4.1.5 Рабочие свойства огнеупоров и их контроль

Самым важным свойством огнеупоров является их стойкость по отношению к высоким температурам про­цесса, которая определяется сохранением первоначаль­ного физического состояния и формы. Это свойство ог­неупоров обусловливает устойчивость строительных элементов печных сооружений при высоких температу­рах. Пределом огнеупорности керамических изделий яв­ляется переход изделия в размягченное состояние, ког­да оно начинает деформироваться. Большинство огне­упорных изделий не имеет резкой точки перехода из твер­дого состояния в жидкое, как это имеет место у ме­таллов.

Особенностью огнеупорных изделий является наличие температурного интервала размягчения.

Термическая стойкость огнеупоров (термостойкость).В кладке печей огнеупоры часто подвергаются дейст­вию переменных температур, особенно в печах с периоди­ческим режимом работы, где изменение температуры ча­сто достигает очень больших значений. Подобные коле­бания температур в печах вызывают изменения структуры огнеупоров, приводящие к разрушению футеровки печей.

Термостойкостью называется способность огнеупор­ных изделий выдерживать резкие колебания температур не растрескиваясь и не разрушаясь. Термическая стой­кость огнеупоров зависит от их природы и определяется физикомеханическими свойствами материалов: модулем упругости, теплопроводностью, теплоемкостью ностыо.

Эти факторы определяют ско­рость распространения температуры и быстроту ее выравнивания в огнеупоре и следовательно величину межкристаллических напряжений.

При внезапном нагревании в огнеупоре появляются значительные напряжения. Это объясняется тем, что при плохой теплопроводности и значительной теплоемкости огнеупора его прогрев протекает весь­ма медленно. Поэтому напряжения, возникшие на границах двух разно-температурных слоев, являются причиной механического разрушения огнеупора. Из рис. 180 видно, что нагревае­мая сторона огнеупора расширяется, а холодная стремит­ся сохранить свое первоначальное состояние.

Термостойкость огнеупорных изделий проверяют сле­дующим способом. Испытуемые образцы огнеупоров предварительно взвешивают, а затем торцевыми концами помещают в печь на глубину 50 мм, остальная часть из­делия находится вне печи; образцы нагревают до 850° С и выдерживают при данной температуре 40 мин. После этого их извлекают из печи и немедленно горячими кон­цами ставят на торец в бак с проточной водой на глубину 50 мм. В воде образцы выдерживают 3 мин, затем извле­кают и устанавливают на холодные противоположные торцы на стол для воздушной отпарки на 7 мин. Такой цикл, состоящий из трех операций, называется водяной теплосменой. После каждой теплосмены образец взвеши­вают. Испытания продолжают до потерь образцом 20% от первоначальной массы. После чего испытания закан­чивают; число водяных теплосмен, вызвавших разруше­ние изделия и потерю массы, равную 20%, характеризует его термостойкость в водяных теплосменах.

Название огнеупора Число водяных теплосхем

Динасовые. 1—3

Полукислые 4—15

Шамотные 10—25

Многошамотпые 40—70

Шамотный огнеупорный лег­ковес 7—12

Хромитовые 3—5

Хромомагнезитовые 5—12

Термостойкий хромомагнезит 40—60

Высокоплотные магнезитовые 10—16

Магнезитовые 2—5

Карборундовые па глинистой

Связке 25—60

Цирконовые 10—17

Некоторые огнеупорные изделия, например, легковес­ные и магнезитовые подвергают испытаниям на термо­стойкость в воздушных теплосменах. В этом случае кир­пичи, закладывают в подвижную раму и подвергают од­ностороннему нагреву в стене печи и искусственному охлаждению дутьем. Вначале рама с кирпичом служит стеной печи, нагреваемой до 1500-1600° С, а затем ее передвигают для охлаждения к вентилятору. После ряда таких повторных нагревов и охлаждений термическую стойкость испытанных изделий оценивают по суммарной потере их массы.

Ниже представлена термическая устойчивость огне­упорных изделий в водяных теплосменах.

Испытание огнеупоров на сопротивление деформации при высоких температурах Для данных испытаний приготовляют из огнеупора образец в форме цилиндра высотой 50 мм, диаметром 35,7 мм, с площадью основания 10 см². Этот образец помещают в печь и при нагревании подвергают ис­пытанию давлением. Величина нагрузки должна состав­лять 0,19 МН/м² (2 кгс/см²) поперечного сечения для об­разца в первоначальном состоянии.

При испытании скорость подъема температуры до 800° С не должна превышать 10 град/мин, а свыше 800° С должна быть от 4 до 5 град/мин.

При испытаниях устанавливают температуру начала деформации образца и температуру, при которой сжатие огнеупора достигает 40% первоначальной высоты об­разца.

Испытанием огнеупоров на сопротивление сжатию при высоких температурах устанавливают механическую прочность огнеупоров, т. е. их рабочие свойства, табл. 4.

Таблица 4 Рабочие свойства огнеупоров

Огнеупоры	Объемная масса, кг/м3	Кажущаяся пористость, %		Временное сопротив-ле­ние сжатию, МН/м2		Температура начала де­формации под наг-руз­кой 0.19. МН/м2, °С	Огнеупор­ность, оС	Термостойкость в водяных теплосме-нах
Динас	2020	23-25	20,6-22,07		1640		1710	1-3
Магнезит	2700 3040	22-27	49,0-137,1		1360- 1700		2000	2-3
Хромомагнезит термостойкий	2900	18-24	39,24		1480		1800 - 1950	40
Шамот	1800 2000	15-32	9,81- 39,2		1175- 1425		1580 - 1700	10-25
Муллитовый Ереванского за­вода	3290	1,0	301,65465,97		1700		1850	-
Высокоглино- земистый, мул лито-корундовый Подольско­го завода	2760	15,2	68,9		1520		1820- 1850	50

Временное сопротивление сжатию при обычной тем­пературе считается одним из важных показателей каче­ства огнеупоров.

Временное сопротивление сжатию. Временное сопротивление огнеупоров сжатию зави­сит от структуры изделия, однородности огнеупора, кон­такта между отощающим и связующим компонентами огнеупорной массы.

В печных устройствах огнеупоры подвергаются весьма малым сжимающим давлениям, которые значительно меньше давлений при испытании на прочность при обыч­ной температуре. Например, стандарт на динасовые и шамотные изделия устанавливает нижний предел этой характеристики при нормальных условиях в 10— 12МН/м², но с повышением температуры предел прочно­сти на сжатие уменьшается, табл. 5.

Таблица 5 Временное сопротивление огнеупоров сжатию при разных температурах

Вид огнеу-поров	Временное сопротивление сжатию, МН/.м2, при температуре, испытания, °С
	150	500	1000	1300	1400	1500	1600
Динас Шамот Магнезит	16,68 18,64 41,20	14,72 17,66 37,29	11,77 20,60 31,39	7,36 8,83 26,49	5,88 1,18 23,54	4,71 0,589 18,15	2,94 0,049 0,785