耐火材料種類繁多,但是對于這么多耐火材料,制造者從制造工藝和質(zhì)量管理角度出發(fā),使用者為了檢定商品,安排合適的用途,都要求規(guī)定它的試驗方法。其它國家的不說,日本也制定了或正在制定各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。如上所述,因為根據(jù)用途,對耐火材料要求的性能是各不相同的,試驗也應(yīng)當(dāng)采用切合實際的方法。一般最好對幾項重要的項目進行試驗。更重要的是對得到的試驗數(shù)據(jù)進行處理,并且從與其他數(shù)據(jù)的相互關(guān)系上,根據(jù)豐富的經(jīng)驗,正確理解這些數(shù)據(jù)。下面概略地介紹一下耐火材料的主要試驗方法。
(1)氣孔率、吸濕率及比重
耐火磚中有實質(zhì)部分(巖石),與外界相通的開口氣孔和與外界不相通的肉口氣孔。全部氣孔容積占制品總體積的百分比稱為真氣孔率,開口氣孔容積占制品總體積的百分比稱為顯氣孔率。開口氣孔中充滿水后,水的重量與干燥試樣重量之比稱為吸濕率。這些數(shù)值與氣孔的大小,形狀及分布無關(guān)。一般來說,這些數(shù)值大的、抗蝕性,耐磨性,強度等差些,但重量輕,絕熱性能好,耐急冷急熱性好。
耐火磚的比重有三種,制品的重量和外形體積之比稱容積比重。重量與不包括開口氣孔體積的制品體積之比稱顯比重。重量與只包括實質(zhì)部分的制品真體積之比稱真比重。由這些數(shù)值大致上可以推測出礦物組成的種類和數(shù)量,是筑爐時計算爐體重量的基礎(chǔ)。
(2)透氣率
透氣率是用單位時間內(nèi)通過耐火磚的氣體量測定的。透氣率隨氣體種類,溫度,壓力不同而不同,也與氣流方向與制品的成形加壓方向是相互平行還是相互垂直有關(guān),透氣率與氣孔率沒有直接的關(guān)系。透氣率大的磚機械強度差,抗蝕性差,熱損失大。它是坩鍋制品,器皿及高爐用耐火磚等的一個重要性質(zhì)。
(3)熱膨脹收縮性
耐火磚與絕熱耐火材料由于主要因為溫度變化而產(chǎn)生的可逆膨脹收縮性,可以用線性熱膨脹系數(shù)來表示。一般耐火磚是各種成分的不均質(zhì)的混合物,若在高渦下長期使用,各成分之間互相反應(yīng),礦物物相與組織結(jié)構(gòu)都會有變化,因此會產(chǎn)生不可逆的長度變化。對此可用耐火磚在給定溫度下保持2小時后測得的殘余線收縮率,絕熱耐火磚在保持8小時后*測得的再加熱收縮率來表示。不定形耐火材料與可塑性耐火材料在加熱,干燥時因脫水,固結(jié)而引起收縮是十分普遍的,對此用線收縮率來表示。所有這些都是筑爐設(shè)計中有價值的資料。
(4)抗急冷急熱性
又稱耐火材料抗熱震性和耐剝落性。它又可以分為:因溫度急變耐火磚產(chǎn)生開裂破壞的現(xiàn)象稱為剝落現(xiàn)象或熱剝落;因局部的機械變形產(chǎn)生應(yīng)力的破損現(xiàn)象稱為機械剝落,在長期的使用過程中,由于高溫作用,再加上雜質(zhì)侵入造成了在成分上。組織上不連續(xù)的變質(zhì)層而導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象稱之為組織剝落。對這些都尚未制定出標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法。但從生產(chǎn)的爐子來看,這些項目都是影響到爐體壽命的重大試驗項目。因此各國都訂有自己的適當(dāng)?shù)脑囼灧椒ā?/SPAN>
(5)耐火度
如前所述,一般地說耐火材料沒有一定的熔點,而是隨著溫度升高逐漸軟化。這種現(xiàn)象受溫度,升溫速度,環(huán)境氣氛等等因素的影響。這種高溫性能用耐火度來表示。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中所用的方法是,將高溫變形性能已經(jīng)知道的塞格爾標(biāo)準(zhǔn)三角錐與做成相同形狀的試驗三角錐放在相同條件下同時進行加熱,當(dāng)試驗三角錐的頂端與支承臺面接觸時,取變形狀態(tài)最接近的標(biāo)準(zhǔn)三角錐的編號SK來表示耐火度。
