重点掌握:气孔率、体积密度、吸水率、真密度的概念,计算公式及定义;热膨胀、热导率、热容等热学性能检测意义;耐火材料的概念;耐火材料的常温及高温力学性能的检测方法及检测意义。氧化锆陶瓷
一般掌握(wo):耐火材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)主要原料(liao);耐火材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)种类(lei);化学组成的(de)(de)(de)分类(lei)及(ji)(ji)(ji)(ji)各类(lei)成分的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong);矿(kuang)物组成的(de)(de)(de)分类(lei)及(ji)(ji)(ji)(ji)各类(lei)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong);耐火材(cai)(cai)料(liao)性(xing)能检验的(de)(de)(de)特点及(ji)(ji)(ji)(ji)作(zuo)用(yong)(yong);高(gao)温(wen)使用(yong)(yong)性(xing)能的(de)(de)(de)分类(lei)、检测(ce)意义及(ji)(ji)(ji)(ji)检测(ce)方法。
了 解(jie):耐火材料的用途与发展(zhan)。
耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)是耐(nai)火(huo)度不低于(yu)1580℃的(de)无机非金(jin)属(shu)材(cai)料(liao)。尽管各国规(gui)定的(de)定义不同,例如,国际标准化组(zu)织(ISO)正式出版(ban)的(de)国际标准中(zhong)规(gui)定,“耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)四耐(nai)火(huo)度至少为1500℃的(de)非金(jin)属(shu)材(cai)料(liao)或制品(但(dan)不排(pai)除那些含有一定比例的(de)金(jin)属(shu))”,但(dan)耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)是用作高(gao)温窑、炉等(deng)热工设备的(de)结构(gou)材(cai)料(liao),以及工业用高(gao)温容器和(he)部件(jian)的(de)材(cai)料(liao),并能承受相应的(de)物理化学变化及机械作用。
大部(bu)分耐火(huo)材(cai)料(liao)是(shi)以天然矿石(如(ru)耐火(huo)粘土、硅石、菱镁矿、白云石等)为原料(liao)制造的。现在,采用某些工(gong)(gong)业(ye)原料(liao)和人工(gong)(gong)合(he)(he)成(cheng)原料(liao)(如(ru)工(gong)(gong)业(ye)氧化铝、碳化硅、合(he)(he)成(cheng)莫(mo)来石、合(he)(he)成(cheng)尖晶石等)也日(ri)益(yi)增多(duo)。
根据(ju)耐(nai)火(huo)度,可分为普通(tong)耐(nai)火(huo)制品(pin)(1580-1770℃)、高级(ji)耐(nai)火(huo)制品(pin)(1770-2000℃)和特级(ji)耐(nai)火(huo)制品(pin)(2000℃以上(shang))。
按照形状(zhuang)和尺寸,可分为(wei)标准型(xing)砖(zhuan)、异型(xing)砖(zhuan)、特异型(xing)砖(zhuan)、大异型(xing)砖(zhuan),以及(ji)实验室和工(gong)业用坩锅、皿、管等(deng)特殊制品。
按制造工艺方法可分为泥浆浇注制品、可塑成型制品、半干压型制品、由粉状非可塑泥料捣固成型制品,由熔融料浇注的制品以及由岩石锯成的制品。
耐火材料的化学矿物组(zu)成分类
分 类(lei) | 类 别 | 主要化(hua)学成分 | 主(zhu)要矿物成分 |
硅质制(zhi)品 | 硅砖 | SiO2 | 磷石英(ying)、方(fang)石英(ying) |
| 石英玻璃 | SiO2 | 石英玻璃 |
硅酸铝(lv)质(zhi)制品(pin) | 半硅砖 | SiO2、Al2O3 | 莫(mo)来石(shi)、方石(shi)英 |
| 粘土砖 | SiO2、Al2O3 | 莫(mo)来石、方(fang)石英 |
| 高铝(lv)砖 | SiO2、Al2O3 | 莫来石、刚(gang)玉(yu) |
镁质制品 | 镁砖(方镁石(shi)砖) | MgO | 方镁石、 |
| 镁铝砖 | MgO、Al2O3 | 方镁(mei)石、镁(mei)铝尖晶石 |
| 镁铬砖(zhuan) | MgO、Cr2O3 | 方镁石、铬尖晶石 |
| 镁橄榄石砖(zhuan) | MgO、SiO2 | 镁(mei)橄(gan)榄石(shi)、方镁(mei)石(shi) |
| 镁(mei)硅砖 | MgO、SiO2 | 方镁石、镁橄榄(lan)石 |
| 镁钙砖(zhuan) | MgO、CaO | 方镁(mei)石、硅酸(suan)二钙 |
| 镁(mei)白云石砖 | MgO、CaO | 方镁石(shi)、氧化钙(gai) |
| 镁碳(tan)砖 | MgO、C | 方镁石、无定形碳(或石墨) |
白(bai)云石质制品 | 白云石砖 | CaO、MgO | 氧化钙(gai)、方镁(mei)石(shi) |
铬质制品 | 铬砖 | Cr2O3、FeO | 铬铁(tie)矿 |
| 铬(ge)镁(mei)砖 | Cr2O3、MgO | 铬尖晶石、方(fang)镁石 |
碳质制品 | 炭砖(zhuan) | C | 无定形碳(tan)(石墨) |
| 石墨制品 | C | 石墨 |
| 碳化硅制(zhi)品 | Si C | 碳化(hua)硅 |
锆质制品 | 锆英石(shi)砖 | ZrO2、SiO2 | 锆英石(shi) |
特殊制品 | 纯(chun)氧化物(wu)制品 | Al2O3、ZrO2 | 刚玉、高温型ZrO2 |
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| CaO、MgO | 氧化(hua)钙、方(fang)镁石 |
| 其(qi)它(ta):碳化(hua)物 |
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| 氮化(hua)物(wu) |
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| 硅化物(wu) |
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| 硼化物 |
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| 金属(shu)陶瓷等 |
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耐火材(cai)料的外观分类
分 类 | 种 类 |
耐火(huo)砖(zhuan)(具(ju)有一定(ding)形(xing)状) | 烧成砖(zhuan)(zhuan)、不(bu)烧砖(zhuan)(zhuan)、电熔(rong)砖(zhuan)(zhuan)(熔(rong)铸砖(zhuan)(zhuan))、耐火隔热(re)砖(zhuan)(zhuan) |
不定形耐(nai)火(huo)材料(liao)(简称散(san)装料(liao),无(wu)一定形状,按所(suo)要(yao)求(qiu)形状施工(gong)用材料(liao)) | 浇注料(liao)、捣打料(liao)、投(tou)射(she)料(liao)、喷射(she)料(liao)、可塑料(liao)、耐(nai)火(huo)泥
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耐(nai)火材料的分类方法有(you)多种,其中有(you)按耐(nai)火材料的化学(xue)矿(kuang)物组(zu)成进行的分类法,它能表征(zheng)各种耐(nai)火材料的基(ji)本组(zu)成和(he)特性,在生产(chan)、使(shi)用和(he)科学(xue)研(yan)究上均有(you)实际意义(见表1)。
此外,耐(nai)火材(cai)料又按下列指标分类(见表(biao)2)。
今后,我国耐(nai)火(huo)材(cai)料工业要由(you)数量型(xing)向品(pin)种(zhong)质(zhi)(zhi)量型(xing)转(zhuan)变,立足(zu)于我国的资源条件和使(shi)用(yong)需要, 研(yan)究发(fa)展优质(zhi)(zhi)高效高铝质(zhi)(zhi)和碱性制品(pin),发(fa)展优质(zhi)(zhi)不定形耐(nai)火(huo)材(cai)料和绝热(re)耐(nai)火(huo)材(cai)料。
1、 耐火材料的(de)组成和性(xing)质
