第二章耐火材料相組成和物理性質(zhì)

1、第二章 耐火材料相組成和物理性質(zhì)耐火材料在使用過(guò)程中，受到高溫下發(fā)生的物理、化學(xué)等作用，耐火材料產(chǎn)生軟化、或被熔蝕磨蝕、或產(chǎn)生崩裂損壞等現(xiàn)象，使操作中斷。因此，要求耐火材料必須具有能適應(yīng)各種操作條件的性質(zhì)。耐火材料的一般性質(zhì)，包括化學(xué)組成、物相組成、常溫物理性質(zhì)和高溫物理性質(zhì)等。常溫物理性質(zhì)是在常溫下測(cè)定的性質(zhì)，如氣孔率、體積密度、耐壓強(qiáng)度等。高溫物理性質(zhì)是在高溫下測(cè)定的性質(zhì)，如耐火度、荷重軟化溫度、熱震穩(wěn)定性、抗渣性、加熱線變化等，這些性質(zhì)反映在一定溫度下耐火材料的狀態(tài)，或反映在該溫度下耐火材料與外界作用的關(guān)系。耐火材料的質(zhì)量取決于其性質(zhì)，它是評(píng)價(jià)耐火材料質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，也是耐火材料的生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)

2、量控制、耐火材料研究開(kāi)發(fā)、耐火材料使用的重要依據(jù)。耐火材料的化學(xué)組成、常溫物理性質(zhì)和高溫物理性質(zhì)的檢測(cè)方法主要依據(jù)相關(guān)的國(guó)家檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（GB）和冶金行業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（YB），有時(shí)也會(huì)參照相關(guān)的國(guó)際檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。化學(xué)組成和物理性質(zhì)的檢測(cè)方法因耐火材料種類(lèi)的差異而不同。表2-1列出不同耐火材料種類(lèi)的物理性質(zhì)檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)。表2-1 耐火材料試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)指 標(biāo)致密定形耐火制品定形隔熱耐火制品不定形耐火材料纖維材料制 樣GB/T7321GB/T7321YB/T5202.1澆注料YB/T5116可塑料GB/T3008纖維氈GB/T17911.1纖維制品體積密度、顯氣孔率GB/T2997YB/T908炭素材料

3、GB/T2998YB/T5200澆注料GB/T17911.3纖維制品常溫耐壓強(qiáng)度GB/T5072GB/T5072.1（無(wú)襯墊仲裁試驗(yàn)）GB/T3997.2YB/T5201澆注料YB/T5118可塑料GB/T17911.5纖維制品抗拉強(qiáng)度高溫耐壓強(qiáng)度YB/T2208澆注料常溫抗折強(qiáng)度GB/T3001YB/T5201澆注料YB/T5123泥漿高溫抗折強(qiáng)度GB/T3002GB/T3002 YB/T5163泥漿荷重軟化溫度GB/T5989（示差升溫法）YB/T370（非示差升溫法）YB/T2203澆注料壓蠕變GB/T5073GB/T5073GB/T 5073加熱線變化GB/T5988GB/T3997.

4、1YB/T5203澆注料YB/T5117可塑料YB/T5165泥漿GB/T17911.4熱膨脹性GB/T7320.1（頂桿法）YB/T5205澆注料YB/T4023泥漿導(dǎo)熱率GB/T17106(平行熱線法)YB/T4130（平板法0.032.00W/(m·K)）YB/T5291高爐炭塊(激光法)GB/T5990（十字熱線法）YB/T4130（平板法0.032.00W/(m·K)）YB/T4130（平板法0.032.00W/(m·K)）GB/T17911.8透氣度GB/T3000GB/T9973（炭素材料）YB/T4115功能材料通氣量孔徑分布YB/T118耐磨性G

5、B/T18301GB/T18301耐火度GB/T7322YB/T5199澆注料抗熱震性YB/T376.1（水急冷法）YB/T376.2（空氣急冷法）YB/T376.3（裂紋判定法）YB/T4018（強(qiáng)度保持率）JB/T3648.1YB/T2206.1澆注料（壓縮空氣流急冷法）YB/T2206.2澆注料（水急冷法）抗渣性GB/T8931YB/117抗堿性GB/T14983JC/T808澆注料抗硫酸GB/T17601抗氧化GB/T13244（含碳材料）纖維制品回彈性GB/T17911.7注： GB為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；YB為黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；JC為建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；JB為機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。第一節(jié) 化學(xué)組成和相組成一

6、、耐火材料化學(xué)組成耐火材料由多種氧化物和（或）非氧化物所組成。一般用化學(xué)分析方法進(jìn)行測(cè)定，常用耐火材料測(cè)定的氧化物有Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、Na2O、K2O、Cr2O3等。化學(xué)組成是耐火材料的基本特性。不同種類(lèi)的耐火材料具有不同的化學(xué)成分，而每一種耐火材料的化學(xué)組成中分為主成分、次成分和雜質(zhì)成分。主成分是耐火材料中占多數(shù)的基本成分，是該種耐火材料的特性基礎(chǔ)。它的性質(zhì)和數(shù)量直接決定該耐火材料的性質(zhì)。次成分是占耐火材料少量的成分，對(duì)該耐火材料的性質(zhì)有一定影響，但不改變?cè)撃突鸩牧系幕拘再|(zhì)。如鎂鋁磚中MgO為主成分，占約90%；Al2O3為次成分，通常占該制品的不

7、足10%，以尖晶石相存在于制品中，改善該制品的抗堿性渣滲透性和熱震穩(wěn)定性，堿性是該制品的基本性能。次成分也可是在耐火材料生產(chǎn)過(guò)程中添加的燒結(jié)劑、礦化劑、穩(wěn)定劑等。雜質(zhì)成分是耐火材料含有的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)通常與耐火材料的其他成分一起形成低熔點(diǎn)物相，降低該耐火材料的高溫性能。因此耐火材料的高溫性能與其雜質(zhì)含量密切相關(guān)。雜質(zhì)主要是通過(guò)原料帶入的，因此控制耐火材料雜質(zhì)主要通過(guò)控制原料中的雜質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常天然原料含有較高的雜質(zhì)。例如，鎂磚的主要成分是MgO，其主要的雜質(zhì)成分為Fe2O3、SiO2、CaO、Na2O、K2O等。硅磚的主要成分是氧化硅，主要雜質(zhì)成分是Al2O3、Na2O、K2O等。根據(jù)耐火材

8、料所含化學(xué)成分的種類(lèi)和數(shù)量，可以初步判斷原料的純度和制品的性能。耐火材料各種化學(xué)成分的檢驗(yàn)方法由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和冶金工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定。二、耐火材料物相組成耐火材料原料和制品中所含物相的種類(lèi)、數(shù)量，統(tǒng)稱(chēng)為物相組成。對(duì)具有相同化學(xué)組成的耐火材料，而其中存在的晶體和玻璃相等物相種類(lèi)、性質(zhì)、數(shù)量、形狀和大小、分布和結(jié)合狀態(tài)等不同，則這些耐火材料性質(zhì)可能差別很大。耐火材料的性質(zhì)指標(biāo)主要決定于物相組成。例如，氧化硅含量相同的硅磚，其物理性質(zhì)可能有很大差異，原因在于氧化硅在不同的工藝條件下可能形成鱗石英或方石英，這兩種物相雖然有相同的化學(xué)成分，但其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)完全不同，因而使硅磚的性質(zhì)也不同。物相組成與化學(xué)組成又

