耐火材料工藝學(xué)：1-5 耐火材料的使用性能

1、1.5 耐火材料的使用性能耐火材料在高溫下使用時(shí)所具有的性能 耐火度 荷重軟化溫度重?zé)€變化率 抗熱震性抗渣性 抗酸性抗堿性 抗氧化性抗水化性 抗CO侵蝕性陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能1） 耐火度耐火材料在無(wú)荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度。 與有固定熔點(diǎn)的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，耐火材料是由多種礦物組成的多相固體混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，當(dāng)對(duì)其加熱升溫至某一溫度時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)液相（即固定的開(kāi)始熔融溫度），繼續(xù)加熱溫度仍然繼續(xù)升高、液相量也隨之增多，直至升至某一溫度全部變?yōu)橐合?，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，液相與固相同時(shí)存在。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使

2、用性能 耐火度與熔點(diǎn)的區(qū)別：1、熔點(diǎn)指純物質(zhì)的結(jié)晶相與液湘處于平衡時(shí)的溫度；2、熔點(diǎn)是一個(gè)物理常數(shù)；3、耐火材料為多相混合體，其熔融是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，是一個(gè)工藝指標(biāo)。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能三角錐在不同熔融程度下的彎倒情況陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能a-熔融開(kāi)始以前b-在相當(dāng)于耐火度的溫度下c在高于耐火度的溫度下 耐火度是一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，將被測(cè)制品按一定方法制成截頭三角錐（2830mm）。試錐以一定升溫速度加熱，達(dá)到某一溫度開(kāi)始出現(xiàn)液相，溫度繼續(xù)升高液相量逐漸增加,粘度減小，試錐在重力作用逐漸軟化彎倒,當(dāng)其彎倒至頂點(diǎn)與底接觸的溫度，即為試樣的耐火度。 耐火度試

3、驗(yàn)方法：被測(cè)材料制成與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐形狀、尺寸相同的截頭三角錐 在規(guī)定的加熱條件下，與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐彎倒情況作比較，直至試錐頂部彎倒接觸底盤(pán) 與試錐同時(shí)彎倒的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐可代表的溫度為該試錐的耐火度。 截頭三角錐，截面成等邊三角形 上底每邊長(zhǎng)2mm，下底每邊長(zhǎng)8mm，高30mm，。升溫速度規(guī)定，塞格爾錐每小時(shí)600，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)錐中溫部分每小時(shí)15，高溫部分每小時(shí)1000。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能耐火度的意義：評(píng)價(jià)原料純度和難熔程度。 耐火材料達(dá)到耐火度時(shí)實(shí)際上已不具有機(jī)械強(qiáng)度了，因此耐火度的高與低與材料的允許使用溫度并不等同，也就是說(shuō)耐火度不是材料的使用溫度上限只有綜合考慮材料的其它性能和

4、使用條件，才能作為合理選用耐火材料的參考依據(jù)。以鎂磚為例，其耐火度高達(dá)2000以上，但允許使用溫度大大低于耐火度。 “耐火度越高磚越好”陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能耐火原料及制品的耐火度名 稱耐火度范圍/名 稱耐火度范圍/結(jié)晶硅石硅 磚硬質(zhì)粘土粘土磚17301770169017301750177016101750高鋁磚鎂 磚白云石磚1770200020002000陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能2）高溫荷重軟化溫度耐火材料的高溫荷重軟化溫度（高溫荷重變形溫度）： 材料在溫度與荷重雙重作用下抵抗變形的能力，即指耐火材料試樣在固定壓力下，不斷升高溫度，試樣發(fā)生一定變形量和坍塌時(shí)的溫

5、度。高溫荷重軟化溫度在一定程度上 耐火制品在與其使用情況相近的條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與變形情況，因而是耐火制品的重要性能指標(biāo)。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能耐火制品的荷重軟化溫度 制品的化學(xué)-礦物組成 制品的組織結(jié)構(gòu) 制品的顯微結(jié)構(gòu) 制品的液相的性質(zhì)、 制品的結(jié)晶相與液相的比例及相互作用。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 耐火制品荷重軟化溫度的測(cè)定： 一般是在0.2MPa的固定載荷下，以一定的升溫速度均勻加熱，測(cè)定試樣（3650mm直圓柱體）壓縮0.6%、4%、40% 時(shí)的溫度。 試樣壓縮0.6%時(shí)的變形溫度即為試樣的荷重軟化開(kāi)始溫度，即通常所

