咨(zi)詢(xun)熱線： 0371-69233258
咨(zi)詢(xun)熱線： 0371-69233258
耐(nai)(nai)(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)在外(wai)力(li)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)，抵抗形變(bian)和破壞(huai)的(de)(de)能(neng)力(li)，也稱(cheng)機(ji)械性(xing)(xing)能(neng)。耐(nai)(nai)(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是一種結構(gou)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，在砌(qi)筑(zhu)、使用(yong)(yong)甚(shen)至 堆放和運輸過程中(zhong)會承受各種外(wai)力(li)的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)，必須有足夠的(de)(de)抵抗能(neng)力(li)，否則會導致耐(nai)(nai)(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)破壞(huai)，為此需研(yan)究(jiu)和測定 耐(nai)(nai)(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)能(neng)。耐(nai)(nai)(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)屬于無(wu)機(ji)非(fei)金屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，一般是多晶多相(xiang)的(de)(de)聚集體，由晶相(xiang)、液相(xiang)以及氣孔所構(gou)成的(de)(de)非(fei)均質體。在常(chang)溫(wen)下(xia)表現(xian)為脆性(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)特(te)征，表現(xian)在力(li)學性(xing)(xing)能(neng)上，當承受的(de)(de)外(wai)力(li)達到一定值(zhi)時，即產生(sheng)破壞(huai)，破壞(huai)之(zhi)前(qian)的(de)(de)應力(li)極限值(zhi)稱(cheng)為“強度”。
(1) 影響因素
耐火材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)所承受的(de)(de)外(wai)力(li)(li)(li)很復雜，有瞬間應(ying)力(li)(li)(li)和(he)持(chi)(chi)久應(ying)力(li)(li)(li)，以(yi)持(chi)(chi)久應(ying)力(li)(li)(li)為主。產(chan)生應(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)因素(su)有壓縮、拉伸、彎 曲、剪切、沖刷、撞擊、摩擦等。耐火材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)力(li)(li)(li)學性能主要取決于其組織結構(gou)和(he)化(hua)(hua)學-礦物組成(cheng)。強度的(de)(de)高低(di)與構(gou)成(cheng)材(cai)(cai) 料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)晶(jing)相、液(ye)相的(de)(de)種類、數量(liang)、晶(jing)粒(li)尺寸以(yi)及氣(qi)孔(kong)的(de)(de)分布、排列情況有著極為密(mi)切的(de)(de)關系。氣(qi)孔(kong)部(bu)位強度最弱，它(ta)的(de)(de) 周圍往(wang)(wang)往(wang)(wang)又是應(ying)力(li)(li)(li)集中的(de)(de)位置，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)破壞(huai)往(wang)(wang)往(wang)(wang)從氣(qi)孔(kong)周圍開始(shi)。在同(tong)類材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中，以(yi)組織均勻致密(mi)、晶(jing)相發育良好、 晶(jing)粒(li)和(he)氣(qi)孔(kong)孔(kong)徑細小者機械強度較高，為此(ci)，必須嚴格(ge)控制生產(chan)工(gong)藝條件。除了外(wai)力(li)(li)(li)作用外(wai)，耐火材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)在溫度變化(hua)(hua)時 還會(hui)因體積變化(hua)(hua)產(chan)生內應(ying)力(li)(li)(li)。在使用過程中接觸液(ye)態金屬和(he)熔渣以(yi)及廢(fei)氣(qi)等會(hui)引(yin)起材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)自(zi)身成(cheng)分、相組成(cheng)和(he)結構(gou)的(de)(de)變化(hua)(hua)，也會(hui)影響制品的(de)(de)力(li)(li)(li)學性能。
(2) 耐火材料(liao)力學性能的分類
耐(nai)火材料(liao)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)分為常溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)和高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。其(qi)中(zhong)，常溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)有常溫(wen)(wen)、抗(kang)(kang)拉/抗(kang)(kang)折(zhe)/扭轉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、耐(nai)磨 性(xing)(xing)(xing)(xing)；高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)有高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)耐(nai)壓強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)折(zhe)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)扭轉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)蠕變性(xing)(xing)(xing)(xing)等(deng)。