水泥窑用致密耐火材料的抗热震性

我国适用于水泥窑用致密定形耐火材料的有YB/T 376. 1—1995耐火制品抗热震性试验方法(水急冷法)、YB/T 376. 2—1995耐火制品抗热震性试验方法(空气急冷法)和YB 4018—91耐火制品抗热震试验方法三个并行标准。
1、 YB/T 376.1—1995 (水急冷法)
①试样尺寸：长X宽X高=(200〜230)mmX (100〜150)mmX (50〜100)mm的直型砖，实际多采用尺寸230mmX114mmX65mm的标准砖。
② 加热方式：将试样的一段插人1100°C的电炉内。试样受热面距炉门内侧 50mm，距发热体表面不小于30mm。试样入炉后，炉温降低不得大于50°C，并应在5min内恢复1100°C，接着在1100°C保温15min。
③ 冷却方式：将试样的热端浸人5〜35°C的流动水中，深度为(50 士 5) mm,水冷3min，在空气中瞭干5min。如试样未到破损条件，放人炉中继续试验。
④ 评价标准：试样热端面的面积破损达到一半以上所需热震次数。
2.、YB/T 376.2—1995 (空气急冷法)
① 试样尺寸：长X宽X高= 114mmX64mmX64mm的长方体。
② 加热方式：试样放人950°C的电炉内。试样入炉后，炉温降低不得大于50°C，应在5min内恢复950°C,在950°C保温30min并应以一个长面放置，不得叠放。试样与试样、试样与炉壁间距不小于10mm。
③ 冷却方式：将试样取出，用压缩空气吹5min。压缩空气喷嘴要正对试样喷吹面的对角线交点，喷吹时间5min。压缩空气为室温，不含水滴。喷嘴前压力为O.1MPa，喷嘴距离试样喷吹面中心100mm。
④ 评价标准：冷却后，以0.3MPa的最大应力对试样弯曲试验。如果试样在0.3MPa弯曲应力的作用下破损，则认为未通过该次热震。如果试样经受住了0.3MPa应力的作用，则认为通过该次热震。试验反复进行，直至试样破损或热震达到预定的次数。
3. YB 4018—91耐火制品抗热震试验方法
① 试样尺寸：长× 宽× 高=230mm × 114mm× 31mm 或 230mm× 65mm × 31mm的长方体。
② 加热方式：使230mmX31mm的一面受热，以10°C/min的速率加热试样 到800°C ,再以5°C/min的速率加热到1000°C ,保温30min。
③ 冷却方式：将试样取出，放在不通风的试样架上，自然冷却。
④ 评价标准：测定试样经一次热震前后的抗折强度，以强度衰减率判定抗热震性的好坏。
从以上可知：水冷法的热震条件最为苛刻，空气急冷法的热震条件居中，自然冷却法的热震条件最为温和。所以，它们分别适合测试抗热震性好、抗热震性一般和抗热震性差的耐火材料。
水冷法有简单、快速、廉价的优点，适合水泥窑用耐火材料的日常生产检验。但是，该方法的测试结果离散性大，测试所需试样多。因测试条件差别，各实验室的检测结果可能差异很大。YB/T 376. 1—1995不能用于测试易水化材料(如白云石砖)和一些尺寸、形状特异制品。
空气急冷法热震条件比较温和。目前，耐火材料的抗热震性越来越高，使用空气急冷法很难使耐火材料破坏，测试工作量越来越大。目前，在许多西方公司的产品手册上都写明普通镁铬砖、直接结合镁铬砖、镁铝尖晶石和各种新型无铬碱性砖的抗热震性都>100次。这样，就区分不了普通镁铬砖、直接结合镁铬砖、镁铝尖晶石和各种新型无铬碱性砖抗热震性的强弱。因为这些材料的抗热震性都>100次。所以，除白云石等材料以外，国内厂家很少采用空气急冷法控制耐火材料的生产。YB 4018—91耐火制品抗热震试验方法规定的试验条件更加温和，更少有人使用。