6、說(shuō)的荷重軟化點(diǎn)。 試樣壓縮4（2mm）變形溫度； 試樣壓縮40（20mm）潰裂點(diǎn)；陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 影響荷軟的因素：化學(xué)礦物組成。晶相構(gòu)造和性狀、晶相與液相的比例和相互作用、液相粘度等。生產(chǎn)工藝。制品燒成溫度和氣孔率等。原料純度、雜質(zhì)成分的性質(zhì)和含量。測(cè)定條件。升溫速率快，荷軟溫度較高。 測(cè)定荷軟的意義： 可以作為材料最高的使用溫度。各種耐火材料的荷重變形曲線 1高鋁磚(Al2O370)；2硅磚，3鎂磚，4，6粘土磚；5半硅磚陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能幾種耐火制品的0.2Mh荷重變形溫度() 磚 種0.6變形溫度 4變形溫度40變形溫度硅磚(耐火度1730)一

7、級(jí)粘土磚(40Al2O3，耐火度1730)三級(jí)粘土磚莫來(lái)石磚(Al2O370)剛玉磚(Al2O390)鎂磚(耐火度2000)1650140012501600187015501470132016601900167016001500180015802020025020030陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能粘土磚： 荷重變形曲線比較平坦，開(kāi)始變形溫度較低，與40變形溫度間相差達(dá)200250。達(dá)到變形的溫度立刻破壞達(dá)到40變形前即潰裂開(kāi)始變形溫度與40變形溫度差很小開(kāi)始變形溫度其耐火度之間的差數(shù)不同硅磚只差幾十度鎂磚卻差近千度硅磚鎂磚陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能晶體以孤島狀分散于液相中

8、,變形溫度由液相的含量及粘度所決定荷重變形曲線不同的原因：存在的結(jié)晶相、晶體構(gòu)造和性狀晶體形成網(wǎng)絡(luò)骨架,變形溫度高晶相和液相的數(shù)量及液相在一定溫度下的粘度晶相與液相的相互作用，會(huì)改變液相的數(shù)量和性質(zhì)。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能粘土磚氧化鋁含量較高有很寬的荷重變形溫度范圍 硅酸鹽玻璃相800900下開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)檎扯却蟮囊合?。溫度升高，莫?lái)石晶體在液相（含一定數(shù)量的堿類）中分解或溶解作用，提高液相中A12O3SiO2的含量，液相的粘度增大。一定溫度范圍，溫度升高不使液相的高度粘滯性有變化，大量粘度高的液相的存在及此液相粘度不因溫度升高而降低的特點(diǎn)50左右的莫來(lái)石針狀晶體，孤立的分散于基質(zhì)

9、中，不形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)莫來(lái)石和作為莫來(lái)石基質(zhì)的大量的硅酸鹽玻璃相組成陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能鱗石英 少量的方石英，鱗石英形成矛狀雙晶相互交錯(cuò)構(gòu)成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，形成制品的堅(jiān)強(qiáng)骨架。約46的雜質(zhì)組成1015左右的液相，液相的粘度大鱗石英不因有液相出現(xiàn)而溶解在其中破壞網(wǎng)絡(luò)骨架，鱗石英接近熔點(diǎn)時(shí)，由于熔融而使骨架破壞引起磚的變形以致坍塌 開(kāi)始變形溫度與終點(diǎn)差1020，與耐火度差約6070 硅磚高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)突然喪失的特征硅磚方鎂石方鎂石晶體不形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)骨架，被結(jié)合物所膠結(jié)。方鎂石晶粒的熔點(diǎn)高 結(jié)合物:鈣鎂橄欖石和鎂薔薇輝石 其熔點(diǎn)較低的硅酸鹽 1400左右