耐火(huo)材料(liao)的(de)(de)一(yi)般性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi),包括化学矿物组(zu)(zu)成、组(zu)(zu)织(zhi)结构、力学性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、热学性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和高温(wen)(wen)使(shi)用(yong)性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。其中(zhong)有些是在(zai)常温(wen)(wen)下测定(ding)的(de)(de)性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi),例(li)如气孔率、体(ti)积密度(du)、真密度(du)和耐压强度(du)等(deng)(deng)。根据这些性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi),可(ke)以预知耐火(huo)材料(liao)在(zai)高温(wen)(wen)下的(de)(de)使(shi)用(yong)情况;另一(yi)些是在(zai)高温(wen)(wen)下测定(ding)的(de)(de)性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi),例(li)如耐火(huo)度(du)、荷重软化点、热震稳定(ding)性(xing)(xing)、抗(kang)渣(zha)性(xing)(xing)、高温(wen)(wen)体(ti)积稳定(ding)性(xing)(xing)等(deng)(deng),这些性(xing)(xing)质(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)反映在(zai)一(yi)定(ding)温(wen)(wen)度(du)下耐火(huo)材料(liao)所处的(de)(de)状态,或者反映在(zai)该(gai)温(wen)(wen)度(du)下它(ta)与外界作用(yong)的(de)(de)关系。
1.1、 耐火材料的化学矿物组成
耐火材料(liao)的(de)若干性(xing)质(zhi),取决于其中(zhong)的(de)物相(xiang)(xiang)组(zu)成、分布及各相(xiang)(xiang)的(de)特性(xing),即取决于制(zhi)品(pin)的(de)化学矿物组(zu)成。对于既定的(de)原料(liao),即化学矿物组(zu)成一定时(shi),可以采用适当的(de)工艺方法(fa),获得具有某种(zhong)特性(xing)的(de)物相(xiang)(xiang)组(zu)成(如晶型(xing)、晶粒大小、分布以及形成固溶体和玻璃相(xiang)(xiang)等),在一定限度内(nei)提(ti)高制(zhi)品(pin)的(de)工作性(xing)质(zhi)。
1.1.1化(hua)学组成
化学组成(cheng)(cheng)是(shi)耐火材(cai)料(liao)制(zhi)品的基(ji)本特(te)性。通常(chang)将(jiang)耐火材(cai)料(liao)的化学组成(cheng)(cheng)按各成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)含量和(he)(he)其(qi)作(zuo)用分(fen)(fen)(fen)(fen)为两部分(fen)(fen)(fen)(fen),即占绝对多量的基(ji)本成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)-主成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)和(he)(he)占少(shao)量的从属的副成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)。副成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)是(shi)原(yuan)料(liao)中(zhong)伴随的夹杂成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)和(he)(he)工艺过程中(zhong)特(te)别加(jia)入的添加(jia)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(加(jia)入物)。
1.1.1.1、主成分
它是耐(nai)(nai)火(huo)制品中构成(cheng)耐(nai)(nai)火(huo)基(ji)体的(de)成(cheng)分,是耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)的(de)特性(xing)基(ji)础。它的(de)性(xing)质(zhi)和数量直(zhi)接决定(ding)制品的(de)性(xing)质(zhi)。其主要成(cheng)分可(ke)以(yi)是氧(yang)化物,也可(ke)以(yi)是元素或(huo)非氧(yang)化物的(de)化合物。耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)按其主成(cheng)分的(de)化学(xue)性(xing)质(zhi)又可(ke)分为三类:酸性(xing)耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)、中性(xing)耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)及碱性(xing)耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料(liao)(liao)。
酸性耐(nai)火材(cai)料(liao)含有相当数量(liang)的游离二氧化硅(gui)(gui)(gui)(gui)(SiO2)。酸性最(zui)强的耐(nai)火材(cai)料(liao)是硅(gui)(gui)(gui)(gui)质(zhi)(zhi)耐(nai)火材(cai)料(liao),几乎(hu)由94-97%的游离硅(gui)(gui)(gui)(gui)氧(SiO2)构成。粘土质(zhi)(zhi)耐(nai)火材(cai)料(liao)与硅(gui)(gui)(gui)(gui)质(zhi)(zhi)相比,游离硅(gui)(gui)(gui)(gui)氧(SiO2)的量(liang)较(jiao)少,是弱酸性的。半硅(gui)(gui)(gui)(gui)质(zhi)(zhi)耐(nai)火材(cai)料(liao)局(ju)于其(qi)间。
中性耐(nai)火(huo)(huo)材料(liao)(liao)按其严(yan)密含意(yi)来(lai)说是(shi)碳质耐(nai)火(huo)(huo)材料(liao)(liao),高铝(lv)质耐(nai)火(huo)(huo)材料(liao)(liao)(Al2O345%以上)是(shi)偏酸而趋于(yu)中性耐(nai)火(huo)(huo)材料(liao)(liao),铬(ge)质耐(nai)火(huo)(huo)材料(liao)(liao)是(shi)偏碱而趋于(yu)中性耐(nai)火(huo)(huo)材料(liao)(liao)。
碱性(xing)耐火(huo)(huo)材料(liao)含有相(xiang)当数量(liang)的(de)MgO和(he)CaO等,镁(mei)(mei)质和(he)白云石质耐火(huo)(huo)材料(liao)是强碱性(xing)的(de),铬镁(mei)(mei)系和(he)镁(mei)(mei)橄榄石质耐火(huo)(huo)材料(liao)以(yi)及(ji)尖(jian)晶石耐火(huo)(huo)材料(liao)属(shu)于弱碱性(xing)耐火(huo)(huo)材料(liao)。
1.1.1.2、杂质成分
耐火材料的原料绝大多数是天然矿物,在耐火材料(或原料)中含有一定量的杂质。这些杂质是某些能与耐火基体作用而使其耐火性能降低的氧化物或化合物,即通常称为熔剂的杂质。例如镁质耐火材料化学成分中的主成分是MgO,其它氧化物成分均属于杂质成分。因杂质成分的熔剂作用使系统的共熔液相生成温度愈低。单位熔剂生成的液相量愈多,且随温度升高液相量增长速度愈快,粘度愈小,润湿性愈好,则杂质熔剂作用愈强。从表3中的数据可以看出,这些氧化物对SiO2的熔剂作用强度按如下顺序增强。
某些氧化物对SiO2的熔剂作用
氧 化 物 | 共(gong)熔点 | 液相内SiO2含量,% | ||||||
平衡相 | 温度(du)(℃) | 系统(tong)内(nei)每(mei)1%杂质(zhi)生成液相量(%) | 氧化物含量(%) | 共熔点(℃) | 1400℃ | 1600℃ | 1650℃ | |
K2O | 石英(SiO2)-K2O.4SiO2 | 769 | 3.6 | 27.5 | 72.5 | 87.0 | 96.2 | 98.0 |
Na2O | 石英(SiO2)-Na2O.2SiO2 | 782 | 3.9 | 25.4 | 74.6 | 86.0 | 95.8 | 97.8 |
Li2O | 磷石英(SiO2)-Li2O.2SiO2 | 1028 | 5.6 | 17.8 | 88.2 | 88.8 | 96.5 | 98.5 |
Al2O3 | 方石英(SiO2)-3Al2O3 2SiO2 | 1545 | 18.2 | 5.5 | 94.5 | — | 96.9 | 98.1 |
TiO2 | 方石英(SiO2)-TiO2 | 1550 | 9.5 | 10.5 | 89.2 | — | 92.0 | 95.4 |
CaO | 磷石英(SiO2)-CaO SiO2 | 1436 | 2.7 | 37.0 | 63.0 | — | 67.8 | 69.5 |
MgO | 方石英(SiO2)-MgO SiO2 | 1543 | 2.9 | 35.0 | 65.0 | — | 65.5 | 67.8 |
BaO | 磷石英(SiO2)-BaO SiO2 | 1374 | 2.1 | 47.0 | 53.0 | 53.5 | 61.2 | 67.0 |
