衡量耐火材料性能的技術(shù)指標(biāo)都有哪些

耐火材料應(yīng)在一定的高溫操作條件下，能長(zhǎng)期使用而不損壞。一般以下述幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量其性能。

01耐火度當(dāng)耐火材料在足夠的高溫作用下，將逐漸發(fā)生軟化，并熔融成某種粘性的液體。因而，耐火度即指一種耐火材料抵抗高溫而不產(chǎn)生熔化的溫度。它是表現(xiàn)耐火材料性能的主要方面之一。耐火度系用規(guī)定尺寸和形狀的試樣，以一定的加熱速度來(lái)測(cè)定的。這種標(biāo)準(zhǔn)試樣是高為30毫米的三角錐體，下底為8毫米，上邊為2毫米。在高溫的影響下，試樣逐漸軟化，并根據(jù)生成溶體后粘性的降低，在其本身重量的作用下，向底部?jī)A斜。把試樣頂點(diǎn)降低到其底平面時(shí)的溫度，作為耐火材料的假定“熔化”溫度。試樣的加熱速度可以影響這種“熔化”溫度，因此須遵守一定的加熱速度。試樣溫度的測(cè)定，系與處于同樣加溫條件下的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫錐來(lái)比較的。這種“測(cè)溫錐”是用高嶺土、鋁氧和石英的混合材料做成的，在低溫錐內(nèi)還加入易熔物。這樣就組成不同彎倒溫度的測(cè)溫錐。目前一般公認(rèn)的耐火磚，其耐火度都應(yīng)在1580℃以上。

02高溫下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度耐火制品的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一般采用耐火材料在每平方厘米2公斤靜止負(fù)荷作用下所引起的一定數(shù)量變形的溫度來(lái)表示。按變形數(shù)量又分為開(kāi)始變形溫度變形為4%~10%，和終了變形溫度變形20%~40%。耐火材料的荷重軟化溫度，主要取決于天然耐火物的化學(xué)一礦物性質(zhì)(也就是某些結(jié)晶相的存在)、制品磚塊結(jié)晶構(gòu)造的特性、結(jié)晶與玻璃相(無(wú)晶形)間的比例以及玻璃相在一定溫度下的粘性。而制品的一般可見(jiàn)的顆粒組織情況對(duì)它也有一定影響。較密致的和較堅(jiān)實(shí)的制品具有較高的開(kāi)始軟化點(diǎn)。另外增加易熔物的數(shù)量也將降低耐火材料的變形溫度。變形溫度的降低數(shù)量，主要取決于易熔物的化學(xué)成份及其配比。影響最大的是能增加液相數(shù)量并減低其粘性的氧化物，這種氧化物對(duì)粘土磚是Na2O，對(duì)硅磚是Al2O3。但用作礦化劑的并能增加和改善磚塊結(jié)晶化的氧化物，則可促使軟化溫度的提高。工業(yè)窯爐垂直墻上的實(shí)際負(fù)荷，遠(yuǎn)比檢驗(yàn)時(shí)所采取的每平方厘米2公斤的負(fù)荷為低。只有在特殊的情況下，才達(dá)到每平方公分0.5~1.0公斤。而且當(dāng)襯磚的一面加熱時(shí)，其負(fù)荷的重量為砌體較冷的一面所承擔(dān)。而支柱與拱頂部份則影響較大。在大多數(shù)情況下，熔渣、燃料灰、礦粉、氣體等是損害耐火磚的主要因素。由于這些東西的作用，可以改變耐火磚的化學(xué)一礦物成份，顯著降低它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在焦?fàn)t上砌體的受熱條件與其他工業(yè)爐不同，整個(gè)爐體由將近10米高的耐火砌體構(gòu)成，自重甚大。砌體又系兩面受熱，并經(jīng)常遭受機(jī)械磨擦。因此，需要保持較低的操作溫度，必須嚴(yán)格地遵守加熱制度，以保持爐磚的壽命。

03高溫下的體積固定性當(dāng)耐火磚長(zhǎng)期在高溫情況下存留時(shí)，將會(huì)引起一些殘存的相成份和組織的繼續(xù)變化，產(chǎn)生重結(jié)晶和燒結(jié)現(xiàn)象。這些化學(xué)變化的出現(xiàn)，引起耐火制品體積的改變。這些非可逆性的尺寸變化，叫做耐火材料的殘存膨脹或收縮。這些殘存膨脹或收縮是由于耐火制品的燒成不足所引起的。因此，在足夠的燒成溫度和燒成時(shí)間下，可使耐火材料達(dá)到最高的體積固定性。但是磚塊在過(guò)高的溫度下燒成時(shí)，可能引起磚的變形及其組織的玻璃化。因磚的變形而造成大量廢品，而組織的玻璃化將降低其溫度急變的抵抗性。當(dāng)殘存收縮過(guò)大時(shí)，將引起砌體磚縫的開(kāi)裂，破壞砌體的嚴(yán)密性，結(jié)果導(dǎo)致砌體結(jié)構(gòu)的松裂和破壞。殘存膨脹為害較少。但過(guò)大時(shí)也將引起砌體的腫脹，使其幾何形狀和均勻分布的應(yīng)力遭到破壞。耐火材料的殘存收縮和膨脹，系采用在一定溫度下將其重復(fù)鍛燒的方法來(lái)測(cè)定。每組和每種制品的檢定溫度，系根據(jù)對(duì)此種制品的要求和使用條件來(lái)決定，對(duì)各種狀態(tài)的粘土質(zhì)和半硅質(zhì)耐火材料，取為1250~1450℃，對(duì)硅磚則為1450℃。測(cè)定鍛燒前與鍛燒后的體積變化，換算成線收縮，以百分率來(lái)表示。各種耐火材料的殘存收縮或膨脹的準(zhǔn)許數(shù)字，取決于其使用性質(zhì)，一般都不應(yīng)超過(guò)0.5~1.0。