10、開(kāi)始熔化，液相在高溫下粘度很小 荷重變形開(kāi)始溫度與終點(diǎn)相差1030 與耐火度之差則超過(guò)1000。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能鎂磚燒成溫度對(duì)荷重變形溫度影響： 提高燒成溫度 可降低氣孔率， 晶體長(zhǎng)大且結(jié)合良好 提高開(kāi)始變形溫度， 縮短開(kāi)始變形溫度與終了變形溫度之間的溫度范圍。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能原料的純度對(duì)荷重變形溫度影響：提高原料的純度 減少低熔物或熔劑的含量， 提高耐火材料的荷重變形溫度 影響取決于它們的化學(xué)組成陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能增加液相數(shù)量 降低其粘度粘土磚中的Na2O硅磚中的A12O3鎂磚中的SiO2、CaO在制磚配料中加入某些加入物改善磚

11、內(nèi)結(jié)合相的成分 鎂磚中引入適量的A12O3，形成鎂鋁尖晶石的結(jié)合， 引入適量的SiO2，形成鎂橄欖石結(jié)合制品的荷重變形溫度提高陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能測(cè)定荷軟的意義： 荷重變形溫度指標(biāo) 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 高溫下制品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況 可以作為材料最高的使用溫度。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意下述情況： 實(shí)際使用條件下所承受的荷重要低于200kPa。個(gè)別情況下達(dá)200500kPa，負(fù)荷低，制品的開(kāi)始變形溫度將升高； 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

12、的試驗(yàn)時(shí)間； 在實(shí)際使用過(guò)程中，耐火材料還可能承受其它種類的負(fù)荷，如彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)等。3）重?zé)€變化率高溫體積穩(wěn)定性: 耐火材料在高溫下長(zhǎng)期使用時(shí)，外形體積保持穩(wěn)定不發(fā)生變化(收縮或膨脹)的性能。收縮或膨脹產(chǎn)生原因：(1)燒成過(guò)程中，物理化學(xué)變化沒(méi)達(dá)到燒成溫度下的平衡狀態(tài)，高溫長(zhǎng)期使用，一些物理化學(xué)變化會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。(2)燒成不充分的制品，在窯爐上使用再受高溫作用時(shí)，燒成變化繼續(xù)進(jìn)行，制品的體積發(fā)生變化膨脹或收縮。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能收縮或膨脹產(chǎn)生結(jié)果： 重?zé)湛s或膨脹/殘余收縮或膨脹： 不可逆的體積變化 重?zé)w積變化的大小，表明制品的高

13、溫體積穩(wěn)定性。 耐火材料允許的重?zé)w積變化取決制品的使用條件和要求不超過(guò)0.51% 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，硅磚。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能重?zé)湛s或膨脹對(duì)耐火制品的使用有重要意義: (1)砌筑在爐頂?shù)闹破罚責(zé)湛s過(guò)大，發(fā)生砌磚脫落，引起整體結(jié)構(gòu)破壞的危險(xiǎn)。 (2)其它砌筑體使砌縫開(kāi)裂，降低砌體的整體性和抵抗物料的侵蝕能力，加速砌體的損壞。 (3)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)必然較大。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能重?zé)w積變化體積變化百分率或線變化百分率：式中：V，V0 分別表示重?zé)昂笤嚇拥捏w積； L，L0 分別表示

14、重?zé)昂笤嚇拥拈L(zhǎng)度。 當(dāng)重?zé)w積變化很小，Vc=3Lc重?zé)w積變化的測(cè)試方法:將試樣在高于使用溫度以上，保溫23h,測(cè)體積變化。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能降低制品的重?zé)湛s或重?zé)蛎浄椒ǎ?適當(dāng)提高燒成溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間。 不宜過(guò)高不宜過(guò)高原因 組織玻璃化 引起制品的變形 降低熱震穩(wěn)定性。 一般材料的重?zé)际鞘湛s的，為什么在砌筑窯爐等熱工設(shè)備時(shí)還要留膨脹縫？陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能4) 熱震穩(wěn)定性熱震穩(wěn)定性：耐火材料抵抗溫度的急劇變化而不破壞的性能?？篃嵴鹦詼囟燃弊兊挚剐詿嵴鸱€(wěn)定性低的材料抗熱震性小的材料硅磚易產(chǎn)生裂紋、開(kāi)裂鎂磚易

