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耐火材料的力学性质

提示:

耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性和塑性性质。该指标表征材料抵抗因外力而产生的各种应力形变而不被破坏的能力。耐火材料的力学性质指标包括耐压强度、抗拉强度、抗折强度、耐磨性和高温蠕变率等。但通常检验的是材料在不同温度条件下的耐压强度、抗折强度及高温蠕变等指标。 (一)常温耐压强度 常温

    耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性和塑性性质。该指标表征材料抵抗因外力而产生的各种应力形变而不被破坏的能力。耐火材料的力学性质指标包括耐压强度、抗拉强度、抗折强度、耐磨性和高温蠕变率等。但通常检验的是材料在不同温度条件下的耐压强度、抗折强度及高温蠕变等指标。
    (一)常温耐压强度
    常温耐压强度是指常温下单位面积上所能承受的最大压力。通常,耐火材料在使用过程中很少由于常温下的静负荷而导致破损。但常温耐压强度主要是表明材料的烧结情况,以及与其组织结构相关的性质,测量方法简便,因此是判断材料质量的常用检验项目。另一方面通过常温耐压强度可间接地评定其他指标,如材料的耐磨性,耐冲击性等。
    常见耐火材料的常温耐压强度范围,如图5-3所示。
常见耐火制品的常温耐压强度
    5-3    常见耐火制品的常温耐压强度
    (二)耐磨性
    耐磨性是耐火材料抵抗坚硬物料或气体磨损作用的能力,在许多情况下也决定着它的使用寿命。常温耐压强度高,气孔率低,组织结构致密均匀,烧结良好的材料总是有良好的耐磨性。
    由于国内目前尚无检验耐磨性的标准方法,故一般也很少考虑此项指标。
    (三)高温耐压强度
    高温耐压强度是材料在高温条件下单位截面积所能承受而不被破坏的极限载荷。耐火材料的高温耐压强度如图5-4所示。随着温度升高,大多数耐火材料的强度增大,其黏土材料和高铝材料特别显著,在10001200℃时达到最大值。这是由于在高温下生成熔液的黏度比低温下脆性玻璃相黏度更高些。使颗粒间的结合更为牢固。温度继续升高时,强度急剧下降。
不同材质耐火制品的高温耐压强度曲线图
    5-4    不同材质耐火制品的高温耐压强度曲线图
    1-刚玉砖;2-黏土砖;3-矾土砖(1300℃烧成);4-镁砖;5-硅砖16-硅砖2
    耐火材料高温耐压强度指标可反映出材料在高温下结合状态的变化,特别是加入一定数量结合剂的耐火可塑料和浇注料,由于温度升高,结合状态发生变化时,高温耐压强度的测定更为有用。
    (四)高温抗折强度
    高温抗折强度是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力。其表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。即柱状固体承受外力作用发生弯曲变形,凸面受到拉伸,凹面受到压缩,当所承受的外力的总和超过一定限度时,在弯曲的垂直断面发生折断,此时的强度称为材料的抗折强度。高温抗折强度大的材料会提高其对物料的撞击和磨损性,增强抗渣性。
    材料的高温抗折是很重要的性能指标,与实际使用有密切关系。它取决于材料的化学矿物组成、组织结构和生产工艺。材料中的熔剂作用对材料的高温抗折强度有显著影响。
    (五)高温蠕变性
    当耐火材料在高温下承受小于其极限强度的某一恒定荷重时,产生塑性变形,变形量会随着时间的增长而逐渐增加,甚至会使耐火材料破坏,这种现象叫蠕变。在设计高温窑炉时,根据耐火材料的荷重软化试验和残余收缩率,在一定程度上可以推测耐火材料的高温体积稳定性,但对认识材料在长期高温负荷条件下工作的体积稳定性还是不充分的,因此,检验其高温蠕变性,了解它在高温负荷长时间下的变形特征是十分必要的。
    耐火材料的高温蠕变性是指材料在恒定的高温下受应力作用随着时间的变化而发生的等温形变。根据施加外力的方式,高温蠕变性可分为高温压缩蠕变、高温拉伸蠕变、高温弯曲蠕变和高温扭转蠕变等,其中最常用的是高温压缩蠕变。低蠕变莫来石砖的高温蠕变指标见表5-3
    5-3    低蠕变莫来石砖的高温蠕变指标
     目
 日本(H21)
日本(H23)
中国(H21)
 实验温度/℃
   1550
1450
1550
 实验时间/h
   50
 50
 50
 荷重/MPa
   0. 2
 0. 2
 0.2
 蠕变指标/%
   <1. 0
1. 0
<1. 0
    由于耐火材料在高温、荷重条件下的形变量及其时间形变曲线,是随着材质、升温速率、恒温温度、荷载大小等诸多因素的变化而变化的,而且差异较大,因此对于不同材质的不同材料,根据其使用条件不同单独规定其高温蠕变试验温度等条件要求。


(责任编辑: 佚名 )

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