04溫度急變抵抗性在間歇操作的工業(yè)窯爐內(nèi)，由于加熱溫度發(fā)生變化，或在連續(xù)操作的設(shè)備內(nèi)，由于溫度的波動(dòng)，都會(huì)使耐火制品產(chǎn)生裂紋甚至產(chǎn)生與加熱面平行的磚片剝落情況。耐火制品抵抗溫度反復(fù)波動(dòng)而不損壞的性能稱為溫度急變的抵抗性。這種崩裂的原因，是由于加熱溫度變化后在制品的內(nèi)部由溫度差而產(chǎn)生的應(yīng)力所致。它跟耐火制品的熱膨脹性能和導(dǎo)熱性有直接關(guān)系。采用計(jì)算方法來(lái)測(cè)定溫度急變抵抗性是很復(fù)雜和不易完全的。因而一般都采用直接測(cè)定方法，這種方法是將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的耐火制品的一端放在電爐內(nèi)急驟加熱到850$，然后在流動(dòng)的水中冷卻。按照OCT-3267的標(biāo)準(zhǔn)方法，以剝落部份達(dá)到最初總重20%以前所能耐住的急冷急熱次數(shù)來(lái)表明耐火材料的溫度急變抵抗性。這樣的測(cè)定方法，顯然是同工業(yè)窯爐的操作條件不一致的。但由于試驗(yàn)時(shí)間的限制，一般都采用這種方法來(lái)檢驗(yàn)。另外還有一些其他的試驗(yàn)方法，從這些試驗(yàn)的結(jié)果，可以提供某種耐火材料在這方面的性能，而在選擇焦?fàn)t各個(gè)部位使用的耐火材料時(shí)，應(yīng)將其作為重要條件之一來(lái)考慮。

05主要的物理性能1.熱膨脹：耐火制品跟所有的物理物體相同——加熱后產(chǎn)生膨脹，冷卻后即行收縮。這種膨脹屬于可逆性的物理變化，與前述的“殘存膨脹”不同。前者的膨脹是由于相成份和組織變化所引起的一種非可逆性的變化，而熱膨脹則取決于該材料的化學(xué)一礦物成份，而磚塊的組織性質(zhì)、密度和強(qiáng)度等都無(wú)影響。評(píng)定耐火材料的性質(zhì)不僅要考慮其膨脹系數(shù)的大小，而且還考慮在整個(gè)膨脹過(guò)程中的均衡性。特別是在要求砌體結(jié)構(gòu)密實(shí)、壽命長(zhǎng)、而且是采取硅磚砌成的焦?fàn)t中，熱膨脹就顯得更為重要了。2.熱傳導(dǎo)性：耐火制品的熱傳導(dǎo)性系數(shù)以導(dǎo)熱系數(shù)“來(lái)表示。其單位可用技術(shù)單位——千卡/米?小時(shí)?度，或物理單位——毫卡/厘米?秒?度來(lái)計(jì)算。導(dǎo)熱系數(shù)λ值隨加熱溫度的提高而增大。如在室溫下硅磚的λ值為1千卡/米?小時(shí)?度左右，在1000~1200℃時(shí)則增大至1.5千卡/米?小時(shí)?度。粘土磚的數(shù)值也發(fā)生相似的變化。但對(duì)于某些具有結(jié)晶組織的耐火制品，在溫度提高時(shí)，λ值反而縮小。例如鎂磚在室溫下λ值為4~5，千卡/米?小時(shí)?度，而在1000℃時(shí)降為2~3千卡/米?小時(shí)?度。碳化硅磚尤為顯著。導(dǎo)熱性隨耐火制品氣孔率的提高而降低。例如體積比重1.95的密致粘土磚，其λ值為0.9千卡/米?小時(shí)?度，但體積比重增至2.2時(shí)，λ值提高為1.10千卡/米?小時(shí)?度。熱傳導(dǎo)性對(duì)于砌筑焦?fàn)t炭化室加熱墻來(lái)說(shuō)，是個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。3.熱容量：熱容量以千卡/公斤，度來(lái)表示。在計(jì)算焦?fàn)t蓄熱室格子磚和爐墻磚的含熱量時(shí)很有用，它能表示砌體自廢氣中吸存熱量的能力。

