电炉加热实验法测定耐火材料抗热

耐火材料在有温度波动的环境下，特别是在急冷急热的条件下使用时，由于耐火材料表面和内部的温度差而产生应力，使耐火材料的组织产生劣化或破坏，进而造成剥落损伤。其模型图，如图12-1-1所示。
可见，与炉渣侵蚀所引起的耐火材料损耗相比，由于组织劣化或破坏所引起的剥落损伤具有非渐进性，即突发性。因此，耐火材料的抗热剥落损伤性能，即耐火材料的抗热冲击性能的优劣不但直接影响耐火材料的使用寿命，同时也关系到生产安全。
对某一耐火材料的抗热冲击性能进行评价，一般由两个实验部分组成。首先是加热和冷却耐火材料试样，即进行热冲击实验，使耐火材料的内部组织结构产生劣化或破坏。随后是对热冲击实验后的耐火材料试样进行测量和评价。对于一个耐火材料试样，可以采用不同的方式进行加热和冷却，也可以采用不同的方法对其抗热冲击性能进行评价。
篇幅有限，本文仅针对电炉加热实验法进行抗热冲击性能分析。
电炉加热实验法的实验装置如图12-1-2所示。实验时，首先将电炉加热到预定的实验温度并保温一定时间，然后将耐火材料试样(一般为整块耐火砖)从加热面(114mm*65mm)沿长度方向插入炉内2/3，其余1/3裸露于炉外。加热15min后，从炉内取出试样投入水槽中水冷或置于空气中空冷。
采用水冷方法时，使用的水槽如图12-1-3所示。水槽底部铺设一层金属网，金属网与水槽底面间留有20mm以上的空隙，以利于冷却水的充分流动，注入水槽的冷却水温度控制在300以下。水冷时，将耐火材料试样从炉内取出并迅速浸入水槽中至标线处，然后在水中冷却3min。随后，将试样从水槽中取出，加热面朝上再进一步在空气中自然冷却12min。然后记录耐火材料试样产生龟裂和剥落的具体状况，并图示或照相。采用水冷方法时，每次试验的周期为30min。即，加热15min，水冷3min，空冷12min。
采用空冷方法时，将耐火材料试样从炉内取出热面朝上冷却15min。然后记录耐火材料试样产生龟裂和剥落的具体状况，并图示或照相。空冷法每次试验周期也同为30min。即，加热15min，空冷15min。对于与水容易发生化学反应的碱性耐火材料，极易发生剥落的硅质耐火材料和电熔耐火材料以及气孔率大于45%的绝热耐火材料，一般适于采用空冷方法。
上述加热和冷却过程反复进行，直到耐火材料试样的加热面面积(114mm*65mm)剥落到1/2以上为止。对于剥落面积达不到1/2的耐火材料试样，加热和冷却过程反复进行到10次为止。在相同的实验条件下，耐火材料试样产生剥落时所需的加热和冷却次数越多，或在一定的加热和冷却次数内，耐火材料试样产生的剥落量越少，则耐火材料的抗热冲击性能越好。
除上述评价方法之外，还可以采用其他一些实验方法对耐火材料试样的抗热冲击性能进行评价。
电炉加热实验法的特点
电炉加热实验法，是评价耐火材料抗热冲击性能时常用的实验方法之一，其主要特点如下：
(1)实验方法方便、简捷，易于实现。
(2)耐火材料试样所受的热冲击强度较大。
(3)实验受耐火材料尺寸大小的限制。
(4)不适用于易氧化的耐火材料，特别是含碳耐火材料的实验。
电炉加热实验法的实验例
耐火材料试样使用高纯氧化镁砂和铬矿为主要原料压制而成。各原料的化学组成见表12-1-1。成型后的耐火砖（230mm*114mm*65mm)经1800℃烧成后用于热冲击实验。烧成砖的主要特性见表12-1-2。其中1号试样为标准样，2、3、4号为加入了特殊添加剂的试样，添加量分别为1%，3%和5%。实验主要是考察特殊添加剂对氧化镁-氧化铬系耐火材料抗热冲击性能的影响。
实验温度为1200℃，采用空冷方式。实验反复进行到耐火材料试样的加热面产生剥落为止，并以耐火材料试样产生剥落时的加热和冷却次数作为评价耐火材料抗热冲击性能的指标。当特殊添加剂的加入量为3%时，耐火材料的抗热冲击性能最好，比标准耐火材料试样（特殊添加剂的加入量为0)的抗热冲击性能提高1倍左右。