9、存在著內(nèi)在聯(lián)系，在一般情況下，制品的主要的化學(xué)成分量越多，則形成的主要物相也越多。因?yàn)槟突鸩牧系奈锵嘟M成，取決于其化學(xué)組成和制備的工藝條件。固體物相是指由相對(duì)固定的化學(xué)組分構(gòu)成的有確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一定物理性質(zhì)的單質(zhì)或化合物。耐火材料是物相的組成體。這些物相多為固態(tài)晶體，且多為由氧化物或其復(fù)合鹽類(lèi)構(gòu)成。其中，除部分礦物是高熔點(diǎn)單一氧化物或其他化合物呈穩(wěn)定結(jié)晶體構(gòu)成的以外，還有由復(fù)合氧化物構(gòu)成的高熔點(diǎn)物相。其中最主要有由鋁酸鹽、鉻酸鹽、硅酸鹽、鈦酸鹽、磷酸鹽和鋯酸鹽構(gòu)成的物相。根據(jù)耐火材料中構(gòu)成相的性質(zhì)、所占比重和對(duì)材料技術(shù)性質(zhì)的影響，分為主晶相、次晶相和結(jié)合相。（1）主晶相。主晶相是指構(gòu)成材料結(jié)

10、構(gòu)的主體，熔點(diǎn)較高，對(duì)材料的性質(zhì)起支配作用的一種晶相。耐火材料主晶相的性質(zhì)、數(shù)量、其分布和結(jié)合狀態(tài)直接決定制品的性質(zhì)。許多耐火制品，如莫來(lái)石磚、剛玉磚、方鎂石磚、尖晶石磚、碳化硅耐火制品，等等，皆以其主晶相命名。（2）次晶相。次晶相又稱(chēng)第二晶相或第二固相，是指耐火材料中在高溫下與主晶相和液相并存的，一般其數(shù)量較少和對(duì)材料高溫性能的影響較主晶相為小的第二種晶相。如以方鎂石為主晶相的鎂鉻磚、鎂鋁磚、鎂硅磚和鎂鈣磚等分別含有的鉻尖晶石、鎂鋁尖晶石、鎂橄欖石和硅酸二鈣等皆為次晶相。耐火材料中次晶相的存在對(duì)耐火材料的結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)高熔點(diǎn)晶相間的直接結(jié)合，從而對(duì)其抵抗高溫作用也往往有所裨益。與普通鎂磚相比

11、，上述耐火制品中這些次晶相的存在，使制品的荷重軟化溫度都有所提高。許多依礦物組成命名的耐火材料，如莫來(lái)石剛玉磚、剛玉莫來(lái)石磚，就是以其主晶相和次晶相復(fù)合命名的。前者為主晶相，后者為次晶相。（3）結(jié)合相。結(jié)合相是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相。結(jié)合相既可由細(xì)微結(jié)晶體構(gòu)成，也可由玻璃相構(gòu)成，或由兩者的復(fù)合物構(gòu)成。如鎂磚、鎂鉻磚、鎂鋁磚等堿性耐火材料中的結(jié)合相是由結(jié)晶體構(gòu)成；硅磚、粘土磚中的基質(zhì)多是由玻璃相構(gòu)成。當(dāng)基質(zhì)在高溫下形成液相的溫度低、液相的粘度低和數(shù)量較多時(shí)，耐火制品的生產(chǎn)和其性質(zhì)，實(shí)質(zhì)上受基質(zhì)所控制。耐火材料在常溫下除極少數(shù)外，都是由單相或多相多晶體，或多晶體同玻璃相共同構(gòu)成的集合體。

12、耐火材料中還含有氣孔。三、物相分析方法物相分析是用化學(xué)或物理方法測(cè)定材料物相組成及其存在狀態(tài)的分析方法。物相分析方法有X射線衍射、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等。這些方法各有特點(diǎn)，相互不可替代。若分析材料的物相種類(lèi)和數(shù)量比，采用X射線衍射方法和光學(xué)顯微鏡；若分析物相的分布狀態(tài)和大小，采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡；若分析物相的化學(xué)組成分布狀態(tài)，采用電子探針X射線顯微分析。（一）X射線衍射分析X射線是一種波長(zhǎng)很短(0.0062nm)的電磁波。當(dāng)金屬“靶”被電子束轟擊時(shí)就產(chǎn)生X射線，當(dāng)X射線與被測(cè)材料作用時(shí)就產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。根據(jù)X射線原理，人們通?？衫肵射線進(jìn)行晶體缺陷研究、物相鑒別、定性定量物相分析等方面的工

13、作。X射線衍射分析的試樣通常有粉末樣或塊狀樣兩種。多晶分析常用粉末樣品，粉末樣品首先要在瑪瑙研缽中研磨，放入專(zhuān)用的試樣夾中待用。各種晶態(tài)物質(zhì)都具有獨(dú)自的晶體結(jié)構(gòu)和特定的衍射圖。復(fù)相晶體的衍射圖是各相衍射圖的疊合?，F(xiàn)在已經(jīng)測(cè)出了上萬(wàn)種晶體物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)，并編成卡片，稱(chēng)為ASTM卡片。在物相鑒定時(shí)，首先測(cè)得多晶體的衍射圖，測(cè)出各衍射線條的衍射角和衍射強(qiáng)度，再根據(jù)布拉格方程(2dsin=)從未知相的衍射數(shù)據(jù)中算出各反射面的間距d，并確定它們的相對(duì)衍射強(qiáng)度，把這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與書(shū)籍的ASTM卡片數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(查卡片)，如果二者的d值和相對(duì)強(qiáng)度均一致，即可確定待鑒定物相為該已知物相。權(quán)衡各相衍射線條的相對(duì)強(qiáng)

14、度，則可求出它們的相對(duì)含量。（二）顯微鏡分析1. 光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡是通過(guò)研究礦物相的光學(xué)性質(zhì)來(lái)鑒定礦物相。礦物可分為透明礦物和不透明礦物兩大類(lèi)。對(duì)于透明礦物的光學(xué)鑒定，把試樣制成0.03mm厚度的薄片，利用偏光顯微鏡，在單偏光鏡下、正交偏光鏡下或聚斂偏光鏡下觀察研究礦物的形態(tài)、解理、顏色等光學(xué)性質(zhì)。對(duì)于不透明或半透明的礦物，可將試樣磨制成光片，利用反光顯微鏡顯示反射率差較明顯的相間結(jié)構(gòu)、固溶體脫溶和濃度梯度互擴(kuò)散現(xiàn)象。2. 電子顯微鏡電子顯微鏡是以波長(zhǎng)極短的電子束作照明光源，用電磁透鏡聚焦成像的高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器，常用的設(shè)備又分為透射電鏡和掃描電鏡兩種。透射電鏡是采用透過(guò)試

15、樣(薄膜)的透射電子束或衍射電子束所形成的圖像來(lái)分析試樣內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)的一種設(shè)備。掃描電鏡是采用電子束與試樣(塊狀)表面作用而產(chǎn)生的二次電子或背反射電子所形成的圖像來(lái)分析試樣表面形貌的一種設(shè)備。這兩種設(shè)備通常還能做試樣的成分分析。兩種電鏡對(duì)試樣形貌的分析實(shí)例見(jiàn)圖2-1、2-2。掃描電鏡用的試樣常用粉末樣和塊狀兩種。粉末樣不論顆粒大小，將其粘在小于1cm2的金屬片上經(jīng)真空噴碳(或其他金屬)后即可觀察。塊狀試樣的尺寸應(yīng)滿(mǎn)足儀器要求，經(jīng)噴碳(或其他金屬)后，可直接觀察。掃描電鏡主要采用二次電子成像，二次電子對(duì)試樣表面特征最靈敏，試樣的棱邊、尖峰處產(chǎn)生的二次電子較多，則圖像較亮，而平臺(tái)、凹坑處產(chǎn)生

