耐火磚抗熱震性能、測定及提高方法

耐火磚的耐熱震性

耐火磚的耐熱震性即耐火磚在溫度急劇變化的條件下抵抗損傷的能力。熱穩(wěn)定性、熱震穩(wěn)定性、耐熱沖擊性、耐溫急變性、耐急冷熱性等，耐火磚在低溫和中溫下是脆性材料，延展性不足，在熱工設(shè)備的使用中，耐火磚經(jīng)常遭受急劇的溫度變化，造成損傷。耐熱震性是耐火磚性質(zhì)的重要使用性能之一。耐火磚的耐熱震性是其力學(xué)性能和熱學(xué)性能在溫度變化條件下的綜合表現(xiàn)。耐火磚受到的急劇溫度變化稱為熱震。耐火磚在熱振動中產(chǎn)生的新裂紋和新裂紋擴展引起的裂紋、剝落、斷裂等狀況被稱為耐火磚的熱振動損傷。熱震損傷是熱應(yīng)力作用的結(jié)果，耐火磚在溫度變化時，變形受到抑制的應(yīng)力是熱應(yīng)力。耐火磚的重?zé)€變化在溫度變化時，耐火磚的熱膨脹在溫度梯度均勻作用時，變化時產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力與耐火磚的彈性模量和彈性成正比，耐火磚的彈性模量應(yīng)變等于線膨脹系數(shù)和溫度變化的乘積。

 

 

耐火磚抗熱震測量方法

耐火磚作為襯里和高溫下使用的部件的制作材料，不僅要承受高溫的作用，還要抵抗溫度的急劇變化。溫度變化對耐火磚的作用稱為熱沖擊和熱振動。耐火磚抗溫急劇變化不損壞的能力稱為耐火磚抗熱震性或熱震穩(wěn)定性，簡稱熱穩(wěn)定性。熱震損壞是耐火磚兩大損壞的原因之一，因此耐火磚的耐熱震性是其重要性質(zhì)。如何正確表現(xiàn)和評價耐火磚的耐熱震性是重要但困難的問題。雖然已經(jīng)做了很多工作，但是到目前為止還沒有公認(rèn)的好方法。由于耐熱震性是耐火磚的重要性質(zhì)，在科學(xué)研究和產(chǎn)品質(zhì)量的檢查中，人們經(jīng)常用不同的方法耐火磚的耐熱震性。所有測量方法包括三個主要內(nèi)容。首先，創(chuàng)造熱振動的環(huán)境，使耐火磚樣品能夠承受快速冷卻和加熱等溫度急劇變化。實際工作中常見的方法是重復(fù)加熱耐火材料樣品并進行冷卻循環(huán)。在一定在一定溫度下保溫后，放入冷水或其他冷介質(zhì)中或流動的空氣中突然冷卻，多次觀察樣品的損壞情況。對于不易水化的耐火磚，如高鋁磚可以在水中冷卻，而鎂磚等易水化材料可以在空氣中或其他非水液體材料中冷卻。近年來，也有用于熔鋼加熱的方法，耐火磚反復(fù)插入熔鋼加熱冷卻過程。反復(fù)加熱的次數(shù)取決于耐火磚的耐熱性好壞，耐熱性好的耐火磚，冷熱循環(huán)的次數(shù)多。耐火磚的耐熱震性評價方法包括觀察試驗后樣品裂紋的情況或破壞的面積、試驗前后重量損失率、抗折強度或彈性模量的維持率或損失率等。也可以測量熱震過程中聲音發(fā)射特征的變化，表現(xiàn)樣品耐熱震性的好壞。

 

抗熱震的具體試驗方法主要包括以下幾種

(1)加熱冷卻法。直接放置一定尺寸的樣品達到規(guī)定溫度的爐內(nèi)保溫達到規(guī)定時間后，立即從爐中取出，在水等介質(zhì)和空氣中淬火。重復(fù)上述過程達到規(guī)定的熱震循環(huán)次數(shù)后，觀察樣品的損壞情況，測定熱震前后抗折強度的維持率，判斷材料的熱震性好壞。(2)鑲嵌方法。鑲嵌方法是將耐火磚樣品堆積在爐壁和爐門上，在受熱的情況下加熱冷卻循環(huán)。我國目前的標(biāo)準(zhǔn)是將耐火磚樣品構(gòu)筑在試驗爐門上，爐門關(guān)閉后，樣品的一端在爐內(nèi)加熱，達到規(guī)定時間后，翻轉(zhuǎn)爐門，將熱耐火磚的一端放入人的冷水中冷卻。重復(fù)數(shù)次后，用受熱面積的破損率測量耐火磚的耐熱震性。在實際測量過程中，須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序進行測量。(3)長條法。將長條狀樣品放在支架上，樣品加熱面下有燃?xì)饪诤痛碉L(fēng)口。用煤氣加熱樣品到規(guī)定時間后，用吹風(fēng)設(shè)備吹風(fēng)冷卻一段時間。按規(guī)定重復(fù)幾次后，測定樣品熱震前后抗折強度和彈性模量的維持率，測定其耐熱震性的好壞。與一般加熱一冷卻法相比，兩者都采用長條形樣品，不同之處在于長條法單面加熱，加熱和冷卻過程中樣品有一定的溫度梯度。