ZnO | 磷石英(SiO2)-2 ZnO—S | 1432 | 2.1 | 48.0 | 52.0 | — | 60.0 | 64.0 |
MnO | 磷石英(SiO2)-MnO SiO2 | 1291 | 1.8 | 55.8 | 44.2 | 45.0 | 50.4 | 52.5 |
FeO | 磷石英(SiO2)-2 FeO SiO2 | 1178 | 1.6 | 62.0 | 38.0 | 41.2 | 47.5 | 51.7 |
Cu2O | 磷石英(SiO2)-Cu2O | 1060 | 1.1 | 92.0 | 8.0 | 19.2 | 29.6 | 32.7
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1.1.1.3、添加成分
在耐火制(zhi)(zhi)品(pin)生产中,为了(le)促进其(qi)高温变化和(he)降低烧结温度(du),有时加(jia)入(ru)少量(liang)(liang)(liang)的添加(jia)成(cheng)分(fen)。按其(qi)目的和(he)作用(yong)不同分(fen)为矿化剂、稳定剂和(he)烧结剂等。通常分(fen)析耐火制(zhi)(zhi)品(pin)和(he)原料的灼(zhuo)烧减量(liang)(liang)(liang)、各种氧化物含(han)量(liang)(liang)(liang)和(he)其(qi)它(ta)主要成(cheng)分(fen)含(han)量(liang)(liang)(liang)。将干燥的材料在规定温度(du)条件下加(jia)热时质量(liang)(liang)(liang)减少百分(fen)率称为灼(zhuo)减。
1.1.2、矿物组成
耐火制品(pin)(pin)(pin)是矿(kuang)物(wu)组(zu)(zu)成(cheng)体。制品(pin)(pin)(pin)的(de)性质(zhi)(zhi)是其组(zu)(zu)成(cheng)矿(kuang)物(wu)和(he)微观结构的(de)综合(he)反映(ying)。耐火制品(pin)(pin)(pin)的(de)矿(kuang)物(wu)组(zu)(zu)成(cheng)取决于(yu)它的(de)化(hua)学组(zu)(zu)成(cheng)和(he)工艺(yi)(yi)条件。化(hua)学组(zu)(zu)成(cheng)相(xiang)同(tong)(tong)的(de)制品(pin)(pin)(pin),由于(yu)工艺(yi)(yi)条件的(de)不同(tong)(tong),所形成(cheng)矿(kuang)物(wu)相(xiang)的(de)种(zhong)类(lei)、数量(liang)、晶粒大(da)小和(he)结合(he)情(qing)况(kuang)的(de)差异,使其性能可能有较大(da)差异。例如(ru)(ru)SiO2含(han)量(liang)相(xiang)同(tong)(tong)的(de)硅质(zhi)(zhi)制品(pin)(pin)(pin),因SiO2在不同(tong)(tong)工艺(yi)(yi)条件下可能形成(cheng)结构和(he)性质(zhi)(zhi)不同(tong)(tong)的(de)两(liang)类(lei)矿(kuang)物(wu)-磷石英和(he)方(fang)石英,使制品(pin)(pin)(pin)的(de)某些性质(zhi)(zhi)会(hui)有差异。即使制品(pin)(pin)(pin)的(de)矿(kuang)物(wu)组(zu)(zu)成(cheng)一定,但随矿(kuang)相(xiang)的(de)晶粒大(da)小、形状和(he)分布(bu)情(qing)况(kuang)的(de)不同(tong)(tong),亦会(hui)对制品(pin)(pin)(pin)性质(zhi)(zhi)有显著(zhu)的(de)影(ying)响(如(ru)(ru)熔融制品(pin)(pin)(pin))。
耐火(huo)材料一般是(shi)多项组成(cheng)体,其中(zhong)的矿物(wu)相(xiang)可分(fen)为两类(lei),即(ji)结晶(jing)相(xiang)和(he)玻璃相(xiang)。
主(zhu)晶相是指(zhi)构(gou)成制(zhi)品结构(gou)的(de)(de)主(zhu)体且熔点较高的(de)(de)晶相。主(zhu)晶相的(de)(de)性质、数量和其间结合状态直接决(jue)定着制(zhi)品的(de)(de)性质。
基(ji)(ji)(ji)质是(shi)指耐(nai)火材(cai)料中大晶(jing)体或(huo)骨料间隙中存在的(de)物质。基(ji)(ji)(ji)质对制(zhi)品(pin)的(de)性(xing)(xing)质(如高温特性(xing)(xing)和耐(nai)侵饰性(xing)(xing))起着(zhe)决定性(xing)(xing)的(de)影响。在使用时制(zhi)品(pin)往往首先(xian)从(cong)基(ji)(ji)(ji)质部分开(kai)始损(sun)坏,采(cai)用调整和改变制(zhi)品(pin)的(de)基(ji)(ji)(ji)质成分是(shi)改善制(zhi)品(pin)性(xing)(xing)能的(de)有效工艺措施。
绝大多(duo)(duo)数耐火(huo)制(zhi)(zhi)品(pin)(除少数特高(gao)耐火(huo)制(zhi)(zhi)品(pin)外),按其主(zhu)晶(jing)相(xiang)和(he)(he)基质的(de)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)可以分(fen)(fen)(fen)为(wei)两类(lei):一类(lei)是含(han) 有(you)晶(jing)相(xiang)和(he)(he)玻(bo)璃相(xiang)的(de)多(duo)(duo)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)耐火(huo)制(zhi)(zhi)品(pin),如(ru)粘土(tu)砖(zhuan)、硅(gui)砖(zhuan)等;另一类(lei)是仅含(han)晶(jing)相(xiang)的(de)多(duo)(duo)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)制(zhi)(zhi)品(pin),基质多(duo)(duo)为(wei)细微(wei)的(de)结晶(jing)体,如(ru)镁砖(zhuan)、铬镁砖(zhuan)等碱(jian)性(xing)耐火(huo)材料。这些制(zhi)(zhi)品(pin)在高(gao)温烧成(cheng)时,产生一定数量的(de)液相(xiang),但是液相(xiang)在冷却时并不形成(cheng)玻(bo)璃,而(er)是形成(cheng)结晶(jing)性(xing)基质,将(jiang)主(zhu)晶(jing)相(xiang)胶(jiao)结在一起,基质晶(jing)体的(de)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)不同于主(zhu)晶(jing)相(xiang)。
耐(nai)火(huo)制品的显微组织结(jie)构(gou)有两种(zhong)类(lei)型。一种(zhong)是由(you)硅(gui)酸盐(硅(gui)酸盐晶(jing)体(ti)矿物或玻(bo)璃体(ti))结(jie)合(he)物胶结(jie)晶(jing)体(ti)颗(ke)粒的结(jie)构(gou)类(lei)型,另一种(zhong)是由(you)晶(jing)体(ti)颗(ke)粒直接(jie)(jie)交(jiao)错结(jie)合(he)成结(jie)晶(jing)网,例如高(gao)纯镁砖,这种(zhong)直接(jie)(jie)结(jie)合(he)结(jie)构(gou)类(lei)型的制品的高(gao)温性能(高(gao)温力(li)学(xue)强度(du)、抗渣性或热震稳定性等)较前一种(zhong)优越得(de)多;因此具有广(guang)阔得(de)发展前景。
1.2、 耐火材料的组织结构
耐(nai)火材(cai)料是由固相(xiang)(xiang)(包括结晶相(xiang)(xiang)和玻璃相(xiang)(xiang))和气(qi)孔两部(bu)分(fen)构成的(de)(de)(de)非均(jun)质体,其中各种(zhong)形(xing)状和大小的(de)(de)(de)气(qi)孔与固相(xiang)(xiang)之(zhi)间的(de)(de)(de)宏观组织结构。
1.2.1 气孔率、体积密(mi)度、真密(mi)度
