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窯爐用耐火材料的選擇必須依據的5項技術性能指標

發布日期: 2020-12-09 11:28:10    閱讀量(127)    作者:

耐火材料的性能可分為物理性能和技術性能。耐火材料的物理性能主要包括體積、密度、吸水率、氣孔率、比重、透氣性、耐壓強度、熱膨脹性、導電性、導熱性及熱容量等。這些物理性能又將會影響著耐火材料的技術性能。耐火材料的技術性能指標包括耐火度、高溫結構強度、高溫化學穩定性、熱震穩定性、高溫體積穩定性等。這些性能指標可為熱處理爐的設計者提供一定的選擇依據。

(1)耐火度。

耐火度是耐火材料抵抗高溫作用而不熔化的性能,指的是耐火材料受熱后軟化到一定程度時的溫度。耐火度的測定方法為:將耐火材料磨碎到粒度小于0.2mm,用糊精調配并制成等邊三角錐形體,在規定的加熱條件下加熱,直到試錐頂部將因為受溫度和自身質量的影響而彎倒,當其彎到剛接觸底平面時對應的溫度作為耐火度(圖1)。耐火度高于1580℃的材料才稱為耐火材料。

圖1耐火度的測量

根據耐火度的高低,耐火材料可分為:普通耐火材料,耐火度為1580~1770℃;高級耐火材料,耐火度為1770~2000℃;特級耐火材料,耐火度大于2000℃。

耐火材料的耐火度,主要取決于它的化學成分和材料中易熔雜質如FeO和Na2O等的含量。耐火材料的耐火度既不是材料的熔點,也不是材料的實際使用溫度。由于在高溫條件下耐火材料承受載荷作用時會使其軟化承載能力下降,所以實際使用溫度要低于材料的耐火度。

(2)高溫結構強度(荷重軟化點)。

耐火材料在實際使用中要承受一定的載荷,因此,高溫結構強度(又稱為荷重軟化點)是耐火材料的一個重要的技術性能指標,常用荷重軟化點來評定。荷重軟化開始點是指在一定壓力(重質材料196kPa,輕質材料為98kPa)下,以一定的升溫速度加熱,測出耐火制品開始變形(0.6%)時的溫度,即為荷重軟化開始點。

(3)高溫化學穩定性。

高溫化學穩定性是指耐火材料在高溫下抵抗熔渣、熔鹽、金屬氧化物和爐內氣氛等的侵蝕作用的能力。它包括化學侵蝕和物理溶解,常用抗渣性來評定,目前多數僅以定性指標來表示。根據耐火材料與熔渣、熔鹽等所發生的化學反應不同,可把耐火材料分成酸性、中性和堿性三類。

高溫化學穩定性與組成物的化學性質及其物理結構有密切關系。例如,黏土磚和高鋁磚對酸性和堿性熔渣都具有一定的抗蝕作用;而硅磚只能具有抗酸性熔渣作用,不能具有抗堿性熔渣作用;鎂磚只能具有抗堿性熔渣作用。

制造無罐滲碳氣氛熱處理爐時,爐墻內襯的耐火材料要選用抗滲碳磚,即含氧化鐵小于1%(質量分數)的耐火磚,這是由于滲碳氣氛對普通耐火磚具有很強的破壞作用。

(4)熱震穩定性。

熱震穩定性又稱為耐急冷急熱性,是指耐火制品對急冷急熱的溫度反復變化時抵抗破壞和剝落的能力,熱震穩定性取決于耐火制品的化學成分和組織結構等因素。其測定方法是將重質耐火材料加熱至850℃,然后在流動的冷水中冷卻,反復進行直至耐火制品破碎或剝落至質量損失達到20%時所經歷的加熱冷卻循環次數作為重質耐火制品的熱震穩定性指標。對于周期作業爐經常承受這種溫度的急變,如果耐火材料沒有足夠的熱震穩定性,就會過早地損壞。

輕質耐火制品熱震穩定性的測定,是將標準磚加熱至1000℃,在靜止空氣中冷卻,反復進行,直至磚體的質量損失為20%時的加熱冷卻循環次數作為熱震穩定性指標。

(5)高溫體積穩定性。

高溫體積穩定性指耐火制品在高溫下長期使用而保穩定不變的性能。耐火材料在高溫下使用時,其化學成分不斷發生變化,產生再結晶或進一步燒結的現象,使耐火制品產生了不可逆膨脹或收縮。這種變化通常以熱膨脹系數和重燒線收縮率來表示。如果這種體積變化過大,會影響砌體的強度,嚴重時可以造成砌體的倒塌,為防止這種現象的產生,一般情況下要求各種耐火制品的體積變化不超過0.5%~1.0%。

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