 

如何提高鋁磚的抗熱震性？

以質(zhì)鋁礬土熟料和電熔白剛玉粉為原料，加入適量膨脹劑，經(jīng)成型和800℃熱處理，可制造熱震穩(wěn)定性高的鋁磚。其一級明礬熟料化學(xué)組成(%):Al2O383.50、SiO29.39、Fe2O31.29、K2O+Na2O0.86。電熔白剛玉粉Al2O3含量95.36%。泥粒配比:<5mm一級明礬熟料15~35%，<0.088mm一級明礬細(xì)粉20~40%，電熔白剛玉粉5~10%，紅柱石和硅線復(fù)合膨脹劑6~15%，化學(xué)結(jié)合劑6~10%。

混煉是在混煉機內(nèi)進行的。先在粗粒子中加入50%的化學(xué)結(jié)合劑，混合3~5min，再加入細(xì)粉、復(fù)合膨脹劑和其他化學(xué)結(jié)合劑。泥的粒度構(gòu)成為5~3mm18.4%、3~1mm26.7%、1~0.5mm3.5%、0.5~0.1mm8.2%、<0.1mm43.2%、水分3%、困難材料2h以上。

磚坯在300t摩擦磚機上成型，體積密度超過2.85g/cm3。磚坯在160℃干燥后，在倒煙窯內(nèi)保溫800℃進行熱處理。

該高鋁磚的理化指標(biāo)為Al2O377.01%、SiO213.71%、氣孔率20.4%、荷載軟化溫度1530℃、常溫抗壓強度、1500℃2h重?zé)€變化率+3.7%。熱振動穩(wěn)定性(1100℃，水冷)超過10次。該磚用于5t電爐頂部，無剝落、脫落。

 

抗熱震耐火磚

耐熱震耐火磚系列在高爐熱風(fēng)爐用耐熱震低蠕變高鋁磚系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進一步延伸、發(fā)展。主要特點是強調(diào)耐熱震性，荷重軟化溫度只是一般要求，在工業(yè)窯中具有更廣泛的應(yīng)用價值，具有以下特點

(1)開發(fā)系列熱震穩(wěn)定性的耐火磚如下:

熱振穩(wěn)定性≥30次，≥50次，≥70次，≥100次，≥200次

(2)A12O3含量45%~75%(45%~55%、55%~65%、65%~75%):

(3)荷載軟化溫度(0.2MPa，0.6%)≥1450~1500℃(1550℃)。

(1)根據(jù)對抗熱震性的基本認(rèn)識，材料的熱震穩(wěn)定性與線膨脹系數(shù)、彈性模量成反比，與導(dǎo)熱率成正比。研制出來的一系列抗熱震耐火磚，在這些因素上進行改進，尤其是低膨脹率礦物對抗熱震的影響。

(2)用復(fù)合材料，用其界面的微裂紋提高材料的耐熱震性。

(3)耐熱振動高鋁耐火磚:用三石改善材料的耐熱振動性。紅柱石、硅線石的線膨脹率都很小，在高溫下變成莫來石，得到的新相莫來石的線膨脹系數(shù)也很小(20~100℃、5.3×10-6/℃)。顯然，改變前后的結(jié)晶有利于抵抗熱震。因為紅柱石的線膨脹率比硅石小，所以使用紅柱石對改善材料的熱震更好。此外，紅柱石相變?yōu)槟獊硎梢孕纬稍S多細(xì)孔，有利于抗熱震。藍晶石及其熟料也是有益的礦物原料。

(4)用特殊的耐熱震添加物。添加物的選擇、添加量、添加方式等是非常重要的問題。對抗熱震耐火磚系列產(chǎn)品的開發(fā)，特殊的耐熱震添加物是核心。

抗熱震耐火磚的開發(fā)總結(jié)有三個系列

1)莫來石低膨脹礦物系列；

2)三石-低膨脹礦物系列；

3)三石/莫來石-低膨脹礦物系列。

 

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