15、于剝落，熱震穩(wěn)定性高材料抗熱震性大的材料碳化硅堇青石熱震穩(wěn)定性低材料抗熱震性小材料制品和窯爐的加熱和冷卻速度慢制品、窯爐損壞較快。在環(huán)境溫度的急劇變化陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熱應(yīng)力：在約束狀態(tài)，材料隨溫度的升降，因材料的熱膨脹或收縮而引起的內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生熱應(yīng)力的因素：材料受機(jī)械約束均質(zhì)材料中溫度梯度，非均質(zhì)固體相之間的熱膨脹系數(shù)的差別單相多晶體中熱膨脹系數(shù)各向異性耐火材料抗熱震性較低陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能材料的熱震破壞1.瞬時(shí)斷裂，熱沖擊斷裂2.熱沖擊循環(huán)熱震損傷熱彈性理論斷裂力學(xué)熱應(yīng)力H材料固有強(qiáng)度f(wàn)熱彈性應(yīng)變能W材料的斷裂能

16、U熱震斷裂熱震損傷 裂紋成核裂紋擴(kuò)展 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 材料的熱導(dǎo)率大，制品的厚度小，表面對(duì)環(huán)境的傳熱系數(shù)小材料表面放出(或吸收)的熱量慢，利于制品內(nèi)溫度均勻化，可改善材料的抗熱震性。 隨加熱冷卻方式和材料形狀大小等變化，抗熱震參數(shù)也表現(xiàn)不同。 1）抗熱震斷裂材料受熱沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力材料的熱導(dǎo)率材料的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)材料的形狀大小比奧數(shù) 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 (1)急冷急熱高溫急冷(急熱)在冷卻(加熱)初期充分大充分小時(shí)表面層張應(yīng)力表面層壓應(yīng)力表面層溫度瞬間降至環(huán)境溫度材料的熱膨脹系數(shù) 材料的彈性模量 材料的初始溫度和表面溫度 泊松比 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐

17、火材料的使用性能材料可導(dǎo)致開(kāi)裂 最大安全溫度差即臨界溫差值愈大，材料能承受的溫度變化也愈大，抗熱震愈好 抗熱震參數(shù)反映材料抗熱沖擊性的優(yōu)劣，不是材料允許承受的臨界溫度差 材料破壞熱應(yīng)力的大小材料中應(yīng)力的分布應(yīng)力產(chǎn)生的速率應(yīng)力持續(xù)時(shí)間材料的特性材料的結(jié)構(gòu)陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能反映材料抗熱沖擊性的優(yōu)劣，不是材料允許承受的臨界溫度差 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能(2)緩慢加熱冷卻 充分小 充分小值充分大 直徑lcm的材料加熱在空氣中自然冷卻時(shí)，材料表面溫度變化緩慢，材料中心溫度開(kāi)始變化時(shí)，溫差才達(dá)到極大值，亦即熱應(yīng)力達(dá)到極大值。臨界溫差抗熱震參數(shù) 當(dāng)材料的內(nèi)部和外部與環(huán)境的

18、溫度差相接近并形成穩(wěn)定溫度分布時(shí)，用以比較材料的抗熱震性 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 (3)材料能容忍的最大升溫或冷卻速率 愈大 愈小 熱量在材料內(nèi)傳遞得愈快材料內(nèi)部的溫度差愈小 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熱彈性力學(xué)耐火材料的熱應(yīng)力材料固有強(qiáng)度最大溫差最高變溫速率 急冷急熱緩慢加熱冷卻 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能抗熱震損傷的理論基礎(chǔ):材料在溫度變化條件下的裂紋成核、擴(kuò)展及抑制等動(dòng)態(tài)過(guò)程，彈性應(yīng)變能和斷裂能之間的平衡作為熱震損壞的判據(jù) 實(shí)際上耐火材料中不可避免地存在著或大或小數(shù)量不等的微裂紋，在熱震環(huán)境中出現(xiàn)的裂紋核亦不總是立即導(dǎo)致材料的斷裂。 當(dāng)材料中積存的