16、的二次電子較少，相應(yīng)的圖像較暗，掃描電鏡的圖像其立體感較強(qiáng)，對(duì)于陶瓷材料，可以觀察晶粒形狀和大小，斷口形貌，晶粒間的結(jié)合關(guān)系、夾雜物和氣孔的分布特點(diǎn)等。 圖2-1 板狀剛玉的掃描電鏡照片 圖2-2 凝膠粉的透射電鏡照片（三）熱分析 熱分析法是根據(jù)物相在不同溫度下所發(fā)生的脫水、分解、氧化、同質(zhì)多相轉(zhuǎn)變等熱效應(yīng)特征來(lái)鑒定和研究物相的一種方法。它包括差熱分析和熱重分析。1. 差熱分析物質(zhì)在加熱過(guò)程中的某一特定溫度下，往往會(huì)發(fā)生物理、化學(xué)變化并伴隨有吸、放熱現(xiàn)象。差熱分析(DTA)是通過(guò)物質(zhì)在加熱過(guò)程中特定溫度下的吸、放熱現(xiàn)象來(lái)研究物質(zhì)的各種性質(zhì)的。它是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)與參比物之間的溫度差與

17、溫度關(guān)系的一種技術(shù)。檢測(cè)和記錄溫度差與溫度關(guān)系的儀器就是差熱分析儀。差熱曲線(DTA曲線)的縱坐標(biāo)為試樣和參比物的溫度差，曲線向上表示放熱反應(yīng)，向下表示吸熱反應(yīng)，橫坐標(biāo)為溫度，自左向右表示溫度增加。通過(guò)分析差熱曲線的峰值溫度、峰谷的數(shù)目、形狀和大小，并結(jié)合試樣的來(lái)源及其他分析資料，可鑒定原料或產(chǎn)品中的礦物、相變，進(jìn)而找出吸熱或放熱效應(yīng)的原因。引起產(chǎn)生峰谷的原因一般有如下幾條：(1)礦物脫水，脫水表現(xiàn)為吸熱；(2)相變，相變和多晶轉(zhuǎn)變表現(xiàn)為吸熱；(3)物質(zhì)的化合和分解，化合生成新物質(zhì)表現(xiàn)為放熱，而物質(zhì)的分解表現(xiàn)為吸熱；(4)氧化與還原，發(fā)生氧化反應(yīng)表現(xiàn)為放熱，而發(fā)生還原反應(yīng)表現(xiàn)為吸熱。每種物質(zhì)都

18、有其特有的DTA曲線，所以分析試樣的DTA與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的或標(biāo)準(zhǔn)圖譜集上的DTA對(duì)照，還可進(jìn)行礦物鑒定。差熱分析儀主要由加熱爐、試樣支撐測(cè)量系統(tǒng)、溫度控制儀和差熱曲線記錄系統(tǒng)組成。2.熱重分析熱重分析法是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度變化的一種實(shí)驗(yàn)方法。熱重分析通常有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩種類(lèi)型。靜態(tài)法又稱(chēng)等溫?zé)嶂胤?，是在恒溫下測(cè)定物質(zhì)質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系，通常把試樣在給定溫度加熱至恒重。該方法比較準(zhǔn)確，常用來(lái)研究固相物質(zhì)熱分解的反應(yīng)速率和測(cè)定反應(yīng)速度常數(shù)。動(dòng)態(tài)法又稱(chēng)非等溫?zé)嶂胤ǎ窃诔绦蛏郎叵聹y(cè)定物質(zhì)質(zhì)量隨溫度的變化，采用連續(xù)升溫連續(xù)稱(chēng)重的方式。該法簡(jiǎn)便，實(shí)際中應(yīng)用較多。熱重曲線(TG)曲線，

19、記錄了某物質(zhì)的質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系。許多物質(zhì)在加熱過(guò)程中會(huì)在某溫度下發(fā)生分解、脫水、氧化、還原和升華等物理化學(xué)變化，而引起質(zhì)量變化，及發(fā)生質(zhì)量變化的溫度、質(zhì)量變化百分?jǐn)?shù)隨著物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及組成而異，因而可以用物質(zhì)的熱重曲線來(lái)研究物質(zhì)的熱變化過(guò)程，如試樣的組成、熱穩(wěn)定性、熱分解溫度、熱分解產(chǎn)物和熱分解動(dòng)力學(xué)等。試樣的用量與粒度對(duì)熱重曲線有較大的影響。一般粉末試樣應(yīng)過(guò)200300目篩。用量在10左右為宜。其他的分析方法還有圖象分析儀等。第二節(jié) 常溫物理性質(zhì)耐火材料的常溫物理性質(zhì)，如氣孔率、體積密度、吸水率、真密度、耐壓強(qiáng)度等，經(jīng)常被用來(lái)判斷制品的燒結(jié)程度、原料質(zhì)量及工藝制度的執(zhí)行情況。這些性質(zhì)與制品的

20、高溫使用性質(zhì)有著直接關(guān)系，如某制品的氣孔率較高、體積密度較低，表明該制品的荷重軟化溫度降低、抗渣性會(huì)劣化、加熱線變化較高。耐火材料的常溫物理性質(zhì)的測(cè)定方法簡(jiǎn)便，已被廣泛地用作檢測(cè)耐火材料質(zhì)量水平、檢驗(yàn)產(chǎn)品均一性及控制生產(chǎn)工藝過(guò)程的通常測(cè)定項(xiàng)目。一、氣孔率、體積密度、吸水率耐火材料是由固相和氣孔兩部分組成的非均質(zhì)體。其中各種形狀和大小的氣孔與固相之間的關(guān)系構(gòu)成了耐火材料宏觀組織結(jié)構(gòu)。耐火材料的宏觀組織結(jié)構(gòu)，是影響其耐用性和高溫性能的重要因素。材料越致密，其氣孔量就越少。所以耐火材料通常以氣孔率、體積密度、比重和吸水率等指標(biāo)來(lái)表示材料的致密程度。（一）氣孔率氣孔率是指材料中的氣孔體積占材料總體積的

21、百分率。耐火材料中包含的氣孔可以分為開(kāi)口氣孔（V1）、閉口氣孔（V2）和連通氣孔V3（見(jiàn)圖2-3）。假設(shè)磚的總體積為V，那么耐火材料的總氣孔率（真氣孔率Pt）為而開(kāi)口氣孔率Pa則為閉口氣孔率Pc為由此可見(jiàn)，Pa=PtPc在一般耐火制品中，開(kāi)口氣孔占總氣孔體積大絕對(duì)多數(shù)，閉口氣孔體積很少，另外閉口氣孔很難直接測(cè)定，因此，耐火材料的氣孔率常用開(kāi)口氣孔率（又叫顯氣孔率Pa）表示。氣孔率是耐火材料的基本技術(shù)指標(biāo)。它的大小幾乎影響耐火材料的所有性能，特別是強(qiáng)度、導(dǎo)熱率、抗渣性和抗熱震性。氣孔率增大，強(qiáng)度下降，這不僅是由于固體的截面積減小而導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)力增大，更主要的是氣孔為材料中的缺陷，會(huì)引起應(yīng)力集中而使

22、強(qiáng)度下降。耐火制品的氣孔是由原料本身帶入和在成型、干燥及燒成過(guò)程中形成的。它分布在顆粒、基質(zhì)中及顆粒與基質(zhì)之間。不同的耐火材料對(duì)氣孔率有一定的要求，通過(guò)工藝措施控制氣孔率。1閉口氣孔，2開(kāi)口氣孔，3連通氣孔圖2-3 不同類(lèi)型氣孔（二）體積密度Db體積密度表示耐火材料單位體積的重量，單位為g·cm-3。，其中W為試樣重量。（三）吸水率吸水率為全部開(kāi)口氣孔和連通氣孔吸收水的重量Wa與其干重W之比。耐火原料習(xí)慣上用吸水率鑒定熟料的燒結(jié)質(zhì)量，原料煅燒的越好，吸水率越低。體積密度、顯氣孔率和吸水率的測(cè)定是一般表示耐火材料結(jié)構(gòu)致密程度的常用指標(biāo)，其測(cè)定可以通過(guò)測(cè)定實(shí)驗(yàn)試樣的干重（W1）、飽和試樣

