耐火材料荷重软化温度

耐火材料的荷重软化温度是指耐火砖在持续升温条件下承受恒定载荷产生变形的温度。它表示了耐火材料同时抵抗热负荷和重负荷两方面作用的能力，在一定程度上表明了砖在与其使用情况相似条件下的结构强度。

我国标准规定用示差—升温法测定耐火砖的荷重软化温度。其原理是，在规定的恒压载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变形，记录升温时试样的形变，测定其达到规定形变量时的相应温度。所用试样直径为50mm，高50mm，中心孔径为12—13mm的中空的圆柱体。施加在试样上的载荷为0.2MPa。l000℃以下时升温速度为4—5℃／min，高于1000℃时为5—10℃／min。记录试样中心温度及变形量，绘制温度-变形曲线，再利用预先已测得的相当于通常试样高度的氧化铝管的温度-膨胀曲线，对试验所得的温度-变形曲线进行校正，分别报告自试样膨胀最高点起，压缩试样原始高度的变形量为0.5％，1.0％，2.0％和5.0％相对应的T_0.5，T_1.0，T_2.0和T_5.0，作为耐火材料的各级荷重软化温度。对有些耐火材料，当加热至某一温度时，突然溃裂或破裂，无法测定各种变形温度，则以发生此现象的温度作为溃裂点或破裂点。

各种耐火砖的荷重变形曲线和荷重变形温度和0.2MPa的荷重变形温度分别如下图。

各种耐火砖的荷重变形曲线

1一高铝砖；2一硅砖；3一镁砖；4，6一粘土砖；5一半硅砖

几种耐火砖的0.2MPa荷重变形温度

从可以看出，粘土砖的开始荷重软化变形温度较低，荷重变形温度曲线比较平缓，开始变形与变形达30％时的温度相差近350℃。镁砖的开始软化变形温度较高，开始变形后持续变形不足10％即破裂。硅砖的开始软化变形温度较高，但达到软化变形温度后几乎立即溃裂。另外，从各种耐火材料的耐火度与其开始荷重软化温度的对比也可以看出，硅砖仅相差数十度；粘土砖一般相差数百度；普通镁砖大约相差干度以上。

各种耐火材料开始荷重软化温度和荷重变形温度曲线的不同，主要取决于耐火砖的化学矿物组成，也在一定程度上与其微观结构有关。其中影响显著的因素主要有：主晶相的种类和性质，以及主晶相和次晶相间的结合状态；基质的性质和基质同主晶相、主晶相和次晶相的数量比及分布状态。另外，耐火砖砖的致密度和气孔的状况也有一定的影响。

当耐火砖完全由单相多晶体构成时，砖的荷重软化温度与晶相的熔点相对应。例如由高熔点晶体构成的高纯耐火砖的荷重软化温度必定较高。高纯烧结刚玉荷重开始软化温度可达1870℃。当耐火砖中的高熔点晶体互相接触或互相交织形成坚强网络结构时，其荷重软化温度必定较高。反之，高熔点晶相呈孤立状态时，其荷重软化温度必定较低。如硅砖的相组成主要是鳞石英和少量方石英。由于鳞石英在砖中形成矛头状双晶互相交织的网络结构，故荷重软化温度皆很高，开始软化的温度多在1650℃以上，有的高达1800℃以上，高于鳞石英的熔点。又如普通镁砖，其中主晶相方镁石的熔点高达2800℃，但因主晶相被孤立，故荷重软化开始温度仅1550℃左右。

当耐火砖中除高熔点晶相以外还有基质时，基质在高温下是否易于形成熔体，熔体的粘度是否易随温度升高而降低，以及基质的数量和分布等对荷重软化温度有显著影响。例如粘土砖和含A12O3较低的高铝砖的主晶相皆为莫来石，因其中都有较多的富含SiO2的玻璃质基质，莫末石晶体孤立地分散于其中。由于基质在1000℃以下开始软化，故砖开始软化变形的温度较低，并随基质含量增多，即莫来石与基质含量比的减小而降低。另外，由于此种基质的粘度随温度升高而降低的速率较慢，故变形温度范围较宽。又如普通镁砖的主晶相方镁石晶粒多被基质包围，而此种基质又由易熔硅酸盐晶体构成，砖的荷重软化温度受基质控制，因而较低。当基质熔融以后，由于其粘度很低，造成试样极易突然破裂。再如硅砖，其具有很高的荷重软化温度，除鳞石英等构成的骨架以外，也与高粘度玻璃相的基质有关。随着气孔率的增加，荷重软化开始温度降低。

综上所述，为了提高耐火砖的荷重软化温度，必须确保原料的纯度和烧成温度，降低基质含量，改善基质的性质与分布，提高耐火砖的致密性和晶体的良好发育长大与结合。为必须正确选用原料组成及其配比和制定合理的工艺方法与制度。

荷重软化温度是评价耐火材料质量的一项重要的技术指标。测定荷重软化温度时的热负荷和重负荷共同作用的条件接近耐火材料服役时的许多实际状况，其中开始软化变形温度可作为在相近工作条件下大多数耐火材料使用温度上限的参考值。一般而言，除耐火材料在服役时所承受的重负荷很低以外，若在热负荷和重负荷的双重作用下服役，而且重负荷接近0.2MPa时，最高使用温度应该控制在此极限值以下。软化或由软化至溃裂的过程，可作为对材料的矿物组成与结构等特点及其工艺制度合理与否的判据，从而为改进耐火材料的质量和正确选材提供依据。应该指出的是，耐火材料的软化温度基本上是瞬时测定的，而绝大多数耐火砖在实际中是长期服役的，即长期在热负荷和重负荷共同作用下工作，从而使耐火材料的变形和裂纹易于持续地发展，并可导致损毁。随着重负荷增大，变形加快、加大。因此，耐火材料的荷重软化温度仅能在确定耐火材料的最高使用温度时参考。

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