耐火砖抗热震性能、测定及提高方法

耐火砖的耐热震性

耐火砖的耐热震性即耐火砖在温度急剧变化的条件下抵抗损伤的能力。热稳定性、热震稳定性、耐热冲击性、耐温急变性、耐急冷热性等，耐火砖在低温和中温下是脆性材料，延展性不足，在热工设备的使用中，耐火砖经常遭受急剧的温度变化，造成损伤。耐热震性是耐火砖性质的重要使用性能之一。耐火砖的耐热震性是其力学性能和热学性能在温度变化条件下的综合表现。耐火砖受到的急剧温度变化称为热震。耐火砖在热振动中产生的新裂纹和新裂纹扩展引起的裂纹、剥落、断裂等状况被称为耐火砖的热振动损伤。热震损伤是热应力作用的结果，耐火砖在温度变化时，变形受到抑制的应力是热应力。耐火砖的重烧线变化在温度变化时，耐火砖的热膨胀在温度梯度均匀作用时，变化时产生热应力。热应力与耐火砖的弹性模量和弹性成正比，耐火砖的弹性模量应变等于线膨胀系数和温度变化的乘积。

 

 

耐火砖抗热震测量方法

耐火砖作为衬里和高温下使用的部件的制作材料，不仅要承受高温的作用，还要抵抗温度的急剧变化。温度变化对耐火砖的作用称为热冲击和热振动。耐火砖抗温急剧变化不损坏的能力称为耐火砖抗热震性或热震稳定性，简称热稳定性。热震损坏是耐火砖两大损坏的原因之一，因此耐火砖的耐热震性是其重要性质。如何正确表现和评价耐火砖的耐热震性是重要但困难的问题。虽然已经做了很多工作，但是到目前为止还没有公认的好方法。由于耐热震性是耐火砖的重要性质，在科学研究和产品质量的检查中，人们经常用不同的方法耐火砖的耐热震性。所有测量方法包括三个主要内容。首先，创造热振动的环境，使耐火砖样品能够承受快速冷却和加热等温度急剧变化。实际工作中常见的方法是重复加热耐火材料样品并进行冷却循环。在一定在一定温度下保温后，放入冷水或其他冷介质中或流动的空气中突然冷却，多次观察样品的损坏情况。对于不易水化的耐火砖，如高铝砖可以在水中冷却，而镁砖等易水化材料可以在空气中或其他非水液体材料中冷却。近年来，也有用于熔钢加热的方法，耐火砖反复插入熔钢加热冷却过程。反复加热的次数取决于耐火砖的耐热性好坏，耐热性好的耐火砖，冷热循环的次数多。耐火砖的耐热震性评价方法包括观察试验后样品裂纹的情况或破坏的面积、试验前后重量损失率、抗折强度或弹性模量的维持率或损失率等。也可以测量热震过程中声音发射特征的变化，表现样品耐热震性的好坏。

 

抗热震的具体试验方法主要包括以下几种

(1)加热冷却法。直接放置一定尺寸的样品达到规定温度的炉内保温达到规定时间后，立即从炉中取出，在水等介质和空气中淬火。重复上述过程达到规定的热震循环次数后，观察样品的损坏情况，测定热震前后抗折强度的维持率，判断材料的热震性好坏。(2)镶嵌方法。镶嵌方法是将耐火砖样品堆积在炉壁和炉门上，在受热的情况下加热冷却循环。我国目前的标准是将耐火砖样品构筑在试验炉门上，炉门关闭后，样品的一端在炉内加热，达到规定时间后，翻转炉门，将热耐火砖的一端放入人的冷水中冷却。重复数次后，用受热面积的破损率测量耐火砖的耐热震性。在实际测量过程中，须按照相关标准规定的程序进行测量。(3)长条法。将长条状样品放在支架上，样品加热面下有燃气口和吹风口。用煤气加热样品到规定时间后，用吹风设备吹风冷却一段时间。按规定重复几次后，测定样品热震前后抗折强度和弹性模量的维持率，测定其耐热震性的好坏。与一般加热一冷却法相比，两者都采用长条形样品，不同之处在于长条法单面加热，加热和冷却过程中样品有一定的温度梯度。

 

如何提高铝砖的抗热震性？

以质铝矾土熟料和电熔白刚玉粉为原料，加入适量膨胀剂，经成型和800℃热处理，可制造热震稳定性高的铝砖。其一级明矾熟料化学组成(%):Al2O383.50、SiO29.39、Fe2O31.29、K2O+Na2O0.86。电熔白刚玉粉Al2O3含量95.36%。泥粒配比:<5mm一级明矾熟料15~35%，<0.088mm一级明矾细粉20~40%，电熔白刚玉粉5~10%，红柱石和硅线复合膨胀剂6~15%，化学结合剂6~10%。

混炼是在混炼机内进行的。先在粗粒子中加入50%的化学结合剂，混合3~5min，再加入细粉、复合膨胀剂和其他化学结合剂。泥的粒度构成为5~3mm18.4%、3~1mm26.7%、1~0.5mm3.5%、0.5~0.1mm8.2%、<0.1mm43.2%、水分3%、困难材料2h以上。

砖坯在300t摩擦砖机上成型，体积密度超过2.85g/cm3。砖坯在160℃干燥后，在倒烟窑内保温800℃进行热处理。

该高铝砖的理化指标为Al2O377.01%、SiO213.71%、气孔率20.4%、荷载软化温度1530℃、常温抗压强度、1500℃2h重烧线变化率+3.7%。热振动稳定性(1100℃，水冷)超过10次。该砖用于5t电炉顶部，无剥落、脱落。

 

抗热震耐火砖

耐热震耐火砖系列在高炉热风炉用耐热震低蠕变高铝砖系列产品的基础上进一步延伸、发展。主要特点是强调耐热震性，荷重软化温度只是一般要求，在工业窑中具有更广泛的应用价值，具有以下特点

(1)开发系列热震稳定性的耐火砖如下:

热振稳定性≥30次，≥50次，≥70次，≥100次，≥200次

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

(3)荷载软化温度(0.2MPa，0.6%)≥1450~1500℃(1550℃)。

(1)根据对抗热震性的基本认识，材料的热震稳定性与线膨胀系数、弹性模量成反比，与导热率成正比。研制出来的一系列抗热震耐火砖，在这些因素上进行改进，尤其是低膨胀率矿物对抗热震的影响。

(2)用复合材料，用其界面的微裂纹提高材料的耐热震性。

(3)耐热振动高铝耐火砖:用三石改善材料的耐热振动性。红柱石、硅线石的线膨胀率都很小，在高温下变成莫来石，得到的新相莫来石的线膨胀系数也很小(20~100℃、5.3×10-6/℃)。显然，改变前后的结晶有利于抵抗热震。因为红柱石的线膨胀率比硅石小，所以使用红柱石对改善材料的热震更好。此外，红柱石相变为莫来石可以形成许多细孔，有利于抗热震。蓝晶石及其熟料也是有益的矿物原料。

(4)用特殊的耐热震添加物。添加物的选择、添加量、添加方式等是非常重要的问题。对抗热震耐火砖系列产品的开发，特殊的耐热震添加物是核心。

抗热震耐火砖的开发总结有三个系列

1)莫来石低膨胀矿物系列；

2)三石-低膨胀矿物系列；

3)三石/莫来石-低膨胀矿物系列。

 

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