23、空氣中重量（W2）和飽和試樣在液體中重量（W3）計(jì)算而得。液體可以是水或煤油，液體為水時(shí)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB2997）規(guī)定致密耐火制品的體積密度、顯氣孔率和吸水率的試驗(yàn)方法，用體積為50200cm3的立方體或圓柱體試樣，先稱(chēng)量干試樣的重量，然后試樣在容器中被抽真空，再加入液體充分飽和試樣，稱(chēng)量飽和試樣在空氣中的質(zhì)量和在飽和液體中的重量，按上述公式計(jì)算。（四）真密度Dt真密度是指不包括氣孔在內(nèi)的單位體積耐火材料的重量，單位為g·cm-3，可用下式表示：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5071）關(guān)于耐火材料真密度測(cè)定方法規(guī)定把材料破碎、磨細(xì)到盡可能無(wú)封閉氣孔存在的粉末試樣。稱(chēng)量比重瓶質(zhì)量和稱(chēng)量裝有試樣的比重瓶

24、質(zhì)量，兩者之差即為試樣的干燥質(zhì)量m1。選用蒸餾水或其它已知密度Dl的液體裝滿(mǎn)裝有試樣的比重瓶，稱(chēng)量質(zhì)量m2。選用同一液體裝滿(mǎn)已倒空試樣和洗凈的同一比重瓶，稱(chēng)量質(zhì)量m3。由于裝滿(mǎn)液體是在恒溫條件下，比重瓶容積是精確恒容積的。因此可按下式計(jì)算真密度：Dt=m1/(m1+m3-m2) Dl（五）氣孔孔徑分布 孔徑分布表示耐火材料中不同孔徑的氣孔所占?xì)饪卓傮w積的百分率。耐火制品中的氣孔絕大多數(shù)具有橢圓或不規(guī)則形狀的斷面，孔徑是指相應(yīng)的圓柱形氣孔的當(dāng)量直徑。大于1的氣孔主要存在于熔鑄或隔熱耐火制品中，稱(chēng)為縮孔或大氣孔。致密耐火制品中的氣孔主要為毛細(xì)孔、縮孔或大氣孔?？讖蕉酁?30m，最大可達(dá)100m左右

25、。而氣孔微細(xì)化的鋁碳制品和致密高鋁磚的平均孔徑小于12m?？讖椒植紝?duì)材料性能的主要影響為，孔徑大的制品易被渣滲透侵蝕，減小孔徑能提高抗渣性。在氣孔率相同時(shí)，孔徑大的制品的強(qiáng)度低?？讖椒植紝?duì)材料熱導(dǎo)率、抗熱震性也有顯著影響。耐火制品中的孔徑分布受原料、配料、結(jié)合劑、成型和燒成工藝的影響。燒成過(guò)程中雖然使制品的氣孔率下降，但由于氣孔的聚集作用，有時(shí)高溫?zé)煞炊鴷?huì)使平均孔徑增大。配料顆料級(jí)配合理，采用微粉和超微粉，并均勻分散，以及用添加物的反應(yīng)產(chǎn)物填充氣孔等是減小氣孔孔徑的重要技術(shù)途徑，并已經(jīng)在致密澆注料、致密高鋁磚和燒成鋁碳滑板磚的制造中得到應(yīng)用。測(cè)定耐火制品孔徑分布的常用方法是壓汞法（YB/T1

26、18）。當(dāng)汞與毛細(xì)孔接觸，由于表面張力作用，不能滲入，必須施加外壓，才能把汞壓入氣孔中。根據(jù)毛細(xì)管法則公式：d=-4cos/P,式中汞的表面張力約為0.48N/m，汞與耐火材料的潤(rùn)濕角約為140°，當(dāng)壓力p采用單位Mpa，氣孔當(dāng)量直徑d采用單位m時(shí)，則d=1.5/P。當(dāng)P=0.1Mpa時(shí)，對(duì)應(yīng)的d=15m；P=100MPa，對(duì)應(yīng)的d=0.015m。在儀器從低壓升至高壓的加壓過(guò)程中，對(duì)應(yīng)越來(lái)越細(xì)小的氣孔被汞滲入。測(cè)試中將小塊耐火材料試樣置于容器中，抽真空并充滿(mǎn)汞，逐漸加壓，汞不斷滲入越來(lái)越細(xì)小的氣孔中，容積減少。根據(jù)不同壓力下滲入的汞的容積，計(jì)算對(duì)應(yīng)孔徑氣孔的體積，便得到孔徑分布。利用

27、光學(xué)顯微鏡可以直接觀察試樣中氣孔的大小和形狀，再人工測(cè)量或通過(guò)圖像分析儀進(jìn)行定量分析。該法的孔徑測(cè)量范圍為1100m，適合測(cè)量球形封閉氣孔。利用掃描電子顯微鏡可將觀察和測(cè)量范圍擴(kuò)大到0.01100m，透射電子顯微鏡的測(cè)量范圍是0.0015m。二、常溫力學(xué)性能常用的耐火材料的力學(xué)性能主要有常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度、耐磨性等，它們的高低直接反映了耐火材料的常溫下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，下面分別就它們的概念、計(jì)算方法作一簡(jiǎn)述。（一）常溫耐壓強(qiáng)度常溫耐壓強(qiáng)度是指常溫下耐火材料在單位面積上所能承受的最大壓力，如超過(guò)此值，材料就被破壞，單位以MPa表示。如以A表示試樣的受壓面積，以P表示壓碎試樣所需的極限壓力，則可

28、以用下列公式計(jì)算出常溫耐壓強(qiáng)度CCS：，單位為MPa耐壓強(qiáng)度主要表示耐火材料試樣的燒結(jié)、結(jié)合情況，以及與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)的性質(zhì)，因此，耐壓強(qiáng)度是耐火材料檢驗(yàn)的常用項(xiàng)目。耐壓強(qiáng)度的高低取決于自身材質(zhì)類(lèi)別和制作的工藝。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)致密定形耐火制品常溫耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法(GB/T5072)分為兩個(gè)部分：無(wú)襯墊仲裁試驗(yàn)和襯墊試驗(yàn)法。試樣尺寸如下：a）直徑50±2、高50±2的圓柱體；b）邊長(zhǎng)50±2的立方體；c）邊長(zhǎng)65±2或 75±2的立方體。襯墊板厚度為37的無(wú)波紋紙板或硬紙板。試樣放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上，按規(guī)定的加壓速度，直至其破壞，記錄最大壓力值，計(jì)算出單位

29、面積承受的壓力。對(duì)于定形隔熱耐火制品（GB/T3997.2）和不定形耐火材料（YB/T5201澆注料和YB/T5118可塑料）分別有不同的試樣尺寸要求。（二）常溫抗折強(qiáng)度耐火材料在使用時(shí)，除承受壓應(yīng)力外，還要承受拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力的作用，為了評(píng)定耐火材料抵抗這些應(yīng)力大小的能力，必須檢驗(yàn)?zāi)突鸩牧系某乜拐蹚?qiáng)度。耐火材料的常溫抗折強(qiáng)度的檢驗(yàn)一般使用三點(diǎn)彎曲法進(jìn)行檢測(cè)。常溫抗折強(qiáng)度CMOR計(jì)算公式為：，單位為MPa式中L表示試樣下受力面的間距，F(xiàn)表示試樣斷裂時(shí)所承受的力，Nb表示試樣的寬度，h表示試樣的高度，.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)耐火制品常溫抗折強(qiáng)度（GB/T3001）和冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（澆注料YB/T52