气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)、体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)密(mi)度(du)(du)(du)、真(zhen)(zhen)(zhen)密(mi)度(du)(du)(du)等是(shi)评价(jia)耐火材(cai)料(liao)质量(liang)(liang)的(de)(de)重要指标。GB/T2997有(you)(you)十(shi)个定(ding)义:体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)密(mi)度(du)(du)(du)(带(dai)(dai)(dai)有(you)(you)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)干燥材(cai)料(liao)的(de)(de)质量(liang)(liang)与(yu)(yu)其(qi)总(zong)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)的(de)(de)比值,用g/cm3或kg/m3表(biao)(biao)(biao)示)、总(zong)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)(带(dai)(dai)(dai)有(you)(you)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)材(cai)料(liao)中固体(ti)(ti)(ti)物(wu)质、开口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)及闭(bi)口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)总(zong)和)、真(zhen)(zhen)(zhen)密(mi)度(du)(du)(du)(带(dai)(dai)(dai)有(you)(you)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)干燥材(cai)料(liao)的(de)(de)质量(liang)(liang)与(yu)(yu)其(qi)真(zhen)(zhen)(zhen)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)之比值,用g/cm3或kg/m3表(biao)(biao)(biao)示)、真(zhen)(zhen)(zhen)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)(带(dai)(dai)(dai)有(you)(you)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)材(cai)料(liao)中固体(ti)(ti)(ti)物(wu)质的(de)(de)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji))、开口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(浸渍(zi)时(shi)能(neng)被(bei)液体(ti)(ti)(ti)填充(chong)的(de)(de)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong))、闭(bi)口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(浸渍(zi)时(shi)不能(neng)被(bei)液体(ti)(ti)(ti)填充(chong)的(de)(de)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong))、显气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)(带(dai)(dai)(dai)有(you)(you)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)材(cai)料(liao)中所(suo)有(you)(you)开口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)与(yu)(yu)总(zong)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)之比值,用%表(biao)(biao)(biao)示)、闭(bi)口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)(带(dai)(dai)(dai)有(you)(you)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)材(cai)料(liao)中所(suo)有(you)(you)闭(bi)口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)与(yu)(yu)总(zong)体(ti)(ti)(ti)积(ji)(ji)之比值,用%表(biao)(biao)(biao)示)、真(zhen)(zhen)(zhen)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)(显气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)和闭(bi)口(kou)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de),用%表(biao)(biao)(biao)示)、致密(mi)定(ding)形耐火制品(真(zhen)(zhen)(zhen)气(qi)(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(lv)(lv)小于45%的(de)(de)定(ding)形耐火制品)。
GB/T2997得测(ce)定原理:称量(liang)试(shi)样(yang)(yang)的(de)质量(liang),再(zai)用液(ye)体(ti)静力(li)称量(liang)法(fa)测(ce)定其体(ti)积(ji),计算(suan)显气孔率、体(ti)积(ji)密(mi)(mi)度,或根据(ju)试(shi)样(yang)(yang)的(de)真密(mi)(mi)度计算(suan)真气孔率。
1.2.1.1气孔率
耐火材料(liao)(liao)内的(de)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)是由原料(liao)(liao)中气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)和(he)成(cheng)型后(hou)颗粒间的(de)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)所(suo)构成(cheng)。大致可(ke)分为(wei)(wei)三(san)类:1)闭口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong),它封(feng)闭在制(zhi)品中不与外界相通(tong);2)开(kai)(kai)口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong),一段封(feng)闭,另(ling)一段与外界相通(tong),能为(wei)(wei)流体(ti)填充;3)贯(guan)通(tong)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong),贯(guan)通(tong)制(zhi)品的(de)两(liang)面,能为(wei)(wei)流体(ti)通(tong)过;为(wei)(wei)简便起见,通(tong)常(chang)将(jiang)上述三(san)类气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)合并为(wei)(wei)两(liang)类,即开(kai)(kai)口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)(包(bao)括(kuo)贯(guan)通(tong)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong))和(he)闭口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)。一般开(kai)(kai)口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)体(ti)积(ji)(ji)占总气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)体(ti)积(ji)(ji)的(de)绝对多数(shu),闭口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)的(de)体(ti)积(ji)(ji)则很少(shao),闭口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)体(ti)积(ji)(ji)难(nan)于直接测定(ding),因(yin)此(ci),制(zhi)品的(de)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)率指(zhi)标,常(chang)用开(kai)(kai)口(kou)(kou)(kou)气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)率(亦称显气(qi)(qi)(qi)孔(kong)(kong)(kong)率)表示(shi)。
真气(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(总(zong)(zong)气(qi)孔(kong)(kong)率(lv))A =(V1+V2)Χ100%/V0,开口(kou)气(qi)孔(kong)(kong)率(lv)(显气(qi)孔(kong)(kong)率(lv)) B= V1Χ100%/V0式(shi)中:V0、V1 、V2分别代表总(zong)(zong)气(qi)孔(kong)(kong)体积、开口(kou)气(qi)孔(kong)(kong)体积和闭(bi)口(kou)气(qi)孔(kong)(kong)体积(CM3).
