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耐火材料的常见力学性能及测定方法

2020-05-27 14:24:20

耐火材料的力学性能


耐火材料的力学性能是指耐火材料在外力作用下,抵抗变形和破坏的能力。耐火材料在使用和运输过程中会受到各种外界作用力,如压缩力、拉伸力、弯曲力、剪切力、摩擦力或撞击力的作用而变形甚至损坏,因此检验不同条件下耐火材料的力学性能,对于了解它抵抗破坏的能力,探讨它的破坏机理,寻求提高制品质量的途径,具有重要的意义。


包头耐火材料为我们介绍耐火材料的常见力学性能及测定方法有哪些:


轻质保温砖


耐火材料的力学性能指标有耐压强度、抗折强度、黏结强度、弹性模量、扭转强度、耐磨性等。


耐压强度


耐压强度是耐火材料在一定温度下单位面积所能承受而不被破坏的极限载荷。耐火材料的耐压强度分为常温耐压强度和高温耐压强度。


致密定形耐火材料制品的常温耐压强度应按照国家标准GB/T 5072—2008耐火材料常温耐压强度试验方法进行测定。耐火浇注料高温耐压强度应按照黑色冶金标准YB/T 2208—1998耐火浇注料高温耐压强度试验方法进行测定。


常温耐压强度能够表明材料的烧结情况,以及与其组织结构相关的性质,另外,通过常温耐压强度可间接评判其他性能,如耐磨性、耐冲击性等。


耐火材料的常见力学性能及测定方法


镁钙质耐火材料


抗折强度


抗折强度是指具有一定尺寸的耐火材料条形试样,在三点弯曲装置上所能承受的最大弯曲应力,又称抗弯强度。耐火材料的抗折强度分为常温抗折强度与高温热态)抗折强度。


耐火材料常温抗折强度应按照国家标准GB/T 3001—2007耐火材料常温抗折强度试验方法进行测定;耐火材料高温抗折强度应按照国家标准GB/T 3002—2004耐火材料高温抗折强度试验方法进行测定。


材料的化学组成、矿物组成、组织结构、生产工艺等对材料的抗折强度尤其是高温抗折强度有决定性的影响。通过选用高纯原料、控制砖料合理的颗粒级配、加大成型压力、使用优质结合剂及提高制品的烧结程度,可提高材料的抗折强度。


黏结强度


黏结强度是指两种材料粘接在一起时,单位界面之间的黏结力。


耐火泥浆黏结强度应按照国家标准GB/T 22459.4—2008耐火泥浆第4部分:常温抗折黏结强度试验方法进行测定。


耐火材料的黏结强度主要是表征不定形耐火材料在各种温度及特定条件,主要是使用条件下的强度指标。


耐磨性


耐磨性是耐火材料抵抗坚硬物料或气体(含有固体物料)摩擦、磨损(研磨、摩擦、撞击等)的能力,可用来预测耐火材料在磨损及冲刷环境中的适应性。通常用经过一定研磨条件和研磨时间研磨后材料的体积损失或质量损失来表示。


耐火材料的常温耐磨性可按照国家标准GB/T 18301—2001(等效采用ASTM C704—1994)的试验方法进行测定。


耐火材料的耐磨性取决于其矿物组成、组织结构和材料颗粒结合的牢固性及本身的密度、强度。常温耐压强度高、气孔率低、组织结构致密均匀、烧结良好的材料总是有良好的常温耐磨性。


荷重软化温度


耐火材料的荷重软化温度是指材料在承受恒定压负荷并以一定升温速率加热条件下产生变形的温度。它表示了耐火材料同时抵抗高温和荷重两方面作用的能力,在一定程度上表明制品在其使用条件相仿情况下的结构强度。


荷重软化温度的测定可以按照国家标准GB/T 5989—2008耐火材料荷重软化温度试验方法(示差-升温法)或黑色冶金标准YB/T 370—1995耐火制品荷重软化温度试验方法(非示差-升温法)进行测定。