30、01）分別規(guī)定長(zhǎng)條試樣尺寸要求，試樣在抗折試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。（三）耐磨性耐磨性表示材料抵抗磨擦蝕損的能力，可用來(lái)預(yù)測(cè)耐火材料在磨損及沖刷環(huán)境中的適用性。耐火材料的耐磨性不僅取決于制品的密度、強(qiáng)度，而且也取決于制品的礦物組成、組織結(jié)構(gòu)和材料顆粒結(jié)合的牢固性。因而在生產(chǎn)中除骨料的本身硬度外，還必須注意影響制品組織結(jié)構(gòu)的泥料粒度組成、氣孔率和結(jié)合劑性質(zhì)等工藝因素。常溫耐壓強(qiáng)度高，氣孔率低，組織結(jié)構(gòu)致密均勻，燒結(jié)良好的制品總是有良好的耐磨性。耐火材料常溫耐磨性試驗(yàn)方法（國(guó)標(biāo)GB/T18301）原理為，將規(guī)定形狀尺寸試樣的試驗(yàn)面垂直對(duì)著噴砂管，用壓縮空氣將磨損介質(zhì)通過(guò)噴砂管?chē)姶档皆嚇由?，測(cè)量試樣的磨損體

31、積。用磨損體積表示材料的耐磨性強(qiáng)弱，磨損體積越小，材料耐磨性越強(qiáng)。磨損介質(zhì)是用來(lái)對(duì)試樣進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)的磨損材料，試驗(yàn)方法規(guī)定為一定粒度和化學(xué)組成的黑色碳化硅材料。第三節(jié) 高溫使用性質(zhì)耐火材料的高溫使用性質(zhì)有耐火度、荷重軟化溫度、加熱線變化、熱震穩(wěn)定性、抗渣性等，都是在高溫下測(cè)定的性質(zhì)。這些性質(zhì)，有的反映耐火材料在高溫下的狀態(tài)，有的反映耐火材料在高溫下對(duì)某些外來(lái)作用（如熔渣、溫度、溫度急變等）的反應(yīng)?？傊@些性質(zhì)都在某種程度上反映出耐火材料在使用時(shí)的狀態(tài)。因此測(cè)定和了解耐火材料的高溫使用性質(zhì)，對(duì)提高質(zhì)量和合理選用耐火材料都具有意義。一、耐火度耐火材料在無(wú)荷重時(shí)抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱(chēng)為耐火

32、度。對(duì)于耐火材料而言，耐火度所表示的意義與熔點(diǎn)不同。熔點(diǎn)是純物質(zhì)的結(jié)晶相與其液相處于平衡狀態(tài)下的溫度。如氧化鋁(A12O3)的熔點(diǎn)為2050，氧化硅(SiO2)的熔點(diǎn)為1713，方鎂石(MgO)為2800等，但一般耐火材料是出各種礦物組成的多相固體混合物，并非單相的純物質(zhì)，故無(wú)一定的熔點(diǎn)，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，即只有一個(gè)固定的開(kāi)始熔融溫度和一個(gè)固定的熔融終了溫度。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)液相和固相同時(shí)存在。耐火度是個(gè)技術(shù)指標(biāo)，它是由試驗(yàn)物料做成的截頭三角錐，上底每邊長(zhǎng)2，下底每邊長(zhǎng)8，高30，截面成等邊三角形。在一定的升溫速度下加熱時(shí)，由于其自重的影響面逐漸變形彎倒，當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底盤(pán)相

33、接觸的溫度，即為試樣的耐火度。圖2-4示出了三角錐在不同熔融程度下的彎倒情況。圖2-4 三角錐在不同熔融程度下的彎倒情況耐火材料的耐火度不采用直接測(cè)溫方法，而是通過(guò)在一定升溫速度下具有固定彎倒溫度的標(biāo)準(zhǔn)錐與被測(cè)錐彎倒情況的比較來(lái)測(cè)定，這種標(biāo)準(zhǔn)錐通常稱(chēng)為測(cè)溫錐。我國(guó)測(cè)溫錐用字母“CN”和錐體彎倒溫度的十分之一來(lái)標(biāo)號(hào)。蘇聯(lián)采用“”，英、日等國(guó)則用“SK”。耐火材料做成的三角試錐加熱時(shí)的變形和彎倒可以大致看成是其中液相的生成及固相在液相中的溶解所致。因而三角試錐在不同階段中的變形和彎倒程度，主要取決于其中固相與液相的數(shù)量比、液相粘度和材料的分散度。決定耐火度高低的最基本因素是材料的化學(xué)礦物組成及其分

34、布情況。各種雜質(zhì)成分特別是具強(qiáng)熔劑作用的雜質(zhì)成分，會(huì)嚴(yán)重降低制品的耐火度，因此，在工藝中提高耐火材料耐火度的主要途徑應(yīng)是采取適當(dāng)措施來(lái)保證和提高原料的純度。GB/T7322規(guī)定耐火度試驗(yàn)方法，對(duì)耐火制品可直接用鋸片切取試錐，并用磨輪修磨。對(duì)于不定形耐火材料和原料則需抽取樣品，再粉碎，至通過(guò)180目篩后制樣。試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件對(duì)耐火度的測(cè)定數(shù)值也有影響，如因試錐的制備方法、試錐的形狀尺寸和安放方法、試驗(yàn)時(shí)的升溫速度、試驗(yàn)時(shí)周?chē)鷼怏w介質(zhì)的性質(zhì)、加熱帶溫度分布情況和試樣對(duì)加熱面的相對(duì)位置等不同而有差別。部分耐火原料及耐火制品的耐火度舉例如表2-2所示。表2-2 部分耐火原料及耐火制品的耐火度（CN）

35、結(jié)晶硅石173-177粘土磚161-175硅磚169-173高鋁磚177-200滑石150鎂磚>200硬質(zhì)粘土175-177白云石磚>200二、高溫荷重變形溫度耐火材料在高溫下的荷重變形指標(biāo)表示它對(duì)高溫和荷重同時(shí)作用的抵抗能力，也表示耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。在一定程度上表明制品在與其使用情況相仿條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。耐火材料高溫荷重變形溫度的測(cè)定方法是固定試樣承受的壓力，不斷升高溫度，測(cè)定試樣在發(fā)生一定變形量和坍塌時(shí)的溫度，稱(chēng)為高溫荷重變形溫度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能在較大的溫度范圍內(nèi)把材料的結(jié)構(gòu)性能明顯地表示出來(lái)，因而可以對(duì)材料作出較全面的估價(jià)。在制品上切取并經(jīng)加工成高50

36、，直徑36，上下底面平行的直圓柱體作為被測(cè)試樣，將試樣放入高溫電阻爐內(nèi)在200kPa靜壓力下，按規(guī)定的升溫速連續(xù)均勻加熱，測(cè)定試樣壓縮0.6(即試樣高度壓縮0.3毫米)、4(壓縮2)時(shí)的溫度，以壓縮0.6時(shí)的變形溫度作為被測(cè)材料的荷重軟化開(kāi)始溫度，即通稱(chēng)的荷重軟化點(diǎn)。試驗(yàn)荷重變形情況的結(jié)果，通常用溫度變形曲線來(lái)表示(見(jiàn)圖2-5)。圖2-5 溫度變形曲線在工藝因素中制品燒成溫度對(duì)荷重變形溫度影響較大，如適當(dāng)提高燒成溫度，則由于降低氣孔率，晶體長(zhǎng)大而且結(jié)合良好，會(huì)提高開(kāi)始變形溫度，提高燒成溫度也會(huì)顯著地縮短開(kāi)始變形溫度與終了變形溫度之間的溫度范圍。提高原料的純度，減少低熔物或熔劑的含量，會(huì)提高耐火