這種試驗方法的不足之處是,制作試驗三角錐時,破壞了原先的磚的組織,所采用的升溫速度一般也與工業(yè)實際中的有著很大的差別。此外實際上還要受到荷重,氣氛等因素的影響,所以耐火磚的耐火度高未必就是性能好的耐火磚,但對有經(jīng)驗的人來講,耐火度仍是一個判定品質(zhì)的指標(biāo)。
(6)荷重軟化特性和蠕變特性
耐火度是用制成一定形狀的試樣,按一定升溫速度,在白重的作用下達到某一變形程度的溫度來表示的。在這種條件下,若對試樣加一荷載,在較低的溫度下就會開始軟化變形,這就是荷重軟化現(xiàn)象。由于普遍使用大量的耐火磚來砌筑笨重的爐體,所以在筑爐設(shè)計時就必須確切的了解所使用的耐火磚在高溫狀態(tài)時的荷重軟化性能。JIS中規(guī)定,采用能正確測定高度的圓柱狀試樣,在試樣上加以2公斤/厘米2的荷重,以每分鐘5℃的升溫速度,并作出軟化變形曲線。
曲線的起始段是直線,這是由于單純的熱膨脹作用的結(jié)果,當(dāng)因荷重的作用發(fā)生變形時,就表現(xiàn)為下降的曲線。曲線的最高點是T1,由T1壓縮最初高度的2%的點是T2,壓縮20%的點是T3,T1,T2,T3。都用攝氏溫度來表示。對于耐火材料來說,這些值越高越好。并且這些指標(biāo)之間的溫度范圍越大越好。
因為耐火材料大多是長期在高溫荷重下使用,所以了解這種狀態(tài)下長期的體積穩(wěn)定性是一個很重要的問題。為此,殘余線膨脹收縮率與荷重軟化試驗的結(jié)果雖說都是很重要的資料,但因試驗時間短,所以是不夠的。為解決這一問題,近年來蠕變特性正受到重視。但目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)試驗法,一般是在一定溫度和一定的壓力下求得變形量與時間的對應(yīng)關(guān)系。雖然可以根據(jù)彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)等來測量蠕變,但因為壓縮試驗方法較簡單,所以使用最廣。(7)耐蝕性
對渣液、金屬熔液及氣體的化學(xué)侵蝕的抵抗能力(抗蝕性)是一個非常重要的性質(zhì)。在日本,該項性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗法尚未制定出。一般使用的方法有:顆粒法和坩堝法。
顆粒法是將一定量的渣子加壓成顆粒(錠片)狀,并將它放在試驗樣品上,按一定條件加熱以后,觀察和測定斷面侵蝕熔解狀態(tài)和浸潤狀態(tài)。
坩堝法是在試樣上開一坩堝狀的空穴,其中置以一定量的爐渣粉末,隨后的過程與顆粒法一樣。
還有一種三角錐法是將試樣分碎,與渣粉混合,制成與測定耐火度一樣的三角錐,觀測耐火度降低值與爐渣混入量的關(guān)系。這種試驗方法的缺點是破壞了耐火材料的組織結(jié)構(gòu)。所謂的浸漬法是將耐火制品的棒狀試樣浸入到溶融的爐渣或金屬熔液中,這是一種接近理想的方法,但因試驗方法困難,主要用于科學(xué)研究。
另外還有撒布法,回轉(zhuǎn)爐法等等。但上述的方法主要適用于酸性耐火材料,對堿性耐火材料必須采用其它方法。
耐氣體侵蝕性能試驗法主要是用于高爐爐壁用的耐火材料,測定其對一氧化碳?xì)怏w,堿金屬蒸氣,鋅、鉛的蒸氣和其他有害氣體等的耐蝕性,必要時應(yīng)根據(jù)實際情況進行試驗。
JIS.R
(8)其它
其他還有耐火磚的尺寸、形狀的公差,化學(xué)成分;不定形耐火材料的粉末度,粘接性能,工作性能,絕熱材料的熱傳導(dǎo)率等等各種各樣的試驗項目,這些在JIS中都規(guī)定了試驗方法。近來耐火材料的使用條件日益復(fù)雜,因此有必要根據(jù)需要考慮采用獨自的或者與耐火材料生產(chǎn)廠家共同訂出切合實際的試驗方法。
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