1.2.1.2 吸水率
它是制(zhi)(zhi)品(pin)中(zhong)全部开(kai)口气孔(kong)吸满水的(de)质量(liang)(liang)与其干燥质量(liang)(liang)之(zhi)比,以百分(fen)率(lv)表示,它实质上是反映制(zhi)(zhi)品(pin)中(zhong)开(kai)口气孔(kong)量(liang)(liang)的(de)一个技术(shu)指标,由于其测(ce)定简便,在生产中(zhong)多直(zhi)接用来鉴定原料煅(duan)烧(shao)质量(liang)(liang)。烧(shao)结良好的(de)原料,其吸水率(lv)数值(zhi)应较(jiao)低。
1.2.1.3 体(ti)积密度
表示干燥制(zhi)品的(de)质(zhi)量与其总体积(ji)之比,即制(zhi)品单(dan)位(wei)体积(ji)(表观(guan)体积(ji))的(de)质(zhi)量,用g/cm3表示。
体(ti)积密度也是(shi)表征(zheng)制(zhi)(zhi)品致密程度的(de)主要指标,密度较高时,可减少外部侵入介质(液相或气相)对(dui)耐(nai)火材(cai)料作(zuo)用的(de)总面积,从而提高其使用寿命,所(suo)以致密化是(shi)提高耐(nai)火材(cai)料质量的(de)重要途径,通常在生产中应控(kong)制(zhi)(zhi)原料煅烧后的(de)体(ti)积密度,砖坯的(de)体(ti)积密度和制(zhi)(zhi)品的(de)烧结程度。
1.2.1.3 真密度
GB/T5071标准(zhun)有两个定义:真(zhen)(zhen)密(mi)度(带(dai)有气(qi)孔(kong)的(de)干燥材(cai)料的(de)质(zhi)量与其真(zhen)(zhen)体(ti)积(ji)之比(bi)值(zhi),用g/cm3或(huo)kg/m3表示)、真(zhen)(zhen)体(ti)积(ji)(带(dai)有气(qi)孔(kong)的(de)材(cai)料中固体(ti)物质(zhi)的(de)体(ti)积(ji))。
GB/T5071标准(zhun)的测(ce)定(ding)原理:把试(shi)样(yang)破碎(sui),磨碎(sui),使之尽可能不存(cun)在有封闭气孔,测(ce)量其干燥的质(zhi)量和真体(ti)(ti)(ti)(ti)积,从而测(ce)得真密度。细(xi)料的体(ti)(ti)(ti)(ti)积用比重瓶和已知密度的液体(ti)(ti)(ti)(ti)测(ce)定(ding),所用液体(ti)(ti)(ti)(ti)温(wen)度必须控制或仔细(xi)地(di)测(ce)量。
真密度是(shi)指(zhi)不包括(kuo)气孔在内的(de)单位(wei)体(ti)积耐火材料(liao)的(de)质量,可用下式表示。
d真=G/[ V0- (V1+V2)],式中 G-干燥试样质量,g; V0、V1、V2——分别为(wei)试样的总体(ti)(ti)积,开口(kou)(kou)气孔(kong)体(ti)(ti)积,闭口(kou)(kou)气孔(kong)体(ti)(ti)积,cm3。
2、 耐火材料的(de)热(re)学性质(zhi)和导电性
2.1、热膨胀
GB/T7320标准有两个定义:线膨胀率(室温至试验温度间试样长度的相对变化率,用%表示)、平均线膨胀率(室温至试验温度间温度每升高1℃试样长度的相对变化率,单位为10-6/℃),常见耐火制品的平均热膨胀系数见表。
耐火制品的平均热膨胀率(20-2000℃)
名称 | 粘土砖 | 莫来(lai)石砖(zhuan) | 莫来石(shi)刚玉砖(zhuan) | 刚(gang)玉砖 | 半(ban)硅砖 | 硅砖 | 镁(mei)砖(zhuan) |
平均热膨胀系数(10-6/℃) | 4.5-6.0 | 5.5-5.8 | 7.0-7.5 | 8.0-8.5 | 7.0-9.0 | 11.5-13.0 | 14.0-15.0
|
GB/T7320标准的测(ce)(ce)定原理:以规(gui)定的升(sheng)温(wen)(wen)速率(lv)将(jiang)试(shi)样(yang)加热到(dao)指定的试(shi)验温(wen)(wen)度(du),测(ce)(ce)定随温(wen)(wen)度(du)升(sheng)高试(shi)样(yang)长度(du)的变化值,计算出试(shi)样(yang)随温(wen)(wen)度(du)升(sheng)高的线膨(peng)胀率(lv)和指定温(wen)(wen)度(du)范围的平(ping)均(jun)线膨(peng)胀系数,并绘(hui)制出膨(peng)胀曲线。
耐火材料的(de)热膨胀是指其体积或长度随着温度升高而增(zeng)大的(de)物理性(xing)质。
2.2、热导率
YB/T4130把导热系数(shu)定(ding)义为:指单(dan)(dan)位时间内在单(dan)(dan)位温度(du)梯度(du)下沿(yan)热流方(fang)向通过材料单(dan)(dan)位面积传递的热量。如式(1)所示:
λ=q/(dT/dx)
式中:λ——导热(re)系数,单位为瓦(wa)每(mei)米开尔文(W/(m.K);
q——单(dan)(dan)位时间热(re)流密度,单(dan)(dan)位为瓦每平方米(mi)(W/m);
dT/dx——温度(du)梯度(du),单位为开尔文每米(mi)(K/m)。
YB/T4130测(ce)定导热(re)(re)系(xi)数原(yuan)(yuan)理为:根据傅立叶一维平板稳(wen)定导热(re)(re)过程的(de)基本原(yuan)(yuan)理,测(ce)定稳(wen)态(tai)时(shi)单位时(shi)间一维温(wen)度场中热(re)(re)流(liu)纵向通过试(shi)(shi)样热(re)(re)面(mian)流(liu)至冷(leng)面(mian)后(hou)被(bei)流(liu)经中心(xin)量热(re)(re)器(qi)的(de)水(shui)流(liu)吸收的(de)热(re)(re)量。该(gai)热(re)(re)量同试(shi)(shi)样的(de)导热(re)(re)系(xi)数,冷(leng)热(re)(re)面(mian)温(wen)差,中心(xin)量热(re)(re)器(qi)吸热(re)(re)面(mian)面(mian)积(ji)成(cheng)正比,同试(shi)(shi)样的(de)厚度成(cheng)反比。
λ=Q.δ/(A.ΔT)
式(shi)中:λ——导(dao)热系数,单位为瓦(wa)每米开尔文(W/(m.K);
Q——单(dan)(dan)位时(shi)间内水流吸收的热(re)量,单(dan)(dan)位为瓦(W);
δ——试(shi)样的(de)厚度,单(dan)位(wei)为米(m);
A——试样的面积,单位为平方米(mi)(m2);
ΔT——冷、热面温差,单位为开尔文(K).
水(shui)(shui)流吸(xi)收的热量(liang)与水(shui)(shui)的比热、水(shui)(shui)的质量(liang)、水(shui)(shui)温升高成正比:
Q=C.ω. Δt
式中(zhong):Q——单位(wei)时(shi)间内水(shui)流吸收的热(re)量,单位(wei)为(wei)瓦(W);
C——水的比热, 单位为焦每克开尔文(J/(g.K);
ω——水流量,单位为(wei)克每秒(miao)(g/s);
Δt——水温升高, 单位为开尔文(K).