37、材料的荷重變形溫度。此種影響取決于它們的化學(xué)組成，如粘土磚中的Na2O，硅磚中的A12O3、鎂磚中的SiO2、CaO等都是有害的氧化物，它們會(huì)增加液相數(shù)量并降低其粘度。另一方面，在制磚配料中加入某些加入物改善磚內(nèi)結(jié)合相的成分，如在鎂磚中引入適量的A12O3，使之形成鎂鋁尖晶石的結(jié)合，或引入適量的SiO2，使之形成鎂橄欖石結(jié)合，可使制品的荷重變形溫度提高。在這方面近年國(guó)外更發(fā)展了直接接合制品。根據(jù)耐火材料的荷重變形溫度指標(biāo)，可以判斷耐火材料在使用過(guò)程中在何種條件下失去荷重能力以及高溫下制品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意下述情況：(1)實(shí)際使用條件下所承受的荷重要比200kPa低得多，只在個(gè)

38、別情況下達(dá)200500kPa，由于負(fù)荷低，制品的開(kāi)始變形溫度將升高；(2)砌體沿厚度方向受熱不均勻，而大部分負(fù)荷將由溫度較低的部分來(lái)承擔(dān)；(3)在使用條件下制品承受變形時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)時(shí)間；(4)在實(shí)際使用過(guò)程中，耐火材料還可能承受其它種類(lèi)的負(fù)荷，如彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)等。圖2-6 示差-升溫法試驗(yàn)裝置荷重變形溫度試驗(yàn)方法有示差-升溫法（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5989）和非示差-升溫法（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T370）兩種。我國(guó)的示差-升溫法與ISO1893一致。示差-升溫法試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2-6。要求中心帶孔的支撐柱、加壓柱、上墊片和下墊片之間，在受力條件下，到試驗(yàn)的最終溫度無(wú)明顯變形和相互間的反應(yīng)。圖中

39、在支撐柱內(nèi)的外氧化鋁管頂在下墊片的下面，能在支撐柱內(nèi)自由移動(dòng)；在外氧化鋁管內(nèi)的內(nèi)氧化鋁管，穿過(guò)下墊片和試樣中心孔，頂在上墊片的下面，可在里面自由移動(dòng)。外氧化鋁管的下端與位移傳感器外殼固定在一起，由內(nèi)氧化鋁管下端頂壓驅(qū)動(dòng)傳感頭，連接到自動(dòng)記錄儀上，組成一個(gè)測(cè)量試樣變形的系統(tǒng)。這種示差結(jié)構(gòu)測(cè)量系統(tǒng)，消除了支撐柱、加壓柱及墊片的膨脹，測(cè)量試樣變形量準(zhǔn)確。而非示差法不能消除加壓柱及墊片的膨脹，因此非示差法測(cè)定的試樣荷重變形溫度結(jié)果通常較示差法的高。以高鋁磚為例，兩種方法相差幾十度。兩種方法的差異見(jiàn)表2-3。表2-3 荷重變形溫度試驗(yàn)方法試樣尺寸 測(cè)量試樣變形方法加壓柱、支撐柱等材質(zhì)示差-升溫法GB/T

40、5989中心帶通孔的圓柱體Ø50×50中心通孔Ø1213示差剛玉非示差-升溫法YB/T370圓柱體Ø36×50非示差石墨三、加熱永久線變化耐火材料在高溫下長(zhǎng)期使用時(shí)，其外形體積保持穩(wěn)定不發(fā)生變化（收縮或膨脹）的性能稱(chēng)為高溫體積穩(wěn)定性，又稱(chēng)為加熱永久線變化。它是評(píng)價(jià)制品質(zhì)量的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。耐火材料在燒成過(guò)程中，其間的物理化學(xué)變化一般都未達(dá)到燒成溫度下的平衡狀態(tài)，當(dāng)制品在長(zhǎng)期使用中，受高溫作用時(shí)，一些物理化學(xué)變化仍然會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。另一方面，制品在實(shí)際燒成過(guò)程中，由于各種原因，會(huì)有燒成不充分的制品，此種制品在窯爐上使用再受高溫作用時(shí)，由于一些燒成變化

41、繼續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)生重結(jié)晶、反應(yīng)和燒結(jié)現(xiàn)象，結(jié)果使制品的體積發(fā)生變化膨脹或收縮。這種不可逆的體積變化稱(chēng)為殘余收縮或膨脹，也稱(chēng)重?zé)湛s或膨脹。加熱永久線變化的大小，表明制品的高溫體積穩(wěn)定性。耐火制品的這一指標(biāo)對(duì)于使用有重要意義，如砌筑在爐頂?shù)闹破?，若重?zé)湛s過(guò)大，則有發(fā)生砌磚脫落以致引起整體結(jié)構(gòu)破壞的危險(xiǎn)。對(duì)于其它砌筑體也會(huì)使砌縫開(kāi)裂，降低砌體的整體性和抵抗物料的侵蝕能力，從而顯著地加速砌體的損壞。此外，通過(guò)此項(xiàng)指標(biāo)亦可衡量制品在燒成過(guò)程中的燒結(jié)程度。燒結(jié)不良的制品，此項(xiàng)指標(biāo)值必然較大。其原理為：從磚上切取長(zhǎng)方體或圓柱體試樣,經(jīng)干燥測(cè)定其線尺寸或體積，再把試樣置于氧化氣氛的爐內(nèi),按規(guī)定的加熱速率加熱到

42、試驗(yàn)溫度,并保持一定的時(shí)間,冷卻至室溫后，重復(fù)測(cè)量其線尺寸或體積,并計(jì)算其線變化率或體積變化率。根據(jù)致密定形耐火制品加熱永久線變化試驗(yàn)方法（GB/T5988），規(guī)定兩種測(cè)定試樣方法：（1）長(zhǎng)度測(cè)量法。用校準(zhǔn)塊校準(zhǔn)長(zhǎng)度測(cè)量裝置。將試樣按高度（長(zhǎng)軸方向）垂直地放置在底座的載樣臺(tái)上。對(duì)于長(zhǎng)方體試樣，以一個(gè)帶標(biāo)記的角對(duì)準(zhǔn)載樣臺(tái)對(duì)角線標(biāo)記，圓柱體試樣可在兩條相互垂直的任一直徑對(duì)準(zhǔn)載樣臺(tái)上的對(duì)角線，并作上標(biāo)記以便試樣加熱前后仍在同一位置進(jìn)行測(cè)量。在底座上移動(dòng)裝有試樣的載樣臺(tái)，在試樣頂面的四個(gè)位置上測(cè)量長(zhǎng)度，準(zhǔn)確到0.01。對(duì)于長(zhǎng)方體試樣，四個(gè)位置在試樣頂面對(duì)角線上距每個(gè)角2025處，對(duì)圓柱體試樣，四個(gè)位置

43、在試樣頂面兩條垂直的直徑上，距圓周1015處。在四個(gè)測(cè)量位置作好標(biāo)記并記錄每個(gè)測(cè)量點(diǎn)長(zhǎng)度L。（2）體積測(cè)量法。根據(jù)GB/T2997方法測(cè)量試樣的體積。VB(1)式中：VB試樣體積，單位為（3）。m2飽和試樣在空氣中的質(zhì)量，單位為克（g)；m1飽和試樣懸浮在浸液中的質(zhì)量，單位為克（g）；試驗(yàn)溫度下浸液的密度，單位為克每立方厘米（g·-3）。加熱永久線變化率(Lc)以試樣加熱前后的長(zhǎng)度變化率計(jì)，數(shù)值以表示，長(zhǎng)度測(cè)量法按式(2)計(jì)算,體積測(cè)量法按式(3)計(jì)算：Lc×100（2）式中：L試樣加熱后各點(diǎn)測(cè)量值的長(zhǎng)度，單位為毫米（）；L試樣加熱前各點(diǎn)測(cè)量值的長(zhǎng)度，單位為毫米（）；Lc&