經(jing)常測定的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)有抗(kang)(kang)拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、 耐(nai)壓強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、抗(kang)(kang)折(zhe)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、抗(kang)(kang)沖擊強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、粘接強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、抗(kang)(kang)沖刷能(neng)(neng)(neng)力(li)、耐(nai)磨性(xing)(xing)(xing)(xing)、彈性(xing)(xing)(xing)(xing)模量、抗(kang)(kang)扭轉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)和高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)蠕變性(xing)(xing)(xing)(xing)等(deng)。以下重點說明幾項經(jing)常測定的(de)(de)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。
①常溫耐壓強度
耐火材(cai)(cai)料(liao)的(de)常(chang)(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)耐壓(ya)強(qiang)(qiang)度(du)是指(zhi)常(chang)(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)下材(cai)(cai)料(liao)單位面積所(suo)能(neng)承受的(de)最大壓(ya)力， 用MPa表示。一般耐火制品(pin)的(de)常(chang)(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)耐壓(ya) 強(qiang)(qiang)度(du)為抗彎強(qiang)(qiang)度(du)的(de)2~3倍(bei)(bei)；為抗拉強(qiang)(qiang)度(du)的(de)5~10倍(bei)(bei)；良好(hao)的(de)耐磨性(xing)和耐撞擊性(xing)等都與其(qi)有(you)較高的(de)常(chang)(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)耐壓(ya)強(qiang)(qiang)度(du)相(xiang)對(dui)應(ying)。常(chang)(chang)(chang) 見(jian)耐火制品(pin)的(de)常(chang)(chang)(chang)溫(wen)(wen)(wen)耐壓(ya)強(qiang)(qiang)度(du)如圖所(suo)示。
②高溫耐壓強度
耐(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)耐(nai)(nai)(nai)壓強(qiang)度(du)(du)是指(zhi)材(cai)料(liao)(liao)在高(gao)(gao)(gao)于1000~2000℃的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)熱態(tai)下(xia)單位(wei)面積所能承受(shou)的(de)(de)最(zui)大壓力， 以MPa表示(shi)。耐(nai)(nai)(nai)火材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)壓強(qiang)度(du)(du)一般隨溫(wen)度(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)而(er)有(you)(you)明(ming)顯的(de)(de)變化。當(dang)溫(wen)度(du)(du)由常(chang)溫(wen)起，開始都(dou)隨溫(wen)度(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)而(er)呈線性下(xia)降(jiang)，此 后，有(you)(you)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)仍隨溫(wen)度(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)而(er)繼(ji)續下(xia)降(jiang)，有(you)(you)的(de)(de)當(dang)溫(wen)度(du)(du)升至一定范圍內時(shi)，則隨溫(wen)度(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)而(er)升高(gao)(gao)(gao)，并在某一特定溫(wen)度(du)(du)下(xia) 達最(zui)高(gao)(gao)(gao)值，隨后急劇下(xia)降(jiang)。
③高溫蠕變