影响耐火材料荷重软化温度的工艺因素是原料的纯度、配料的组成及制品的烧结温度。因此,通过提高原料的纯度以减少低熔物或熔剂的含量,配料时添加某种成分以优化制品的结合相,调整颗粒级配及增加成型压力以提高砖坯密度,适当提高烧成温度及延长保温时间以提高材料的烧结程度及促进各晶相晶体长大和良好结合,可以显著提高制品的荷重软化温度。



耐火材料


耐火材料的常见力学性能及测定方法


磷酸盐砖


抗热震性


抗热震性是指耐火材料抵抗温度急剧变化而导致损伤的能力。曾称热震稳定性、抗热冲击性、抗温度急变性、耐急冷急热性等。


抗热震性的测定根据不同的要求与产品类型应分别按照相应的测试方法进行测定,主要测试方法有:黑色冶金标准YB/T 376.1—1995耐火制品抗热震性试验方法(水急冷法)、黑色冶金标准YB/T 376.2—1995耐火制品抗热震性试验方法(空气急冷法)、黑色冶金标准YB/T 376.3—2004耐火制品抗热震性试验方法第3部分:水急冷-裂纹判定法、黑色冶金标准YB/T 2206.1—1998耐火浇注料抗热震性试验方法(压缩空气流急冷法)、黑色冶金标准YB/T 2206.2—1998耐火浇注料抗热震性试验方法(水急冷法)。


材料的力学性能和热学性能,如强度、断裂能、弹性模量、线膨胀系数、热导率等是影响其抗热震性的主要因素。一般来说,耐火材料的线膨胀系数小,抗热震性就越好;材料的热导率(或热扩散系数)高,抗热震性就越好。此外,耐火材料的颗粒组成、致密度、气孔是否微细化、气孔的分布、制品形状等均对其抗热震性有影响。材料内存在一定数量的微裂纹和气孔,有利于其抗热震性;制品的尺寸大、并且结构复杂,会导致其内部严重的温度分布不均和应力集中,降低抗热震性。


高温体积稳定性


高温体积稳定性是耐火材料在使用过程中,由于受热负荷的作用,其外形体积或线性尺寸保持稳定不发生变化(收缩或膨胀)的性能。对于烧成耐火制品,通常用制品在无重负荷作用下的加热体积变化率或加热永久线变化率来表示;而对于不烧耐火材料(主要是不定形耐火材料),通常用加热线变化率来表示。


加热永久线变化率是指烧成的耐火制品再次加热到规定的温度,保温一定时间,冷却到室温后所产生的残余膨胀和收缩。加热永久线变化率是评定耐火制品质量的一项重要指标。对判别制品的高温体积稳定性,从而保证砌筑体的稳定性,减少砌筑体的缝隙,提高其密封性和抗侵蚀性,避免砌筑体整体结构的破坏,都具有非常重要的意义。


致密定形耐火制品加热永久线变化率应按照国家标准GB/T 5988—2007致密定形耐火制品加热永久线变化率试验方法进行测定。


不定形耐火材料的加热线变化率包括烘干线变化率和烧后线变化率。烘干线变化率是指试样在(110±5)°C下干燥一定时间后,长度不可逆变化的量与烘干前试样长度之比(%),烧后线变化率是指试样在规定温度下加热并保温一定时间后,长度不可逆变化的量,用试样长度变化来表示(%)。不定形耐火材料的加热线变化率是很重要的一个性能指标。若线变化率过大,对砌筑衬体的破坏性很大,易产生结构剥落或降低衬体的密实性,从而降低抗侵蚀性等其他性能,降低衬体的使用寿命。


不定形耐火材料的加热线变化率应按照黑色冶金标准YB/T 5203—1993致密耐火浇注料线变化率试验方法进行测定。


高温蠕变性


高温蠕变性是指制品在高温下受应力作用随着时间变化而发生的等温形变。因施加外力的不同,高温蠕变性可分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温扭转蠕变等。其中常用的是高温压缩蠕变。