06磚塊組織的密度指標(biāo)耐火制品的顆粒組織密實(shí)程度和機(jī)械強(qiáng)度，是表明耐火材料性能的另一個(gè)重要方面。組織密度和強(qiáng)度的提高，即表示這種耐火制品能夠承受較為惡劣的生產(chǎn)操作條件而不致?lián)p壞。1.密度：耐火制品的密度以如下幾個(gè)數(shù)值來(lái)表明：吸水率、體積密度、顯氣孔率和真氣孔率。體積密度和顯氣孔率是評(píng)定各種耐火材料的重要指標(biāo)。同一種磚型，尤其在同一工廠，用同一原料按規(guī)定程序來(lái)制造的，其產(chǎn)品體積密度的波動(dòng)是不大的，因而常?？砂大w積重量數(shù)值來(lái)判斷耐火制品的燒成、原料的質(zhì)量或其他制作工序是否良好。體積重量系材料的單位體積重量，其中包括空隙，以克/厘米3表示，用從磚上打下的小磚塊，在水內(nèi)飽和后用靜水秤量法來(lái)測(cè)量。在煮沸后被磚塊吸入的水量叫做吸水率，以磚塊干時(shí)重量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。磚塊被沸騰的水所占據(jù)的體積與磚塊的整個(gè)體積之比，稱為顯氣孔率。如以水的比重為1.0，則顯氣孔率即為吸入水的重量除以磚塊體積所得的結(jié)果(以百分?jǐn)?shù)表示)。真氣孔率即所有空隙的總和——包括沸水能滲入的和密閉的氣孔，與其比重的比值，以百分?jǐn)?shù)表示，其求法如下：材料單位體積(不包括空隙)的重量叫做真比重。2.透氣性：當(dāng)耐火制品的兩側(cè)與不同壓力的氣體接觸時(shí)，氣體將由壓力較大的一側(cè)，經(jīng)耐火制品中的氣孔流往壓力較小的一側(cè)。耐火制品的這種性能，就叫做透氣性，它隨耐火磚塊氣孔率的降低而縮小。除此以外，透氣性還取決于孔隙的大小及其相互間的聯(lián)系。因而透氣性除能表示氣孔量以外，還能表明孔隙的性質(zhì)。在焦?fàn)t的砌體中，大部份都處于不同壓力的氣流下，如蓄熱室墻、炭化室墻等。為了保證這些砌體在生產(chǎn)時(shí)的嚴(yán)密，應(yīng)當(dāng)要求耐火磚具有最小的透氣性。3.耐壓強(qiáng)度：在大部份的工業(yè)窯爐和焦?fàn)t上，耐火制品所承受的負(fù)荷都不大，一般不超過(guò)1~2公斤/平方厘米。而實(shí)際上，大部份耐火制品的耐壓強(qiáng)度都在250~350公斤/平方厘米之間或者更高。所以，制品的耐壓強(qiáng)度決不是為了抵抗?fàn)t墻上所產(chǎn)生的靜止負(fù)荷。高的耐壓強(qiáng)度主要是表示成型料的加工質(zhì)量、磚塊組織均勻性及其燒成良好程度等項(xiàng)的主要指標(biāo)。某些強(qiáng)度較高的制品，常常必須具有高的燒成溫度，以便在其中完成重結(jié)晶、磚塊燒結(jié)、減少殘存收縮過(guò)程等。為了抵抗摩擦、沖擊和其他機(jī)械作用，也需要較高的耐壓強(qiáng)度。耐壓強(qiáng)度補(bǔ)充氣孔率而成為檢查產(chǎn)品組織均勻性和操作過(guò)程正確性的可靠指標(biāo)。因此，每種耐火制品都必須進(jìn)行耐壓強(qiáng)度的檢驗(yàn)。根據(jù)專門(mén)的試驗(yàn)確定：大部份耐火制品的強(qiáng)度是隨著溫度的提高而增加的，在1000℃~1100℃時(shí)到達(dá)最高的強(qiáng)度。這個(gè)最高數(shù)值可能為常溫下所得數(shù)值的200~300%。但隨著溫度的提高而又顯著地降低。

07化學(xué)——礦物性質(zhì)磚塊的化學(xué)和相成份以及結(jié)晶的組織特征等，決定著耐火制品的各種性質(zhì)。而耐火制品的物理性能在一定程度上，也受到化學(xué)-礦物性質(zhì)的限制。耐火制品在高溫下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、燒成時(shí)的體積固定性及抗渣固定性等，在很大程度上也受化學(xué)-礦物性質(zhì)的影響。

08外形尺寸的正確性根據(jù)某些損壞的工業(yè)窯爐來(lái)看，耐火砌體的磚縫一般都是損壞的開(kāi)始地點(diǎn)。因而，質(zhì)量良好的砌體