3.3 Термостойкость

Распространенное разрушение огнеупоров – это растрескивание и откалывание их в результате возникновения температурных напряжений.

Температурные напряжения возникают в следствии разности расширения соседних слоев в огнеупоре. Это может быть как в результате разности t⁰ соседних слоев огнеупора, так и в результате разницы коэффициентов теплового расширения соседних слоев.

где к – показатель термостойкости;

l- коэффициент теплопроводности;

b- коэффициент термического расширения;

с- теплоемкость;

g- объемный вес;

l- максимальное удлинение;

h- коэффициент пропорциональности.

Термостойкостью называется способность огнеупора выдерживать резкие колебания температуры, не растрескиваясь и не разрушаясь.

Измеряют термостойкость числом теплосмен, которое выдерживает огнеупор при испытании (до потери в массе 20%). Различают водяные и воздушные теплосмены. Исследование проводят в соответствии с установленным стандартом. За одну водяную теплосмену принимают: односторонний нагрев изделия до t = 1300 ⁰С при комнатной температуре холодного конца с последующим охлаждением нагретого конца в проточной воде. Испытуемые образцы взвешивают и помещают в печь при t = 1300 ⁰С, выдерживают в течении 10 минут. Циклы повторяют до потери 20% массы огнеупора. Количество циклов = р количеству теплосмен.

Обозначение ТС₁₃₀₀=10 (10- количество теплосмен).

При воздушных теплосменах охлаждение нагретого образца производится на воздухе.

При создании изделий из различных исходных материалов необходимым условием получения высокой термостойкости является соблюдение условия:

т.е. g₁>g₂ при E₁<E₂,

где Е₁ и Е₂- модули упругости компонентов 1 и 2;

g₁ и g₂ - их термические коэффициенты линейного расширения.

4. Физические свойства огнеупоров.

К физическим свойствам огнеупоров относятся плотность (пористость), газопроницаемость, механическая прочность (предел прочности при сжатии при обычной температуре), объёмная масса, которые характеризуют структуру огнеупорного материала.

4.1 Пористость.

Макроструктура огнеупорных изделий характеризуется твёрдой частью и порами. Твёрдая часть (заполнитель) имеет крупные зерна, состоящие из кристаллических фаз, и более мелкие зёрна – связки – содержащие оксидостеклообразователи ( SiO₂, P₂O₅ и т.д.), имеет полимерное строение и при некоторых t^o эластичность. Поры расположены в крупных зёрнах, между зёрнами и в связке.

Большинство огнеупорных материалов и изделий пористы. Различают следующие виды пористости:

- открытую П_о или кажущуюся П_к – это такая пористость, при которой поры сообщаются с поверхностью огнеупора и при кипячении его в воде могут заполняться водой;

- закрытую П_з, при которой поры изолированы от окружающей среды;

- общую или истинную П_и, при которой есть как закрытые, так и открытые поры.

Часть открытых пор, а именно те поры, с помощью которых сообщается внутренняя поверхность огнеупора с наружной, называют сквозными или проницаемыми порами П_с.

Пористость выражается процентным отношением объёма пор к общему объёму образца.

Истинная пористость колеблется в очень широких пределах – от 0 до 90%. Пористость изделий зависит от пористости применяемых исходных материалов и от способа их изготовления (режима прессования, обжиг и т.д.).

Наименьшей пористостью обладают литые изделия – П_к = 0 – 16%; обычные огнеупоры, изготовленные пластичным формированием или полусухим прессованием, имеет истинную пористость в пределах 16 – 30%; изделия, предназначенные для тепловой изоляции, имеют пористость П_к = 50 – 90%. Открытая пористость (кажущаяся) определяется насыщением водой исследуемого образца, путём его кипячения в течение 3 часов. Вычисления открытой пористости, процент, производится по формуле:

где G₁ – масса сухого образца, кг;

G₂ – масса образца насыщенного водой, кг;

V – объём образца, м³.

Объём образца определяется путём гидростатического взвешивания. Вводя понятие «водопоглощения» определяют кажущуюся плотность. Водопоглощением (В) называется отношение поглощённой воды к массе сухого образца.

Отношение открытой пористости к водопоглощению равно кажущейся плотности, кг\м³.

r_каж =

При определении истинной пористости П_и надо знать плотность материала r ( масса единицы объёма материала в плотном состоянии – без пор).

Отношение кажущейся плотности r_каж к истинной плотности характеризует степень плотности изделия. Определив степень плотности изделия, можно найти его истинную пористость, %:

П_и=(1 – r_каж/r)×100.

Закрытая пористость определяется, как разность истинной и открытой пористости.

П_з=П_и – П_о.

Пористость огнеупорных изделий влияет на их теплопроводность, шлакоустойчивость и механическую прочность. Сквозная пористость оказывает большое влияние на газопроницаемость изделий.

Проницаемая (сквозная) или эффективная пористость – рассчитывает-ся по газопроницаемости.

где к – коэффициент проницаемости;

r – радиус проницаемости (эффективности пор).

Насыщенный водой образец продувается воздухом под давлением

где – поверхностное натяжение воды,

Q – угол смачивания,

r – радиус пор.

Капиллярная пористость равна объёму воды, поглащаемой при свободном насыщении образца водой, когда высота образца ниже максимальной высоты капиллярного всасывания.

Канальная пористость не зависит от открытой пористости и от газопроницаемости, а является самостоятельной характеристикой.

Общая пористость – отношение объёма всех пор к общему объёму изделия (в %).

Кажущаяся пористость – отношение объёма открытых пор к общему объёму изделия (в %).

Закрытая пористость – отношение объёма закрытых пор к общему объёму изделия (в %).