如果研制新型耐火材料，推荐采用热震疲劳试验，以试验中样品抗折强度损 失的趋势来表征材料的抗热震性。
4、热震疲劳试验
水泥窑中，耐火材料的损坏是一个渐进过程，窑衬经受的热震远没有YB/T 376. 1 —1995规定的水冷试验那样砑刻。所以.用强制风冷试验方法进行热諡和 测定试验中强度的损失来评价耐火材料的抗热震性更为符合实际情况。推荐采用的抗热震疲劳试验的技术条件如下。
① 采用高温抗折强度试样的标准尺寸25mmX25mmX150rnm，以利用现有模具制作定形或不定形耐火材料试样。
② 加热采用RJX-14型硅碳棒电炉，炉膛尺寸(长X宽X高)500mmX 250mmX200mm，电炉功率14kW，SiC发热体12根，可调电压挡数为12，参考操作电压220V,电流强度60A。
③ 冷却在特制的风箱中进行。该风箱一端装有风机，功率为370kW，转速 2800r/min，风量8. 5m3/min，风压780Pa。风箱的导嘴长300mm，主体部分的尺寸1000mmX400mmX200mm。风箱中设有可以灵活转动的试样架，一次可以 在架上放置20条试样。采用风箱可以避免冷却风的中途散失，样架的转动可以保证各试件均匀冷却。由此，该装置明显减少了试验误差，且大幅提高了试验效率，如图5-17所示。 ④试验步骤：每种材料的试条数不应少于7根。 次热震至少需要2根试条。例如，0次 和10次各安排2根试条，3次和7次各安排1根试条，还有1根备用。
试验时，先将2块垫砖(230mm× 64mm × 32mm的黏土砖)放入炉内预热.将炉子升至预定温度，保温30min以上。然后，开启炉门用铁钳拖出垫云-将垫砖放在铁锹上，将铁锹放在耐大纤维毡上，快速铺上试条，再送人炉内。试样人炉内后，要求炉温在5min内恢复至预定温度，将试样在预定温度保温15min以上，就可以重新开启炉门对试条进行鼓风冷却。
冷却时，先打开冷却风机，从炉内取出垫砖，用铁钳将试条夹起并均匀地放在试样架上，一边鼓风冷却，一边转动试样架，冷却7min后可以将试条取出， 放在垫砖上，将载有试样的垫砖重新塞人炉内。一次热震大约需要花费30min。 为减少散热，试验要快速操作，随时注意关闭炉门，并用耐火纤维覆盖取出的垫砖。
⑤加热和冷却条件的选择：950°C风冷、1100°C风冷、950°C水冷或1100°C水冷。对抗热震性较差的材料如白云石砖、镁砖等可选950°C风冷;对抗热震性较好的材料如尖晶石砖、抗剥落高铝砖可选1100°C风冷;对抗热震性极好的材料如碳化硅等选择100°C水冷。总之，试验就是要将耐火材料试样分成三、六、九等，以便淘劣选优，再接着优中选优。
⑥热震次数的选择。热震中耐火材料破坏机理不尽相同，强度损失趋势也有很大差别。图5-18显示了热震中常见的强度损失形式。
由图5-18可见，类型为A的材料热震后强度不变。类型C强度减速下降， 热震开始时强度损失快，后期损失慢。 类型B呈线形下降的趋势。热震试验中， 类型D强度大幅降低，接着损毁。类型E强度加速下降，热震开始时强度损失慢，但热震后期强度损失快。因此，材料的抗热震性排序为A>C>B，而E、D 均不合格。
一些复合耐火材料由不同的原料制成。这些原料具有明显不同的热膨胀系数。烧成后，材料中可能存在残余应力。热震中，热应力降低强度，但退火又提高强度。所以，热疲劳试验后一些材料可能具有反常的强度曲线。这样，研制新型耐火材料时就需要进行10次，甚至更多次数的热震，并借助于热疲劳试验获得的整条强度曲线而不仅仅是曲线上的某个点来判定材料的抗热震性。