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发布时间:2025-07-04
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在购买耐火砖时,一般我们都会和厂家核对几个比较重要的指标,包括材料的耐火度、抗压强度、抗折强度、体密、热导率、膨胀系数、荷重软化温度、尺寸、形状、化学成分含量等等。在这里面就有两个温度数值的出现(耐火度和荷重软化温度),那么这两个数值到底哪个更重要,在哪种情况下需要更看重哪个数值呢?
耐火度
耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔融和软化的性能。耐火度的意义不同于熔点,熔点是纯物质的结晶相与其液相处于平衡状态下的温度。由于耐火材料一般是由多种矿物组成的多相固体混合物,其熔融是在一定的范围内进行的。
耐火材料的化学组成、矿物组成及各相分布、结合状况对其耐火度有决定性的影响。各种杂质成分特别是有强熔剂作用的杂质成分,会严重降低材料的耐火度。因此,提高原料纯度、严格控制杂质含量是提高材料耐火度的一项非常重要的工艺措施。
由于耐火材料在实际使用中,除受高温作用外,还受到各种荷载的作用及各种侵蚀介质的侵蚀,服役环境非常复杂,所以耐火度不能作为耐火材料使用温度的上限。
耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。
耐火材料的耐火度通常都用标准测温锥的锥号表示。各国标准测温锥规格不同,锥号所代表的温度也不一致。世界上常见的测温锥有德国的塞格锥(Segerkegel,缩写为SK)、国际标准化组织的标准测温锥(ISO)、中国的标准测温锥(WZ)和前苏联的标准测温锥(ⅡK)等。其中ISO、WZ、ⅡK是一致的,采用锥号乘以10即为所代表的温度。
测温锥的中国锥号WZ、前苏联锥号ⅡK和SK塞格锥号、德国标准、美国标准对照表见表1。
几种常见的耐火原料及制品的耐火度见表2。
耐火度的测定方法有国际标准ISO528,其他国家也都有相应的标准试验方法,且都是采用与标准测温锥相比较的方法。中国国家标准GB/T7322:(等同采用国际标准ISO528:)规定了耐火材料耐火度的试验方法,其要点是,将由被测耐火原料或制品制成的试锥与已知耐火度的标准测温锥一起栽在锥台上,在规定的条件下加热并比较试锥与标准测温锥的弯倒情况,直至试锥顶部弯倒接触底盘,此时与试锥同时弯倒的标准测温锥可代表的温度即为该试锥的耐火度。试锥在不同熔融阶段的弯倒情况如图1所示。
荷重软化温度
耐火材料的荷重软化温度是指材料在承受恒定压负荷并以一定升温速率加热条件下产生变形的温度。它表示了耐火材料同时抵抗高温和荷重两方面作用的能力,在一定程度上表明制品在其使用条件相仿情况下的结构强度。
影响耐火材料荷重软化温度的内在因素是材料的化学、矿物组成和显微结构,具体包括以下几点:
(1)构成材料的主晶相、次晶相及基质的种类与特性,各物相间的结合情况。若晶相和基质的高温性能好,耐高温结晶相形成网络骨架,结合紧密,材料的荷重软化温度就越高。
(2)晶相和基质的数量,高温下材料内形成液相的数量及黏度。材料内晶相多,高温下形成液相的数量少、黏度大,材料的荷重软化温度就越高。
(3)晶相与液相的相互作用情况。
通常,耐火材料的荷重软化温度与其气孔率有着较明显的关系,一般致密、气孔率低的材料开始变形温度较高。
影响耐火材料荷重软化温度的工艺因素是原料的纯度、配料的组成及制品的烧成温度。因此,通过提高原料的纯度以减少低熔物或熔剂的含量(如减少黏土砖中的Na₂O,硅砖中的Al₂O₃,镁砖中的SiO₂和CaO),配料时添加某种成分以优化制品的结合相,调整颗粒级配及增加成型压力以提高砖坯密度,适当提高烧成温度及延长保温时间以提高材料的烧结程度及促进各晶相晶体长大和良好结合,可以显著提高制品的荷重软化温度。
测定耐火制品荷重软化温度的方法有示差一升温法和非示差-升温法两种。
国际标准(ISO1893:2005)和中国国家标准(GB/T5989—2023)规定用示差-升温法测定耐火制品的荷重软化温度。其原理是:在规定的恒定压负荷和升温速率下加热圆柱体试样,直到试样产生规定的压缩形变,记录升温时试样的形变,测定在产生规定形变量时的相应温度。试验条件如下:所用试样为带中心孔的圆柱体,直径50mm、高50mm,中心孔径12~13mm;施加在试样上的载荷分别为0.2MPa(致密定形耐火制品)和0.05MPa(隔热定形耐火制品);升温速率一般为4.5~5.5℃/min(超过500℃时可为10℃/min)。分别报告自试样膨胀最高点压缩试样原始高度的变形为0.5%、1.0%、2.0%、和5.0%的温度,即相对应荷重软化T₀.₅、T₁、T₂和T₅的温度。
黑色冶金行业标准YB/T370—1995规定用非示差-升温法测定烧成耐火制品的荷重软化温度(目前该标准最新执行号为YB/T 370-2016)。值得注意的是,由于测定时所加荷载和升温速率的不同,即便是同一种材料,其荷重软化温度也会不同。因此,比较不同材料的荷重软化温度,应确认是在同一种测试条件下进行的。
几种耐火制品的荷重变形曲线如图2所示。
几种耐火制品的0.2MPa荷重变形温度见表3。
由以上内容我们可以看出在实际应用中两者的差异:
耐火度:主要影响耐火砖在高温下的物理和化学性质稳定性,是判定耐火材料的基本标准。
荷重软化温度:不仅影响高温下的物理稳定性,还涉及材料在承受载荷时的变形能力,对于评估材料在复杂工况下的表现尤为重要。
具体应用场景的差异
高温炉窑:耐火度是关键指标,确保砖体在高温下不软化。
承受载荷的高温设备:荷重软化温度更为重要,确保在高温和载荷同时作用下保持结构稳定。