當材(cai)料(liao)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫下(xia)承受小(xiao)于(yu)(yu)其(qi)(qi)極限強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)某一恒(heng)定(ding)荷(he)(he)重時(shi)，產生塑性變(bian)形，變(bian)形量會隨時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)增(zeng)長而逐漸(jian)增(zeng)加，甚(shen)至(zhi)會使材(cai)料(liao)破壞(huai)，這種現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)叫(jiao)蠕(ru)變(bian)。因此，對于(yu)(yu)處于(yu)(yu)高(gao)溫下(xia)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)，就不能孤立(li)地考慮其(qi)(qi)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)，而應將(jiang)溫度(du)(du)和時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)因素(su)與強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)同時(shi)考慮。例如，長時(shi)間(jian)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)熱風爐(lu)格子磚(zhuan)的(de)(de)(de)損壞(huai)，是由(you)于(yu)(yu)磚(zhuan)體(ti)逐漸(jian)軟化(hua)產生可(ke)塑變(bian)形，強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)顯著下(xia)降甚(shen)至(zhi)破壞(huai)，格子磚(zhuan)的(de)(de)(de)這種蠕(ru)變(bian)現(xian)(xian)象(xiang)(xiang)成為爐(lu)子損壞(huai)的(de)(de)(de)主要原因。在(zai)(zai)(zai)設計高(gao)溫窯爐(lu)時(shi)，僅(jin)根(gen)據耐(nai)火(huo)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)荷(he)(he)重軟化(hua)試(shi)驗(yan)(yan)和殘存(cun)收(shou)縮率，評價制品在(zai)(zai)(zai)長期高(gao)溫復合(he)條件(jian)下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)體(ti)積(ji)穩定(ding)性還是不充分(fen)的(de)(de)(de)，檢(jian)驗(yan)(yan)其(qi)(qi)高(gao)溫蠕(ru)變(bian)性，了解(jie)它在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫、長時(shi)間(jian)負荷(he)(he)下(xia)的(de)(de)(de)變(bian)形特性是十分(fen)必要的(de)(de)(de)。
耐火材料(liao)的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)蠕(ru)變是指材料(liao)在恒定(ding)的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)和(he)一定(ding)荷重作用(yong)下產生的(de)(de)變形和(he)時間的(de)(de)關系。由于施加(jia)的(de)(de)荷重不同(tong)，可(ke)分(fen)為高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)壓縮(suo)蠕(ru)變、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)拉伸蠕(ru)變、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)抗折蠕(ru)變和(he)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)扭轉(zhuan)蠕(ru)變等，其(qi)中最常(chang)用(yong)的(de)(de)是高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)壓縮(suo)蠕(ru)變。
由于耐(nai)火材料在高溫(wen)(wen)、荷重條件(jian)下的(de)(de)形變(bian)(bian)量及其時間-形變(bian)(bian)曲(qu)線，是隨著材質(zhi)(zhi)、升溫(wen)(wen)速(su)率、恒溫(wen)(wen)溫(wen)(wen)度(du)(du)、荷載(zai)大小等諸多(duo)因(yin)素(su)的(de)(de)變(bian)(bian)化而變(bian)(bian)化的(de)(de)，而且差異較大，因(yin)此對于不(bu)同(tong)材質(zhi)(zhi)的(de)(de)不(bu)同(tong)材料，根據其使(shi)用條件(jian)不(bu)同(tong)，應(ying)單獨規(gui)定其高溫(wen)(wen)蠕(ru)變(bian)(bian)試驗溫(wen)(wen)度(du)(du)等條件(jian)要求(qiu)。
④抗拉(la)強度(du)(抗張強度(du))
指單位面積材(cai)料受(shou)到張應力(拉伸負(fu)荷)的(de)(de)作用而(er)破(po)壞時的(de)(de)極(ji)限應力，以試樣單位橫截面上所承受(shou)的(de)(de)負(fu)荷來(lai)表示(shi)。只有對(dui)承受(shou)拉應力作用的(de)(de)耐火材(cai)料測定抗拉強度才有意義。
⑤抗沖擊強度
指抵抗(kang)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)破壞的(de)(de)(de)(de)能力。有的(de)(de)(de)(de)耐(nai)火(huo)材料在使用(yong)(yong)過(guo)程(cheng)中會受到物(wu)體的(de)(de)(de)(de)沖(chong)(chong)撞，例如(ru)轉爐裝料側的(de)(de)(de)(de)內襯材料，在使用(yong)(yong)過(guo)程(cheng)中受到廢鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)，是其損壞的(de)(de)(de)(de)重要原因。常用(yong)(yong)高溫(wen)抗(kang)折(zhe)強度來間接判(pan)斷其抗(kang)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)優劣，也可以參照陶(tao)瓷(ci)材料的(de)(de)(de)(de)沖(chong)(chong)錘法或鑄石的(de)(de)(de)(de)耐(nai)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)性(xing)法測定抗(kang)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)強度。