耐火制品压蠕变应按国家标准GB/T 5073—2005耐火材料压蠕变试验方法进行测定。


耐火材料的高温蠕变性除与其化学矿物组成、显微结构有关外,还与使用过程中的外界因素有关,如使用温度、压力、气氛、使用过程中烟尘、熔融金属、熔渣等对耐火材料的侵蚀等。


为了改善耐火材料的蠕变性,重要的是改善其化学矿物组成及纤维结构。可采取提高原料的纯度,制定合理颗粒级配,加大成型压力,适当提高烧成温度、延长保温时间等措施。




抗侵蚀性


抗侵蚀性是指耐火材料在高温下抵抗各种侵蚀介质侵蚀和冲蚀作用的能力。由于侵蚀介质的多样性和复杂性,因此研究耐火材料抗侵蚀性的试验方法也各不相同,常用的主要用抗渣性、抗酸性、抗碱、抗玻璃液侵蚀、抗CO侵蚀性等试验方法。


抗侵蚀性是衡量耐火材料抗化学侵蚀和机械磨损的一项非常重要的指标,对于制定正确的生产工艺,合理选用耐火材料具有重要的意义。


广西耐火保温材料说影响耐火材料抗侵蚀性的因素有内在的和外在的。内在因素主要包括:耐火材料的化学、矿物组成,耐火材料的组织结构与其他性能等;外在的有:侵蚀介质的性质、使用条件(温度、压力等)以及侵蚀介质与耐火材料在使用条件下的相互作用。


抗渣性


耐火材料在高温下抵抗熔渣渗透、侵蚀和冲刷的能力。


测定耐火材料的抗渣性方法分为静态法和动态法两类。静态法包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。动态法包括回转渣蚀法、转动浸渍法(旋转圆柱体法)、撒渣法、高温滴渣法、喷渣法和感应炉法。耐火材料的抗渣性应按照国家标准GB/T 8931—2007耐火材料抗揸性试验方法进行测定。


抗酸性


抗酸性是耐火材料抵抗酸介质的能力。测定耐火制品抗酸性的方法一般选用硫酸作为侵蚀剂。


耐火材料的抗酸性应按照国家标准GB/T 17601—2008耐火材料耐硫酸侵蚀试验方法进行测定。


抗碱性


抗碱性是耐火材料在高温下抵抗碱侵蚀的能力。测定耐火材料抗碱性方法,通常以无水K2CO3为侵蚀介质,有混合侵蚀法和直接接触熔融侵蚀法两种。


耐火材料的抗碱性应按照国家标准GB/T 14983—2008耐火材料抗碱性试验方法进行测定。


抗玻璃熔液侵蚀


抗玻璃熔液侵蚀是玻璃窑用耐火材料抵抗玻璃熔液侵蚀、冲刷的能力。


耐火材料抗玻璃熔液侵蚀应按照国家标准GB/T 10204—1988玻璃熔窑用耐火材料静态下抗玻璃液侵蚀试验方法进行测定。


抗CO侵蚀性


抗CO侵蚀性是指耐火材料在CO气氛中抵抗开裂或崩解的能力。


抗氧化性


抗氧化性是指含碳及其他非氧化物耐火材料(主要是含碳化物、硼化物、氮化物、SiAlON、AlON等的材料)在高温氧化气氛下抵抗氧化的能力。


含碳耐火材料的抗氧化性应按照国家标准GB/T 17732—2008致密定形含碳耐火制品试验方法进行测定。


抗水化性


抗水化性是碱性耐火材料在大气中抵抗水化的能力。碱性耐火材料中的CaO、MgO,特别是CaO,在大气中极易吸潮水化,生成氢氧化钙,使制品疏松破坏。


耐真空性


耐火材料的耐真空性是指其在真空和高温下使用时的耐久性。


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