19、彈性應(yīng)變能小，使裂紋擴(kuò)展成新斷裂面所必須的斷裂表面能大時(shí)，則材料的抗熱震性好。2）抗熱震損傷陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能材料的抗裂紋擴(kuò)展能力正比于斷裂表面能，反比于彈性應(yīng)變能抗熱震損傷參數(shù) 在對(duì)一系列斷裂能 相當(dāng)?shù)牟牧线M(jìn)行比較時(shí)，為常數(shù)?？篃嵴饟p傷參數(shù)陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能倘若熱震過(guò)程中產(chǎn)生了N條裂紋，則彈性應(yīng)變能必須支付N倍裂紋擴(kuò)展新生表面所需的表面能 C為半裂紋長(zhǎng)度 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能致密高強(qiáng)的耐火材料易于炸裂多孔的耐火材料適用于熱起伏環(huán)境抗熱震損傷性能好材料較高的彈性模量和較低的強(qiáng)度提高其斷裂能和改善其斷裂韌性適量的微裂紋存在陶瓷工業(yè)用耐火材

20、料-耐火材料的使用性能3）裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展與熱震裂紋的穩(wěn)定性參數(shù) 熱彈性力學(xué)的抗熱震斷裂理論裂紋成核，斷裂力學(xué)的抗熱損傷理論裂紋擴(kuò)展Hasselman將兩種理論統(tǒng)一 裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力是彈性應(yīng)變能，裂紋擴(kuò)展過(guò)程即彈性應(yīng)變能逐步釋放而支付表面能增量的過(guò)程，一旦全部應(yīng)變能向表面能轉(zhuǎn)化殆盡，裂紋的擴(kuò)展就終止了。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 對(duì)短裂紋 ,當(dāng)應(yīng)變能釋放率超過(guò)了表面能增量，多余的能量轉(zhuǎn)為裂紋擴(kuò)展中的動(dòng)能，驅(qū)使裂紋核繼續(xù)動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)展。當(dāng)應(yīng)變能釋放殆盡，裂紋就終止于長(zhǎng)度，此時(shí)是在 的條件下 處于亞臨界態(tài)。欲使重新轉(zhuǎn)為失穩(wěn)態(tài)面向前擴(kuò)展，則需要有一個(gè)溫差增量，當(dāng)溫差擴(kuò)大到 裂紋就隨著溫差的繼續(xù)

21、增大而逐步擴(kuò)展，并受裂紋穩(wěn)定性參數(shù) 控制。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能含短裂紋 的模型體一旦受到臨界溫差 的作用，強(qiáng)度 從原始的突然下降到 。隨后是一個(gè)相當(dāng)于亞臨界狀態(tài)的強(qiáng)度恒定階段，然后強(qiáng)度重又隨著裂紋的逐步擴(kuò)展而相應(yīng)地繼續(xù)下降。 熱震裂紋長(zhǎng)度和熱震殘留強(qiáng)度與熱震溫差T的關(guān)系陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能含短裂紋 的模型體一旦受到臨界溫差 的作用，強(qiáng)度 從原始的突然下降到。隨后是一個(gè)相當(dāng)于亞臨界狀態(tài)的強(qiáng)度恒定階段，然后強(qiáng)度重又隨著裂紋的逐步擴(kuò)展而相應(yīng)地繼續(xù)下降。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 對(duì)于長(zhǎng)裂紋 ，當(dāng)?shù)竭_(dá)了臨界溫差 ，長(zhǎng)裂紋 的擴(kuò)展是準(zhǔn)靜態(tài)的。既沒(méi)有動(dòng)能