⑥抗沖刷能力
大(da)部(bu)分(fen)耐火(huo)材(cai)料在(zai)使用中要經受熔融金屬、熔渣以及(ji)燃燒氣流的(de)沖(chong)刷，溫度越高，對耐火(huo)材(cai)料的(de)沖(chong)刷越嚴重(zhong)，這(zhe)是耐火(huo)材(cai)料損壞(huai)的(de)重(zhong)要原因(yin)(yin)之(zhi)一(yi)。因(yin)(yin)為(wei)沖(chong)刷作用往往與摩擦、化(hua)學(xue)反應(ying)交織在(zai)一(yi)起，引起破(po)壞(huai)的(de)原因(yin)(yin)很復(fu)雜，直接(jie)測定耐火(huo)材(cai)料的(de)抗沖(chong)刷能(neng)力非常困難(nan)，通(tong)常用抗折強度、耐壓強度等(deng)性能(neng)來間(jian)接(jie)判(pan)斷耐火(huo)材(cai)料的(de)抗沖(chong)刷能(neng)力。
⑦耐磨性
指材(cai)(cai)料(liao)抵抗摩擦(ca)蝕(shi)損的(de)能力(li)。相當多的(de)耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)材(cai)(cai)料(liao)在使用(yong)時受到運(yun)動著的(de)固體物(wu)料(liao)摩擦(ca)而蝕(shi)損，例如高爐內襯、鍛(duan)燒耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)材(cai)(cai)料(liao)熟料(liao)等用(yong)的(de)豎窯和回轉(zhuan)窯內襯等。耐(nai)(nai)(nai)磨(mo)性(xing)高低(di)與構成(cheng)耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)材(cai)(cai)料(liao)組分的(de)顆粒(li)硬度(du)有直接(jie)關系，顆粒(li)間粘接(jie)強度(du)、磚體氣孔率高低(di)也影響耐(nai)(nai)(nai)磨(mo)性(xing)； 同樣(yang)材(cai)(cai)質， 隨著溫度(du)的(de)升高耐(nai)(nai)(nai)磨(mo)性(xing)下降。耐(nai)(nai)(nai)火(huo)(huo)材(cai)(cai)料(liao)的(de)耐(nai)(nai)(nai)磨(mo)性(xing)通常用(yong)美國AS TMC 704測(ce)(ce)定(ding)， 其要點是將(jiang)試樣(yang)的(de)平面垂直對(dui)著噴嘴， 用(yong)448kPa壓力(li)的(de)空氣， 將(jiang)1000g粒(li)狀碳化硅從噴嘴中噴到試樣(yang)上，測(ce)(ce)量試樣(yang)上磨(mo)損的(de)體積，以cm3表示。
在(zai)科研(yan)工(gong)作中，也有采用往復摩擦法進行高溫(wen)耐(nai)磨(mo)性試(shi)驗的。不具備直接(jie)測(ce)量耐(nai)磨(mo)性試(shi)驗條件(jian)時，則用高溫(wen)抗折強度(du)等其(qi)他力(li)學(xue)(xue)性能(neng)(neng)(neng)間接(jie)判斷耐(nai)磨(mo)性。隨著科學(xue)(xue)技術的進步和高溫(wen)工(gong)業的發展，人們對耐(nai)火(huo)(huo)材(cai)料(liao)(liao)(liao)力(li)學(xue)(xue)性能(neng)(neng)(neng)的認識將(jiang)越來(lai)越深，要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)越來(lai)越高，不斷有新的力(li)學(xue)(xue)性能(neng)(neng)(neng)項(xiang)目來(lai)表達耐(nai)火(huo)(huo)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的質量和耐(nai)用性。因(yin)(yin)此，要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)測(ce)定耐(nai)火(huo)(huo)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的力(li)學(xue)(xue)性能(neng)(neng)(neng)項(xiang)目會越來(lai)越多。例如，耐(nai)火(huo)(huo)纖(xian)維材(cai)料(liao)(liao)(liao)將(jiang)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)測(ce)定纖(xian)維強度(du)和制(zhi)定測(ce)試(shi)方法，從(cong)而面臨著越加嚴酷(ku)的使(shi)用條件(jian)，耐(nai)火(huo)(huo)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的抗沖刷性、耐(nai)磨(mo)性等會成為(wei)某些耐(nai)火(huo)(huo)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的重要(yao)(yao)(yao)性能(neng)(neng)(neng)，因(yin)(yin)而將(jiang)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)逐漸創立科學(xue)(xue)的表達方法和測(ce)試(shi)標準。
⑧抗扭轉強度
指由扭(niu)矩作用(yong)使單位面積材(cai)料(liao)遭到破壞(huai)的極(ji)限應力(li)(li)。較有意(yi)義的是測量耐火(huo)材(cai)料(liao)在高(gao)溫下的抗扭(niu)轉強度(du)，方法要點是：將制(zhi)品制(zhi)成長條(tiao)狀試樣(yang)并(bing)放在臥(wo)式高(gao)溫爐(lu)(lu)中，兩端置于爐(lu)(lu)外(wai)，一端固定，另一端施(shi)加力(li)(li)矩作用(yong)，將爐(lu)(lu)溫升(sheng)高(gao)至一定溫度(du)并(bing)保溫一定時(shi)間(jian)，試樣(yang)開始扭(niu)曲變形，當應力(li)(li)超過一定極(ji)限時(shi)，試樣(yang)發生斷裂，記錄施(shi)加的力(li)(li)值(zhi)，計算出單位面積上的極(ji)限剪應力(li)(li)。