其物理意义是指单位(wei)温度(du)梯度(du)下,单位(wei)时间内通过单位(wei)垂直(zhi)面积的(de)热量。热导率(lv)是表(biao)征耐(nai)火材(cai)料导热特性的(de)一个物理指标,其数值等于热流密(mi)度(du)除以负温度(du)梯度(du)。
2.3、热容
任何(he)物(wu)质(zhi)(zhi)受热(re)(re)(re)时都升温(wen),但(dan)质(zhi)(zhi)量相同的(de)不同物(wu)质(zhi)(zhi)升温(wen)1℃所需(xu)的(de)热(re)(re)(re)量不同。通常(chang)(chang)用常(chang)(chang)压下加热(re)(re)(re)1kg物(wu)质(zhi)(zhi)使之升温(wen)1℃所需(xu)的(de)热(re)(re)(re)量(kJ)来表示,称(cheng)(cheng)为(wei)热(re)(re)(re)容(rong)(也称(cheng)(cheng)比(bi)热(re)(re)(re)容(rong))。
2.4、温度传导性
温度传导(dao)(dao)(dao)性是表(biao)示物体(ti)加热时(shi)的温度传递速度,它(ta)决定耐火材料急冷急热时(shi)内部温度梯度的大小。温度传导(dao)(dao)(dao)性用导(dao)(dao)(dao)温系数(shu)(α)表(biao)示:
α=λ/cρ
式(shi)中(zhong):
λ——耐火材料的热导率,w/m.k;
c——耐火材料的(de)等(deng)压(ya)热容量(liang),kJ/kg.℃;
ρ——耐火材(cai)料(liao)的体(ti)积密(mi)度,kg/m3。
一(yi)般耐火材料的热容量差别不大,它们的温度(du)传导性(xing)主要(yao)取决(jue)于制品(pin)的导热性(xing)和体积密度(du)。
2.5、导电性
耐火材料(除炭质和石墨质制品外(wai))在常温下(xia)是(shi)电(dian)(dian)的不良导体。随温度升高,电(dian)(dian)阻减小(xiao)导电(dian)(dian)性(xing)增强。在1000℃以上时提高的特别显著,如加热至熔(rong)融状态(tai)时,则会(hui)呈现出很大(da)的导电(dian)(dian)能力。
3、耐火材料的力学性质
耐(nai)火(huo)材料的(de)力(li)学性(xing)质(zhi)是(shi)指材料在不(bu)同温度(du)下的(de)强(qiang)度(du)、弹性(xing)和(he)塑性(xing)性(xing)质(zhi)。通常用检验耐(nai)压、抗折、耐(nai)磨性(xing)和(he)高(gao)温荷(he)软(ruan)蠕变等指标来判断耐(nai)火(huo)材料的(de)力(li)学性(xing)质(zhi)。
3.1、常温力学性质
3.1.1、常温耐压强度
它是指(zhi)常温下(xia)耐火材(cai)料在单位(wei)面积(ji)上所承(cheng)受(shou)的最(zui)大(da)压(ya)力,如(ru)(ru)超过(guo)此值,材(cai)料被(bei)破(po)坏。如(ru)(ru)用A表(biao)示试样受(shou)压(ya)的总面积(ji),以P表(biao)示压(ya)碎(sui)试样所需的极限压(ya)力,则有:
常温(wen)耐(nai)压强度=P/A Pa
通常,耐火材料在使用过程中很少由于常温的静负荷而招(zhao)致破损。但常温耐压强(qiang)度主要是表明制(zhi)品的烧结(jie)情(qing)况(kuang),以(yi)及与其组织结(jie)构(gou)相关的性质,测定方法简便,因(yin)此是判断制(zhi)品质量的常用检验项目。
3.1.2、抗拉、抗折和扭转强度
耐火材料在使用时,除受压应(ying)力外,还受拉应(ying)力、弯曲(qu)应(ying)力和剪(jian)应(ying)力的(de)作用,影响耐火制品的(de)抗(kang)拉和抗(kang)折强度的(de)主要因素是其组织结构,细颗粒(li)结构有(you)利于这些指标的(de)提高。
3.1.3、耐磨性
耐(nai)火材料的耐(nai)磨性不(bu)仅取决于制品(pin)的密(mi)度、强度,而且也取决于制品(pin)的矿物组成、组织(zhi)机(ji)构和材料颗粒(li)结(jie)合的牢(lao)固(gu)性。常温(wen)耐(nai)压强度高(gao),气孔率低,组织(zhi)结(jie)构致密(mi)均(jun)匀,烧(shao)结(jie)良好的制品(pin)总(zong)是有(you)良好的耐(nai)磨性。
3.2、高温力学性质
3.2.1、高温耐压强度
高(gao)温(wen)耐(nai)压(ya)强度(du)(du)(du)是(shi)材(cai)料在高(gao)温(wen)下(xia)(xia)(xia)单位(wei)截面所能承受的(de)(de)极限(xian)压(ya)力。随着温(wen)度(du)(du)(du)升高(gao),大多(duo)数(shu)耐(nai)火制品(pin)的(de)(de)强度(du)(du)(du)增大,其(qi)中粘(zhan)土制品(pin)和(he)高(gao)铝制品(pin)特别显(xian)著,在1000-1200℃达(da)到(dao)最大值。这(zhei)是(shi)由于在高(gao)温(wen)下(xia)(xia)(xia)生(sheng)成(cheng)熔液的(de)(de)粘(zhan)度(du)(du)(du)比在低温(wen)下(xia)(xia)(xia)脆性玻(bo)璃相粘(zhan)度(du)(du)(du)更高(gao)些。但颗(ke)粒间的(de)(de)结(jie)合更为牢固。温(wen)度(du)(du)(du)继(ji)续升高(gao)时(shi),强度(du)(du)(du)急(ji)剧下(xia)(xia)(xia)降。耐(nai)火材(cai)料高(gao)温(wen)耐(nai)压(ya)强度(du)(du)(du)指标可反映(ying)出制品(pin)在高(gao)温(wen)下(xia)(xia)(xia)结(jie)合状态的(de)(de)变化。
3.2.2、高温抗折强度
高温(wen)(wen)抗(kang)折强度是指材料在高温(wen)(wen)下单位(wei)截面所能承受的(de)(de)极限弯(wan)曲应力。它表征材料在高温(wen)(wen)下抵(di)抗(kang)弯(wan)矩的(de)(de)能力。
高温(wen)抗(kang)折(zhe)强度又称高温(wen)弯(wan)曲强度或高温(wen)断裂(lie)模量。测定在高温(wen)下一定尺寸的(de)长方(fang)体试样在三点弯(wan)曲装置上(shang)受弯(wan)时所能(neng)承受的(de)最大荷重,抗(kang)折(zhe)强度可按(an)下式计(ji)算(suan):
R=3.W.l/2.b.d2
式中(zhong) R——抗折强度,Pa;
W——断裂(lie)时所(suo)施加的最大载荷,N;
l——两支点间的距离(li),cm;
b——试样的宽度,cm;
d——试样的(de)厚(hou)度,cm。
耐火材料的(de)(de)高(gao)(gao)温(wen)强(qiang)度(du)(du)(du)与(yu)其实际使用密切(qie)相关。特(te)别是对(dui)于评价碱性(xing)(xing)(xing)(xing)直(zhi)接(jie)结合砖(zhuan)的(de)(de)质量,高(gao)(gao)温(wen)抗(kang)(kang)(kang)折(zhe)强(qiang)度(du)(du)(du)是很重要的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。如碱性(xing)(xing)(xing)(xing)直(zhi)接(jie)结合砖(zhuan)的(de)(de)高(gao)(gao)温(wen)抗(kang)(kang)(kang)折(zhe)强(qiang)度(du)(du)(du)大(da),则抵抗(kang)(kang)(kang)因(yin)(yin)(yin)温(wen)度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)产生的(de)(de)剪(jian)应力(li)强(qiang),因(yin)(yin)(yin)而(er)制品在使用时不(bu)易(yi)产生剥落现象(xiang)。高(gao)(gao)温(wen)抗(kang)(kang)(kang)折(zhe)强(qiang)度(du)(du)(du)大(da)的(de)(de)制品亦会提高(gao)(gao)对(dui)其物料的(de)(de)撞击和磨(mo)损性(xing)(xing)(xing)(xing),增(zeng)强(qiang)抗(kang)(kang)(kang)渣性(xing)(xing)(xing)(xing),因(yin)(yin)(yin)此,高(gao)(gao)温(wen)抗(kang)(kang)(kang)折(zhe)强(qiang)度(du)(du)(du)作为(wei)表征制品强(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)指(zhi)标。
耐(nai)火(huo)材料的(de)高温抗折强度指标(biao),主要取决(jue)于制品的(de)化学矿物组(zu)成,组(zu)织(zhi)结(jie)构和生产工艺(yi)。
3.2.3、高温蠕变性