22、的驅(qū)動(dòng)作用，也不存在處于亞臨界態(tài)的裂紋。隨著熱震溫差的逐步增大，裂紋相應(yīng)地繼續(xù)擴(kuò)展并由裂紋穩(wěn)定性參數(shù) 控制。在到達(dá)臨界溫差之后，隨著溫差 的繼續(xù)擴(kuò)大，其強(qiáng)度的下降表現(xiàn)得既連續(xù)又緩和。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熱震裂紋長(zhǎng)度和熱震殘留強(qiáng)度與熱震溫差T的關(guān)系陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能由于脆性，理想的耐火材料，亦難免會(huì)出現(xiàn)熱震裂紋核。當(dāng)材料的原始強(qiáng)度較高時(shí)，緊接著成核之后裂紋的極度動(dòng)態(tài)擴(kuò)展是難以避免的，導(dǎo)致災(zāi)難性的破壞。熱震前 和熱震后的強(qiáng)度Hasselman從陶瓷棒熱震裂紋成核后彈性應(yīng)變能和表面能之間的平衡出發(fā)出材料的原始強(qiáng)度愈高，其熱震后衰減程度大 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火

23、材料的使用性能選擇材料的依據(jù):盡量減小熱震裂紋擴(kuò)展的程度。材料應(yīng)有較高的斷裂能和彈性模量、較低的原始強(qiáng)度以及適當(dāng)?shù)牧鸭y密度，這將使終止裂紋 較小，熱震殘存強(qiáng)度相應(yīng)增大。從工藝學(xué)的角度,達(dá)到上述目的有效的途徑： 1) 增大材料的晶粒尺寸以擴(kuò)大原始裂紋長(zhǎng)度， 2) 人為地引入適量的裂紋密度以控制裂紋使之作準(zhǔn)靜態(tài)式連續(xù)擴(kuò)展。 不良的外形結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致制品中嚴(yán)重的溫度分布不均勻和應(yīng)力集中，惡化抗熱震性。 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熱震穩(wěn)定性的檢測(cè)方法： 將標(biāo)準(zhǔn)磚一端在爐內(nèi)加熱至一定溫度，并保溫一定時(shí)間，隨后取出在流動(dòng)冷水中冷卻，如此反復(fù)進(jìn)行冷熱處理，直至損失磚總重的一半為止，此時(shí)的急冷急熱次

24、數(shù)(熱交換次數(shù))，即為耐火磚的熱震穩(wěn)定性指標(biāo)?！拌偘宸ā睖y(cè)定熱震穩(wěn)定性。 插放在可動(dòng)框內(nèi)的磚，作為爐子的墻壁，被加熱到14001500，將框子轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，用通風(fēng)機(jī)冷卻，多次反復(fù)加熱和冷卻，制品失去的總重量來(lái)評(píng)定熱震穩(wěn)定性。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能直形磚水急冷法測(cè)定耐火制品的抗熱震性： 將長(zhǎng)為200230mm、寬為100150mm、厚為50100mm的直形磚的受熱端面伸入到預(yù)熱至1100的爐內(nèi)50mm，保持20min。 保溫過(guò)程完成后，從爐內(nèi)取出試樣，迅速將其受熱端浸入到流動(dòng)冷水中急冷3min，然后干燥。用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。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使

25、用性能長(zhǎng)條試樣試驗(yàn)法：將230mm114mm31mm或230mm65mm31mm的試樣放在加熱裝置的均熱板上，以規(guī)定的速率將一個(gè)面加熱到試驗(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。 每塊磚的抗折強(qiáng)度保持率 熱震穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法： 風(fēng) 冷（1000 ，30分鐘，風(fēng)冷，重復(fù)） 水 冷（1100，20分鐘，水冷，自然干燥，重復(fù)）評(píng)價(jià)： 試樣被破壞的程度 試樣強(qiáng)度的保持率陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熱震前A4SEM圖熱震后A4SEM圖陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熱震后A3SEM圖熱震前A3SEM圖陶瓷工業(yè)用耐火材料

26、-耐火材料的使用性能熱震前后各項(xiàng)性能對(duì)比表體積密度吸水率顯氣孔率熱震前熱震后差值熱震前熱震后差值熱震前熱震后差值A(chǔ)12.382.44+0.068.307.97-0.3319.7719.40-0.37A22.332.34+0.018.478.10-0.3719.6918.93+0.76A32.462.36-0.105.005.25+0.2512.2812.73+0.45A42.302.33+0.037.418.52+1.1119.0119.25+0.24A52.482.35-0.134.105.49+1.6610.1513.52+3.37材料氧化108小時(shí)后2000倍SEM照片 陶瓷工業(yè)用耐火材

