Огнеупорность

Свойство огнеупорных материалов зависят от их химического состава, способа изготовления изделий, а также от условий эксплуатации их на производстве.

Методов испытаний огнеупоров много. Основные из них номеруются ГОСТами и техническими условиями (ТУ).

Огнеупорностью называют свойство материала или изделия противостоять длительное время воздействию высоких температур, не теряя формы и не переходя в тестообразное состояние. Огнеупорность зависит от химического минералогического состава материала, крупности частиц, наличия примесей, скорости нагрева образца и его параметров. В связи с этим огнеупорность определяют в постоянных условиях, установленных стандартом (ГОСТ 4069-69).

Образец имеет вид усеченной трехгранной пирамиды высотой 30 мм со стороной верхнего основания 2 мм и нижнего 8 мм. При изготовлении образца материал измельчается до порошка, проходящего через сито 900 отв./см². Испытуемый образец устанавливают на плиту рядом с набором стандартных пироскопов известной огнеупорности ( ГОСТ 21739-76) и помещают в криптоловую печь. Огнеупорность характеризуется той температурой, при которой образец, деформируясь при нагревании, верхним основанием коснется плиты, на которой он установлен. Температуру определяют по стандартному пироскопу, который коснется своей вершиной плиты одновременно с испытуемым (рисунок 3.1).

а) б)

Рисунок 3.1. – Определение огнеупорности:

а – пироскоп; б – пироскопы при нагреве; 1-3 – стандартные образцы;

4 – опытный образец.

Пироскопы керамические применяются в процессе производства керамических изделий для контроля их обжига и для определения огнеупорности керамических изделий в пределах температур t= 600¸2000 ⁰C.

Пироскопом керамическим ПК называется изготовленное из керамической массы тело в форме треугольной усеченной пирамиды установленных размеров, обладающее свойством размягчаться и “ падать” при нагреве до определенной t⁰.

ПК не должен ломаться у основания, изгибаться дугой.

Момент падения считается тогда, когда верхнее основание коснется подставки

Стандартные пироскопы имеют номера, умножением которых на 10 определяют температуру, т. е. огнеупорность данного пироскопа. Например, ПК-170 имеет огнеупорность 1700⁰С. Скорость повышения температуры должна быть строго определенной так как процесс размягчения и деформации огнеупорного материала является сложным процессом, протекающем во времени.

Огнеупорность является одним из основных свойств, определяющих температурные границы использования огнеупоров, но не единственным, поэтому судить о пригодности материала или изделия только по его огнеупорности нельзя.

Температура падения пироскопа - огнеупорность – определяется его номером, умноженным на 10. Например, пироскоп 165 соответствует температура 1650 ⁰С.

Если испытуемый образец деформируется в интервале температур падения двух смежных пироскопов, то его огнеупорность обозначают 2-мя номерами, написанными после, например пироскоп 167-169, температура 1770-1690 ⁰С.

Таблица 3.1-Температура падения пироскопа

Огнеупорность показывает ту предельную температуру, при которой теоретически огнеупор может работать в идеальных условиях.

Если огнеупор находится в идеальных условиях, т. е. кроме температуры, не испытывает воздействия механической нагрузки, шлаков, газов и др., то пределом работы огнеупора будет t⁰ плавления.

Однако, понятие t⁰ плавления применимо только для химически чистых материалов (однокомпонентных). Огнеупоры же являются гетерогенными системами, поэтому для них понятие t⁰пл. в известной степени заменяется показателями “ огнеупорности “.

Огнеупорность ниже температуры плавления и приблизительно соответствует эффективной вязкости материала

где DHпл – теплота плавления;

DSпл – энтропия плавления;

Тпл – температура плавления, K;

m- число атомов в формульной единице.

Из химических соединений максимальную t плавления имеют основные оксиды ( BeO, MgO, CaO ~2500¸2800), наименьшую – кислые ( Al₂O₃ – 2050, SiO₂ – 1713).

В земной коре в % по массе содержится: 49,130₂ ; 26.0 Si ;7.45 Al; 7.2 Fe; 3.24 Ca; 2.4 Na; 2.35 K; 2.35 Mg; 0.16 Ti; 0.35 Cu; 0.2 Cl.

Остаток ~0,7%, в том числе С~0,14%.

Вывод: Наибольшее практическое значение для производства:

- в качестве огнеупорной основы имеют оксиды Si, Al, Mg, Ca, Cr, Zr, Ti, P и их смеси, а также С в виде графита;

- в качестве связок: щелочные силикатные, органические соединения, фосфаты и другие.