекристалізація, що призвело до подальшого ущільнення матеріалу. Є також кілька матеріалів, які розширюються під час повторного випалювання. Наприклад, силікатна цегла розширюється через полікристалічні перетворення під час використання. Це пояснюється тим, що неперетворений кварц силікатної цегли продовжує перетворюватися на тридиміт або квадрат за високої температури. Кварц, який розширюється в об'ємі, у силікатній цеглі приблизно на 10% не перетворений. Щоб зменшити усадку та розширення матеріалу під час повторного випалювання, ефективно відповідно підвищити температуру випалювання та подовжити час витримки, але вона не повинна бути занадто високою, інакше це призведе до склування структури матеріалу та знизить стійкість до термошоку. Через розширення частинок кварцу в матеріалі під час випалювання та використання, яке компенсує усадку глини, зміна об'єму напівсилікатної цегли невелика, і деякі з них трохи розширюються.
(4) Стійкість до термічних ударів
Здатність вогнетривів протистояти швидким змінам температури без руйнування називається термостійкістю. Ця властивість також відома як термостійкість або термостійкість до ударів.
Основним фактором, що впливає на показник термостійкості матеріалу, є його фізичні властивості, такі як теплове розширення, теплопровідність тощо. Загалом, чим вищий коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, тим гірша термостійкість; чим вища теплопровідність матеріалу, тим краща термостійкість. Крім того, на термостійкість впливають мікроструктура, склад частинок та форма вогнетривкого матеріалу.
Час публікації: 15 липня 2022 р.