27、料-耐火材料的使用性能5. 抗渣性 耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕作用而不破壞的能力 熔渣：高溫下與耐火材料相接觸的冶金爐渣 燃料灰 分、飛塵 固態(tài):燒結(jié)水泥塊，煅燒石灰、鐵屑 液態(tài)材料:熔融金屬、玻璃液 氣態(tài)物質(zhì):煤氣、一氧化碳、氟、硫、鋅、堿蒸氣陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熔渣侵蝕是耐火材料在使用過(guò)程中最常見(jiàn)的一種損壞形式: 各種煉鋼爐爐襯，盛鋼桶的工作襯， 煉鐵高爐從爐身下部到爐缸的爐襯， 許多有色冶金爐襯， 玻璃池窯的池壁 水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯等的損壞 高溫環(huán)境下，熔渣物質(zhì)與耐火材料相接觸，并與之發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致耐火材料的侵蝕損毀。約有50是由于熔渣侵蝕而損壞 陶瓷工業(yè)用

28、耐火材料-耐火材料的使用性能鋼水及熔渣對(duì)耐火材料的侵蝕陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能耐火材料在熔渣中的溶蝕損毀情況： 單純?nèi)芪g：物理溶解損毀-耐火材料與熔渣不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 碳素材料向鋼鐵溶液中的溶解-單純?nèi)芪g作用。 反應(yīng)溶蝕：耐火材料工作面的溶蝕損毀-耐火材料與熔渣物質(zhì)在其接觸界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的化合物。 粘土制品在熔渣中的溶解 在界面處的反應(yīng)溶解。 使溶解過(guò)程主要發(fā)生在接觸界面上。 滲透、侵入變質(zhì)溶蝕：耐火制品的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變?nèi)芪g損 毀- 熔渣類物質(zhì)通過(guò)耐火材料的氣孔或通過(guò)液相、固相擴(kuò)散，滲入耐火材料基體中與耐火材料的基質(zhì)和結(jié)晶相發(fā)生反應(yīng) 堿性耐火材料的熔渣侵蝕過(guò)程 侵

29、入變質(zhì)溶解 普通鎂質(zhì)制品 鎂質(zhì)基質(zhì)與熔渣相互作用后，可使液相通過(guò)氣孔向耐火材料內(nèi)部的較冷部分移動(dòng)，改變了耐火材料的化學(xué)礦物組成和組織結(jié)構(gòu)，在制品表面附近形成化學(xué)礦物組成和組織結(jié)構(gòu)不同的變質(zhì)層段帶，加速制品的損壞陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能硅鋁鎂質(zhì)窯具 晶相組成：堇青石、莫來(lái)石、殘余石英、 剛玉和玻璃相。 堇青石的分解、溶解； 莫來(lái)石長(zhǎng)大，二次莫來(lái)石化， 導(dǎo)致性能降低，機(jī)械損壞 陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熔渣在耐火材料中的滲透陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熔渣鎂砂顆粒熔渣在鎂砂顆粒中的滲透鎂碳化硅澆注料抗渣實(shí)驗(yàn)后電鏡圖片陶瓷工業(yè)

30、用耐火材料-耐火材料的使用性能 左：反應(yīng)層 右：滲透層陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能 左：變質(zhì)層 右：原質(zhì)層陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能影響耐火材料抗渣能力的因素：熔渣與耐火材料的化學(xué)礦物組成；耐火材料在熔渣中的溶解度；陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能溶解速度：dC/dt:溶解速度D:耐火材料通過(guò)擴(kuò)散層的擴(kuò)散系數(shù)； ：擴(kuò)散層厚度；C0：一定溫度下溶于熔渣中的耐火材料的飽和濃度；Cx：耐火材料在熔渣中溶解的實(shí)際濃度；S：熔渣與耐火材料相接觸的面積；渣的流動(dòng)性好 降低；溶解加快。使用溫度升高D變大；溶解加快。熔渣侵入機(jī)理方式：1、通過(guò)氣孔：氣孔率高的材料，熔渣易于通過(guò)氣孔滲