当材(cai)料(liao)在(zai)高温(wen)(wen)下承受小于其极(ji)限的(de)(de)某(mou)一恒定荷重时(shi),产生(sheng)塑性变(bian)(bian)形(xing)(xing),变(bian)(bian)形(xing)(xing)量会(hui)随时(shi)间(jian)的(de)(de)增长(zhang)而逐(zhu)渐增加,甚(shen)至(zhi)会(hui)使材(cai)料(liao)破坏(huai)(huai),这(zhei)种(zhong)现象(xiang)叫(jiao)蠕变(bian)(bian)。因此(ci),对于处于高温(wen)(wen)下的(de)(de)材(cai)料(liao),就不能孤(gu)立地(di)考(kao)虑其强度(du),而应将温(wen)(wen)度(du)和(he)时(shi)间(jian)的(de)(de)因素(su)与(yu)强度(du)同时(shi)考(kao)虑。例如,长(zhang)时(shi)间(jian)在(zai)高温(wen)(wen)下工作的(de)(de)热风(feng)炉格子(zi)砖的(de)(de)损(sun)坏(huai)(huai),是由于砖体(ti)逐(zhu)渐软化产生(sheng)可塑变(bian)(bian)形(xing)(xing),强度(du)显著下降甚(shen)至(zhi)破坏(huai)(huai),格子(zi)砖的(de)(de)这(zhei)种(zhong)蠕变(bian)(bian)现象(xiang)成为炉子(zi)损(sun)坏(huai)(huai)的(de)(de)主要原因。
一(yi)般认为影(ying)响高温(wen)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)的因(yin)素有(you):1)使(shi)用条件(jian),如(ru)温(wen)度和荷重(zhong)、时间(jian)(jian)、气(qi)氛(fen)性质等(deng);2)材质,如(ru)化(hua)学(xue)组成(cheng)和矿物 ;3)显(xian)微组织结构。材料(liao)高温(wen)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)曲线(xian)划分为三个阶段(duan)(duan),第一(yi)阶段(duan)(duan)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)为减(jian)速(su)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)(时间(jian)(jian)短暂);第二阶段(duan)(duan)为匀速(su)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)(蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)速(su)率最小);第三阶段(duan)(duan)为加(jia)(jia)速(su)蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)(蠕(ru)(ru)(ru)(ru)变(bian)速(su)率迅速(su)增加(jia)(jia))。
4、 耐火材料的高温使用性质
4.1、耐火度
耐(nai)火(huo)度(du)(du)在(zai)无荷(he)重时(shi)抵抗高温作用而不(bu)熔(rong)化的(de)(de)(de)性(xing)质称为耐(nai)火(huo)度(du)(du)。对耐(nai)火(huo)材料而言,耐(nai)火(huo)度(du)(du)所表示的(de)(de)(de)意(yi)义与熔(rong)点(dian)不(bu)同。熔(rong)点(dian)是(shi)(shi)纯物(wu)质的(de)(de)(de)结晶(jing)相(xiang)(xiang)与其(qi)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)处于平(ping)衡(heng)状态下的(de)(de)(de)温度(du)(du)。但一(yi)般(ban)耐(nai)火(huo)材料是(shi)(shi)由各种矿物(wu)组成的(de)(de)(de)多(duo)相(xiang)(xiang)固(gu)体(ti)混合物(wu),并非单相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)纯物(wu)质,故无一(yi)定的(de)(de)(de)熔(rong)点(dian),其(qi)熔(rong)融是(shi)(shi)在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)温度(du)(du)范围内进(jin)行的(de)(de)(de),即只有一(yi)个(ge)固(gu)定的(de)(de)(de)开始熔(rong)融温度(du)(du)和一(yi)个(ge)固(gu)定的(de)(de)(de)熔(rong)融终了温度(du)(du)。在(zai)这个(ge)温度(du)(du)范围内液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)和固(gu)相(xiang)(xiang)同时(shi)存在(zai)。
耐火度是个技术指标,其测定方法是由试验物料作成的截头三角锥,上底每边长2mm,下底每边长8mm,高30mm,(有一侧面与垂直方向夹角为80)截面成等(deng)边三角形。在一定升温速率下加(jia)热时(shi),由于(yu)其(qi)(qi)自重的(de)影响而(er)逐(zhu)渐变形弯倒,当(dang)其(qi)(qi)弯倒直(zhi)至顶点(dian)与底盘相接触的(de)温度,即为试样的(de)耐火度。
GB/T7322标(biao)准有(you)三个定义:耐火度(du)(耐火材(cai)料耐高(gao)温(wen)的特性)、标(biao)准测(ce)(ce)温(wen)锥(zhui)(zhui)(把具有(you)规定的形状、尺寸的一定组成的截头(tou)三角锥(zhui)(zhui)体,当(dang)其(qi)按(an)规定条件安装(zhuang)和加热时(shi)(shi),能(neng)按(an)已(yi)知方式在(zai)规定的温(wen)度(du)弯倒称为标(biao)准测(ce)(ce)温(wen)锥(zhui)(zhui))、参(can)照温(wen)度(du)(当(dang)安插在(zai)锥(zhui)(zhui)台(tai)上的标(biao)准测(ce)(ce)温(wen)锥(zhui)(zhui),在(zai)规定的条件下按(an)规定的加热速度(du)加热时(shi)(shi),其(qi)锥(zhui)(zhui)的尖端(duan)弯倒至锥(zhui)(zhui)台(tai)面(mian)时(shi)(shi)的温(wen)度(du))及耐火度(du)测(ce)(ce)定原理。参(can)照温(wen)度(du)(弯倒温(wen)度(du))
GB/T7322标准(zhun)有一个原理:将耐(nai)火原料或制品(pin)的(de)(de)试锥与(yu)已知耐(nai)火度的(de)(de)标准(zhun)测(ce)温锥一起(qi)载在(zai)锥台(tai)上(shang),在(zai)规定(ding)的(de)(de)条件(jian)下加(jia)热并比较(jiao)试锥与(yu)标准(zhun)测(ce)温锥的(de)(de)弯倒情况来表示试锥的(de)(de)耐(nai)火度。
4.2、高温荷重变形温度
YB/T370标准(zhun)有(you)四个定义:荷(he)(he)重软化温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(耐火制品在规(gui)定升(sheng)温(wen)(wen)(wen)条件下,承受恒定压负(fu)荷(he)(he)产(chan)生变(bian)(bian)形(xing)的(de)(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du))、最大膨(peng)胀(zhang)值温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)T0(试样(yang)膨(peng)胀(zhang)到最大值时的(de)(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du))、x%变(bian)(bian)形(xing)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)Tx(试样(yang)从(cong)膨(peng)胀(zhang)最大值压缩了原(yuan)始高度(du)(du)的(de)(de)某(mou)一(yi)百(bai)分数(x)时的(de)(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du))、溃(kui)(kui)裂(lie)(lie)或破(po)裂(lie)(lie)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du)Tb(试验在T0后,试样(yang)突(tu)然溃(kui)(kui)裂(lie)(lie)或破(po)裂(lie)(lie)时的(de)(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)(du));一(yi)个原(yuan)理(在恒定的(de)(de)荷(he)(he)重和升(sheng)温(wen)(wen)(wen)速率下,圆柱体试样(yang)受荷(he)(he)重和高温(wen)(wen)(wen)的(de)(de)共(gong)同(tong)作(zuo)用(yong)产(chan)生变(bian)(bian)形(xing),测定其规(gui)定变(bian)(bian)形(xing)程度(du)(du)的(de)(de)相应温(wen)(wen)(wen)度(du)(du))。