44、#183;×100（3）式中：V1試樣加熱后體積，單位為立方厘米（cm3）；V0試樣加熱前體積，單位為立方厘米（cm3）。如果需要，也可計(jì)算加熱前后的永久體積變化率（VC），即：VC=×100。加熱后試樣長(zhǎng)度或體積增加的以正（）表示，收縮的以負(fù)（）表示。對(duì)于長(zhǎng)度測(cè)量法，如果一塊試樣上四個(gè)測(cè)量點(diǎn)長(zhǎng)度變化值的代數(shù)符號(hào)不同，那么該試驗(yàn)結(jié)果作廢。多數(shù)耐火材料在重?zé)龝r(shí)產(chǎn)生收縮，少數(shù)制品產(chǎn)生膨脹，如硅磚。因此，為了降低制品的重?zé)湛s或重?zé)蛎洠m當(dāng)提高燒成溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間是有效的措施。但也不宜過(guò)高，否則會(huì)引起制品變形，組織玻璃化，降低熱震穩(wěn)定性。四、高溫抗折強(qiáng)度高溫抗折強(qiáng)度是指材料在

45、高溫下單位截面所能承受的極限彎曲應(yīng)力。它表征材料在高溫下抵抗彎矩的能力。高溫抗折強(qiáng)度又稱(chēng)高溫彎曲強(qiáng)度或高溫?cái)嗔涯Ａ?。測(cè)定在高溫下一定尺寸的長(zhǎng)方形試樣在三點(diǎn)彎曲裝置上受彎時(shí)所能承受的最大荷重，抗折強(qiáng)度可按下式計(jì)算：式中：抗折強(qiáng)度，Pa；斷裂時(shí)所施加的最大荷重，N；兩支點(diǎn)間的距離，；試樣的寬度，；試樣的厚度，。耐火材料的高溫強(qiáng)度與其實(shí)際使用密切相關(guān)。特別是對(duì)于評(píng)價(jià)堿性直接接合磚的質(zhì)量，高溫抗折強(qiáng)度是很重要的性能。如堿性直接接合磚的高溫抗折強(qiáng)度大，則抵抗因溫度梯度產(chǎn)生的剪應(yīng)力強(qiáng)，因而制品在使用時(shí)不易產(chǎn)生剝落現(xiàn)象。高溫抗折強(qiáng)度大的制品亦會(huì)提高其對(duì)物料的撞擊和磨損性，增強(qiáng)抗渣性，因此，高溫抗折強(qiáng)度常作為

46、表征制品的強(qiáng)度指標(biāo)。耐火材料的高溫抗折強(qiáng)度指標(biāo)，主要取決于制品的化學(xué)礦物組成、組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝。材料中的熔劑物質(zhì)和其燒成溫度對(duì)制品的高溫抗折強(qiáng)度有顯著影響。耐火制品高溫抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法（GB/T3002）規(guī)定，試樣應(yīng)為長(zhǎng)方體，橫截面為(25±1)´(25±1)，長(zhǎng)約為150，每個(gè)試樣長(zhǎng)度方向上的相對(duì)面應(yīng)相互平行，允許偏差不超過(guò)±0.2，橫截面的對(duì)邊應(yīng)相互平行，允許偏差不超過(guò)0.1，應(yīng)保證試樣表面平滑，棱角完整。如果采用其它的尺寸，試樣的尺寸變化按5的間隔進(jìn)行。不定形耐火材料試樣尺寸可為(40±1)´(40±1)´

47、160。將試樣置于試驗(yàn)爐內(nèi)，按試樣材質(zhì)要求控制試樣周?chē)鷼夥铡y(cè)定易氧化耐火材料的高溫抗折強(qiáng)度時(shí)，加熱爐內(nèi)應(yīng)為中性或還原性氣氛，或用碳質(zhì)材料將試樣覆蓋，以避免試樣氧化。將試樣加熱到試驗(yàn)溫度±10，升溫速率（210）/min，最好（46）/min。對(duì)于燒成耐火材料保溫時(shí)間一般為30min，對(duì)于不燒制品或不定形耐火材料，預(yù)處理與保溫時(shí)間由有關(guān)方面商定。五、高溫蠕變性當(dāng)材料在高溫下承受小于其極限強(qiáng)度的某一恒定荷重時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，變形量會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增加，甚至?xí)共牧掀茐?，這種現(xiàn)象叫蠕變。因此，處于高溫下的材料，就不能孤立地考慮其強(qiáng)度，而應(yīng)將溫度和時(shí)間的因素與強(qiáng)度同時(shí)考慮。例如，長(zhǎng)時(shí)間

48、在高溫條件下工作的熱風(fēng)爐格子磚的損壞，是由于磚體逐漸軟化產(chǎn)生可塑變形，強(qiáng)度顯著下降甚至破壞，格子磚的這種蠕變現(xiàn)象成為爐子損壞的主要原因。在設(shè)計(jì)高溫出爐時(shí)，根據(jù)耐火材料的荷重軟化試驗(yàn)和殘存收縮率，但對(duì)認(rèn)識(shí)制品在長(zhǎng)期高溫負(fù)荷條件下工作的體積穩(wěn)定性還是不充分的，因此，檢驗(yàn)其高溫蠕變性，了解它在高溫負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間下的變形特性是十分必要的。耐火材料的高溫蠕變性系指材料在恒定的高溫和一定荷重作用下，產(chǎn)生的變形和時(shí)間的關(guān)系。由于施加的荷重不同，可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變和高溫扭轉(zhuǎn)蠕變等。其中壓縮蠕變應(yīng)用較普遍，并有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。一般認(rèn)為影響高溫蠕變的因素有：1使用條件，如溫度和荷重、時(shí)間、氣

49、氛性質(zhì)等；2材質(zhì)，如化學(xué)組成和礦物組成；3顯微組織結(jié)構(gòu)。溫度和荷重對(duì)蠕變率的影響明顯，溫度越高，荷重越大，耐火材料蠕變曲線的傾斜度也越大。至于耐火材料的材質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)方面對(duì)于蠕變速率的影響，由于實(shí)用耐火材料通常是由結(jié)晶相、非晶質(zhì)扣和氣孔所組成，而蠕變速率也是按照這個(gè)順序增大，所以抗蠕變性隨這些相的存在狀態(tài)的變化而不同。在多相耐火材料中結(jié)晶相和玻璃相的相對(duì)含量和分布狀態(tài)對(duì)蠕變速率的影響很大。當(dāng)溫度升高時(shí)隨著玻璃相含量相對(duì)增加和粘度降低而趨于顯著。玻璃相對(duì)蠕變的影響程度取決于玻璃相對(duì)結(jié)晶相的潤(rùn)濕程度，若玻璃相不潤(rùn)濕晶相顆粒，則在晶界處為晶粒與晶粒結(jié)合，同質(zhì)晶粒間形成自結(jié)合，抗蠕變性好。反之，當(dāng)玻璃

50、完全潤(rùn)濕晶相，玻璃相侵入晶界處將晶粒包圍，此時(shí)玻璃形成連續(xù)相結(jié)構(gòu)，在較低溫度下極易產(chǎn)生較大的蠕變。蠕變對(duì)組織結(jié)構(gòu)也很敏感，通常隨著耐火材料中氣孔率的增加減少了抗蠕變的有效截面積，蠕變率隨之增大。晶粒愈小，蠕變率愈大。多晶的抗蠕變性能低于單晶材料，其原因是晶粒間界比例增大所致。測(cè)定耐火材料的蠕變的意義在于，研究耐火材樹(shù)在高溫下由于應(yīng)力作用而產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)的變化，可以用蠕變測(cè)定來(lái)檢驗(yàn)制品的質(zhì)量和評(píng)價(jià)生產(chǎn)工藝。此外，測(cè)定耐火制品在不同溫度和荷重下的蠕變曲線，可以了解制品發(fā)生蠕變的最低溫度，不同溫度下的蠕變速率和高溫應(yīng)力下的變形特征，確定制品保持彈性狀態(tài)的溫度范圍和呈現(xiàn)高溫塑性的溫度范圍等。這在窯爐設(shè)