31、入耐火材料內(nèi)部，增大熔渣與耐火材料的接觸面積，而導(dǎo)致材料的溶蝕量加大。2、通過(guò)耐火材料中形成的液湘：耐火材料中雜質(zhì)含量較高時(shí)，耐火材料基質(zhì)中玻璃相的含量較高，高溫下形成的液湘較多，耐火材料的抗渣蝕性能較差。 3、在耐火材料固相中擴(kuò)散：熔渣在耐火材料固相中擴(kuò)散速度一般是較慢的。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能AB沿顆粒間形成的液湘侵入123在固相中的擴(kuò)散陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能熔渣對(duì)耐火材料的潤(rùn)濕作用：熔渣不潤(rùn)濕耐火材料，耐火材料不會(huì)被熔渣溶解或侵入。 碳磚 不被熔渣所侵蝕。 氧化鋯 連續(xù)鑄錠用水口磚選用氧化鋯的。 煉鋼轉(zhuǎn)爐用堿性磚 焦油

32、為結(jié)合劑和制品經(jīng)浸漬焦油后使用提高耐火材料的抗渣性： (1) 保證和提高原料的純度，改善制品的化學(xué)礦物組成。 耐火制品各單一相間溶解速度不同，主晶周?chē)幕|(zhì)為耐火性低的礦物或含有較多的低熔物，穩(wěn)定性低于主晶，溶解速度大，高溫熔渣作用下，為制品的薄弱環(huán)節(jié) 硅酸鋁質(zhì)制品:提高基質(zhì)部分的氧化鋁含量，形成莫來(lái)石化基質(zhì)，可提高制品的抗渣性。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能改變基質(zhì)化學(xué)礦物組成，減少低熔物和雜質(zhì)的含量 主晶間的基質(zhì)為玻璃相的制品:玻璃相易被熔渣侵蝕，破壞晶體晶格需要能量，使主晶體轉(zhuǎn)變?yōu)槿垡阂h(yuǎn)比玻璃相困難，增加制品中主晶相的含量，也會(huì)提高制品的抗

33、渣性。 (2)選擇適宜的生產(chǎn)方法，獲得致密而均勻的組織結(jié)構(gòu)的制品測(cè)定耐火材料抗渣性方法: 靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。 靜態(tài)法: 熔錐法、坩堝法和浸漬法。 動(dòng)態(tài)法: 回轉(zhuǎn)渣蝕法、轉(zhuǎn)動(dòng)浸漬法、撒渣法 高溫滴渣法和感應(yīng)爐法。陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能(1) 熔錐法 三角錐法將耐火材料與爐渣分別磨成細(xì)粉，按不同比例混合，制成截頭三角錐，其形狀、大小與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐相同按耐火度試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，以耐火度降低程度來(lái)表示耐火材料抗渣性的優(yōu)劣?？乖詼y(cè)試中最簡(jiǎn)單的方法，反映化學(xué)礦物組成對(duì)抗渣性的影響陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能靜態(tài)法(2)坩堝法 耐火制品上切取大約邊長(zhǎng)為80mm，高度65mm的立方體，

34、頂面中心鉆一直徑3040mm、深度3040mm的孔直徑50mm、高50mm的圓柱體試樣頂面中心鉆一直徑3040mm、深度3040mm的孔耐火材料直接制成這種坩堝裝入一定量的爐渣，在規(guī)定溫度下加熱，保持一定時(shí)間。冷卻后，從鉆孔的直徑部位切開(kāi)，觀察爐渣對(duì)耐火材料的侵蝕情況，得出一個(gè)定性的結(jié)果。缺點(diǎn)是爐渣化學(xué)組成很快改變，粘度增大，且無(wú)流動(dòng)沖刷作用陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能殘?jiān)突鸩牧响o態(tài)抗渣試驗(yàn)圖片陶瓷工業(yè)用耐火材料-耐火材料的使用性能(3) 浸漬法 將耐火制品切成圓棒狀，在規(guī)定溫度下，浸入熔渣中，浸漬一定時(shí)間后，取出觀察侵蝕情況，測(cè)定其體積變化，計(jì)算侵蝕百分率。