耐(nai)火材料(liao)(liao)在高(gao)温(wen)下的(de)(de)(de)荷重(zhong)(zhong)变(bian)(bian)形(xing)指标表示(shi)它对高(gao)温(wen)和荷重(zhong)(zhong)同时作用的(de)(de)(de)抵抗能(neng)力(li),也表示(shi)耐(nai)火材料(liao)(liao)呈现明显塑(su)性变(bian)(bian)形(xing)的(de)(de)(de)软化(hua)范围。耐(nai)火材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)高(gao)温(wen)荷重(zhong)(zhong)变(bian)(bian)形(xing)温(wen)度的(de)(de)(de)测(ce)定方法是固(gu)定试样承受的(de)(de)(de)压力(li),不(bu)断(duan)升(sheng)高(gao)温(wen)度,测(ce)定试样在发生(sheng)一定变(bian)(bian)形(xing)量和坍(tan)塌时的(de)(de)(de)温(wen)度称为高(gao)温(wen)荷重(zhong)(zhong)变(bian)(bian)形(xing)温(wen)度。
耐火材料荷(he)重(zhong)变形曲线不(bu)同的原(yuan)因(yin)主要取决于(yu)制品(pin)中化学矿(kuang)物组(zu)成,即(ji)取决于(yu):
(1)存在的(de)结(jie)(jie)晶相、晶体构(gou)(gou)造和性(xing)状,即晶体是否(fou)形(xing)(xing)成网(wang)络骨(gu)架(jia)或以孤(gu)岛状分(fen)散(san)于液(ye)相中,前者(zhe)变(bian)形(xing)(xing)温度(du)高,后者(zhe)的(de)变(bian)形(xing)(xing)温度(du)主要由液(ye)相的(de)含量(liang)及粘度(du)所决(jue)定(ding),可见显(xian)微组织结(jie)(jie)构(gou)(gou)对制品(pin)的(de)荷重变(bian)形(xing)(xing)温度(du)有显(xian)著的(de)影响。
(2)晶相(xiang)和液相(xiang)的数(shu)量及液相(xiang)在一定温度下的粘度。
(3)晶相(xiang)与液相(xiang)的相(xiang)互(hu)作用(yong),两者(zhe)的相(xiang)互(hu)作用(yong)会改变液相(xiang)的数量和性质。此外,制(zhi)品的致密程(cheng)度(du)对高温荷重变形温亦有一定的影响(xiang)。
4.3、高温体积稳定性
耐(nai)火材料在高温下长期使用时,其外形体积(ji)保持稳定不发(fa)生变化(收缩或膨(peng)胀(zhang))的(de)(de)性能称为(wei)高温体积(ji)温度性。它是评(ping)定制品质量的(de)(de)一项重要(yao)指(zhi)标。
耐(nai)火材(cai)料(liao)在(zai)烧(shao)(shao)(shao)成(cheng)过程中(zhong),其间(jian)的(de)物理化(hua)学变化(hua)一般都未达到烧(shao)(shao)(shao)成(cheng)温(wen)度下的(de)平(ping)衡状(zhuang)态,当制(zhi)品(pin)在(zai)长期使用(yong)(yong)中(zhong),受(shou)高(gao)温(wen)作用(yong)(yong)时,一些(xie)物理化(hua)学变化(hua)仍然会继(ji)续进(jin)行(xing)。另(ling)一方面,制(zhi)品(pin)在(zai)实际烧(shao)(shao)(shao)成(cheng)过程中(zhong),由于种(zhong)种(zhong)原因,会有(you)烧(shao)(shao)(shao)成(cheng)不充分(fen)的(de)制(zhi)品(pin),此种(zhong)制(zhi)品(pin)在(zai)窑炉上使用(yong)(yong)再受(shou)高(gao)温(wen)作用(yong)(yong)时,由于一些(xie)烧(shao)(shao)(shao)成(cheng)变化(hua)继(ji)续进(jin)行(xing),结果使制(zhi)品(pin)的(de)体积发(fa)生变化(hua)——收缩或(huo)膨(peng)胀,这(zhei)种(zhong)不可逆的(de)体积变化(hua)称为残(can)余收缩或(huo)膨(peng)胀,也称重烧(shao)(shao)(shao)收缩或(huo)膨(peng)胀。重烧(shao)(shao)(shao)体积变化(hua)的(de)大小,表(biao)明制(zhi)品(pin)的(de)高(gao)温(wen)体积稳定性。
重烧时的体积(ji)变(bian)化可用体积(ji)百分(fen)率或线变(bian)化百分(fen)率表示:
LC=(L1-L0)Χ100/L0
Vc=(V1-V0)Χ100/V0
式中 LC——试样重烧线变化率,%;
Vc——试样重(zhong)烧体积变(bian)化率(lv),%;
L0、L1——依次表示重烧(shao)前后试样的(de)长度,mm;
V 0、V 1——依次表示重烧前后试样的体积,cm3;
按上两式计算的结果为正值表明膨胀,为负值表明收缩。当重烧体积变化很小时,可以认为Vc =3LC。
4.4、热震稳定性
耐火(huo)材(cai)(cai)(cai)料(liao)抵抗(kang)温度的(de)急剧变化而(er)不破坏的(de)性(xing)(xing)能称(cheng)为热(re)震稳定性(xing)(xing)。众所(suo)周知,材(cai)(cai)(cai)料(liao)随温度的(de)升降,产(chan)生(sheng)膨(peng)(peng)胀或收(shou)缩(suo)(suo),如果此膨(peng)(peng)胀或收(shou)缩(suo)(suo)受到(dao)约束不能自由发展时,材(cai)(cai)(cai)料(liao)内部会产(chan)生(sheng)应力(li)(li)。此种因材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)热(re)膨(peng)(peng)胀或收(shou)缩(suo)(suo)而(er)引起的(de)内应力(li)(li)称(cheng)为热(re)应力(li)(li)。热(re)应力(li)(li)不仅在具有(you)机械约束的(de)条件下产(chan)生(sheng),而(er)且(qie)均质材(cai)(cai)(cai)料(liao)中出现温度梯度,非均质固(gu)体中各(ge)相(xiang)之间的(de)热(re)膨(peng)(peng)胀系数的(de)差别,甚至(zhi)单相(xiang)多晶体中的(de)热(re)膨(peng)(peng)胀系数的(de)各(ge)向异(yi)性(xing)(xing),都是产(chan)生(sheng)热(re)应力(li)(li)的(de)根源。
耐火(huo)材(cai)料的热震损(sun)伤可分(fen)为两大类:一(yi)(yi)类是瞬时断裂(lie),称为热冲击断裂(lie);另一(yi)(yi)类是在(zai)热冲击循环作用下,先(xian)出(chu)现开裂(lie),剥落,然后(hou)碎裂(lie)和变质,终至整(zheng)体损(sun)伤,称为热震损(sun)伤。
结(jie)语:展望 随着(zhe)科(ke)学技术的进步和高温工(gong)业的发展,人们(men)对耐火(huo)(huo)材料(liao)力(li)学性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的认识将越来(lai)(lai)越深,要求越来(lai)(lai)越高,不断有(you)新的力(li)学性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)项目(mu)来(lai)(lai)表达(da)耐火(huo)(huo)材料(liao)的质(zhi)量和耐用性(xing)(xing)(xing)(xing)。因(yin)此,要求测(ce)(ce)(ce)定(ding)耐火(huo)(huo)材料(liao)的力(li)学性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)项目(mu)会(hui)(hui)越来(lai)(lai)越多。例如(ru),耐火(huo)(huo)纤维材料(liao)将要求测(ce)(ce)(ce)定(ding)纤维强度和制(zhi)定(ding)测(ce)(ce)(ce)试(shi)方法(fa);面临着(zhe)愈加(jia)严酷的使用条件,耐火(huo)(huo)材料(liao)的抗冲刷性(xing)(xing)(xing)(xing)、耐磨性(xing)(xing)(xing)(xing)等会(hui)(hui)成为某些(xie)耐火(huo)(huo)材料(liao)的重(zhong)要性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),因(yin)而将要求逐渐创立科(ke)学的表达(da)方法(fa)和测(ce)(ce)(ce)试(shi)标准(zhun)。
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本文“氧化锆耐火材料以及其它耐火材料检验的有关知”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2022-12-20 08:59:15
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