51、計(jì)時(shí)，預(yù)測(cè)耐火制品在實(shí)際應(yīng)用中承受負(fù)荷的變化，評(píng)價(jià)制品的使用性能等有著實(shí)際意義。高溫蠕變檢驗(yàn)裝置是由加熱時(shí)能保持一定溫度的加熱爐、加壓機(jī)構(gòu)和變形量指示或記錄機(jī)構(gòu)等組合而成。其原理為一個(gè)給定尺寸的試樣，在恒定的壓應(yīng)力下以一定的升溫速率加熱并達(dá)到設(shè)定的溫度，記錄試樣在恒定溫度下隨著時(shí)間而產(chǎn)生的高度方向上的變形量以及相對(duì)于試樣原始高度的變化百分率。根據(jù)GB/T5073耐火材料壓蠕變?cè)囼?yàn)方法規(guī)定，壓蠕變?cè)嚇訛橹行膸椎膱A柱體，直徑50±0.5，高50±0.5，中心通孔直徑1213，并與圓柱體同軸。圓柱體試樣的軸向應(yīng)與制品的壓制方向一致。試樣的上下端面應(yīng)平整并相互平行（必要時(shí)可研磨

52、），而且應(yīng)與圓柱體軸線垂直。圓柱體表面不應(yīng)有肉眼可見(jiàn)的缺陷。用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的高度，任何兩點(diǎn)的高度差不應(yīng)超過(guò)0.2。規(guī)定壓蠕變?cè)嚇铀軌毫Γ褐旅芏ㄐ沃破?.2MPa；定形隔熱制品0.05MPa；致密不定形耐火材料0.1MPa；隔熱不定形耐火材料0.05MPa。按下式計(jì)算蠕變率：P (%)(LnL0 )/Li×100式中：P蠕變率；Li試樣原始高度，單位為毫米（）；L0試樣恒溫開(kāi)始時(shí)的高度，單位為毫米（）；Ln試樣恒溫n小時(shí)的高度，單位為毫米（）。高溫蠕變的表示方法一般為變形量()與時(shí)間(h)的關(guān)系曲線，通常稱(chēng)為蠕變曲線，或表示為達(dá)到某變量所需的時(shí)間。六、熱震穩(wěn)定性抗熱震性是指耐火制

53、品對(duì)溫度迅速變化所產(chǎn)生損傷的抵抗性能?？篃嵴鹦砸卜Q(chēng)為熱震穩(wěn)定性、抗溫度急變性、耐急冷急熱性等。耐火材料在使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境溫度的急劇變化作用，導(dǎo)致制品產(chǎn)生裂紋、剝落甚至崩潰。此種破壞作用限制了制品和窯爐的加熱和冷卻速度，限制了窯爐操作的強(qiáng)化，是制品、窯爐損壞較快的主要原因之一。影響耐火制品抗熱震性指標(biāo)的主要原因是制品的物理性質(zhì)，如熱膨脹性、熱導(dǎo)率等。一般來(lái)說(shuō)，耐火制品的熱膨脹率越大，抗熱震性越差；制品的熱導(dǎo)率越高，抗熱震性越好。此外，耐火制品的組織結(jié)構(gòu)、顆粒組成和制品形狀等均對(duì)抗熱震性有影響。在耐火材料生產(chǎn)中提高制品抗熱震性的主要工藝措施有：（1）改變制品的礦物組成。例如，普通鎂磚的抗

54、熱震性較差，其礦物相為硅酸鹽結(jié)合方鎂石；鎂尖晶石磚的礦物相為鎂鋁尖晶石結(jié)合方鎂石，其抗熱震性顯著提高。（2）提高骨料的臨界粒度，有效抑制熱應(yīng)力裂紋擴(kuò)展，由此提高材料的抗熱震性?？篃嵴鹦缘臋z測(cè)方法有多種，根據(jù)耐火材料的具體情況和要求加以選擇。主要考慮試樣尺寸要求、加熱溫度、冷卻方式、判定方法等試驗(yàn)條件。主要的幾種抗熱震性試驗(yàn)方法特征見(jiàn)表2-4。中國(guó)冶標(biāo)（YB/T376.1-1995）采用直形磚水急冷法測(cè)定耐火制品的抗熱震性。其要點(diǎn)是，將長(zhǎng)為200230、寬為100150、厚為50100的直形磚的受熱端面伸入到預(yù)熱至1100的爐內(nèi)50，保持20min。保溫過(guò)程完成后，從爐內(nèi)取出試樣，迅速將其受熱端

55、浸入到流動(dòng)冷水中急冷3min，然后干燥。直至試樣受熱端面破損一半的熱循環(huán)次數(shù)表征其抗熱震性。中國(guó)冶標(biāo)（YB/T4018-1991）采用長(zhǎng)條試樣實(shí)驗(yàn)法測(cè)定燒成致密耐火制品的抗熱震性。其原理是，將23011431或2306531的試樣放在加熱裝置的均熱板上，以規(guī)定的速度將一個(gè)面加熱到實(shí)驗(yàn)溫度，保溫一定時(shí)間后，從加熱裝置中取出，置于空氣中冷卻。以試樣熱震前后抗折強(qiáng)度的保持率，評(píng)價(jià)其熱震損傷程度。表2-4 幾種抗熱震性試驗(yàn)方法特征標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)試樣尺寸要求，冷卻方式判定方法YB/T 376.1直形磚 200230×100150×50100水急冷法試樣表觀損傷（受熱端面破損一半）時(shí)，熱震循

56、環(huán)次數(shù)YB/T 376.2直形磚 200230×100150×50100空氣急冷法試樣物理性能變化（強(qiáng)度保持率），熱震循環(huán)次數(shù)YB/T 4018直形磚23011431或2306531空氣急冷法試樣物理性能變化，強(qiáng)度保持率YB/T 376.3異形磚（圓拄體，長(zhǎng)度大于400）水急冷法試樣表觀損傷（表面出現(xiàn)裂紋）時(shí)，熱震循環(huán)次數(shù)七、抗渣性抗渣性指耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕和沖刷作用的能力。這里的熔渣的概念（從廣義上來(lái)說(shuō)）是指高溫下與耐火材料接觸的冶金爐渣、燃料灰分、飛塵、各種材料（包括固態(tài)、液態(tài)材料，如燒結(jié)水泥塊、煅燒石灰、熔融金屬、玻璃液等）和氣態(tài)物質(zhì)（煤氣、一氧化碳、堿蒸氣等）。耐火材料的抗渣性主要與耐火材料的化學(xué)礦物組成及組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，另外也與其相互的條件有關(guān)。采用高純度耐火原料，改善制品的化學(xué)礦物組成，盡量減少低熔物的含量，使制品中產(chǎn)生液相及與外界開(kāi)始反應(yīng)的溫度提高，是提高制品抗渣性能的有效方式。再者是注意耐火材料的選材，盡量選用與渣的化學(xué)成分相近的耐火材料，減弱它們界面上的反應(yīng)強(qiáng)度。如堿性冶金爐襯應(yīng)選用堿性耐火材料等；或是盡量改變?cè)某煞郑蛊湎蛩玫哪突鸩牧铣煞挚繑n，也是改善耐火材料抗渣性能的方式之一。另外，耐火材料在使用中，還應(yīng)該注意到所用材料之間化學(xué)特性應(yīng)相近，防止或減輕在高溫條件下的界面損毀反應(yīng)。