陶瓷材料、磨料磨具、耐火材料的结构性能是评价耐火材料质量的重要指标。材料的结构性能与该材料所用原料和其制造工艺,包括原料的种类、配比、粒度和混合、成型干燥及烧成条件等密切相关。
1 气孔率检测
材料中的气孔大致可分为3类:(1)封闭气孔,封闭在制品中不与外界相 通;(2)开口气孔,一端封闭,另_端与外界相 通,能被流体填充;(3)贯通气孔,贯通材料两 面,流体能够通过。
1—封闭气孔;2—开口气孔;3—贯通气孔
通常将上述3类气孔合并为两类,即开口气 孔(包括贯通气孔)和封闭气孔。一般来说,开口 气孔占总气孔体积的多数,封闭气孔的体积很少。
由于封闭气孔的体积难于直接测定,因此, 材料的气孔率指标常用开口气孔率,也即显气孔率来表示。
气孔率是多数材料的基本技术指标。它几乎影响材料的所有性能,尤其是强度 、热导率、抗侵蚀性、抗热震性等。一般来说气孔率增大,强度降低,热导率降低,抗侵蚀性降 低。但气孔率对抗热震性的影响比较复杂。
密定形耐火制品的显气孔率按照中国国家标准 GB/T 2997—2015进行测定。致密耐火制品的显气孔率一般为10%〜28%,隔热耐火材料的真气孔率大于 45%。
2. 吸水率检测
带有气孔的干燥材料中所有开口气孔所吸 号水的质量与其干燥材料的质拭之比,以%表 示,它实质上反映了材料中的开口气孔量。
在耐火原料生产中,习惯上用吸水率来鉴定原料的锻烧质量,原料煅烧得越好,吸水率应越低。一般应小于5%。
对颗粒状(粒度大于2.0mm)耐火材料的吸水率的测定,按照中国国家标准GB/T 2999—2016进行。
3.体积密度检测
耐火材料的干燥质量与其总体积之比,即材料单位体积的质量,g/cm3。体积密度表征耐火材料的致密程度,是所有耐火原料和耐火制 品质量标准中的基本指标之一。
材料的体积密度对其其他许多性能都有显著的影响,如气孔率、强度、抗侵蚀性、荷重软化温度、耐磨性、抗热震性等。对轻质隔热材料,如隔热砖、轻质浇注料等,体积密度与其导热性 和热容量也有密切的关系。一般来说,材料的体积密度高,对其强度、抗侵蚀性、耐磨性、荷重软化温度有利。
材料的体积密度,受所用原料、生产工艺等 因素的影响,控制所用原料的体积密度、压制砖 坯的压力和制定合理的烧成制度,均能有效控制最终制品的体积密度。
对于不同的材料,体积密度的检测方法也不同。
(1)对于致密定形耐火制品的体积密度,按照中国国家标准GB/T 2997—2015进行测定。
(2)对于定形隔热耐火制品的体积密度 按照中国国家标准GB/T 2998—2015;
(3)对于颗粒状(粒度大于2.0mm)耐火材料 的体枳密度,按照中国国家标准GB/T 2999—2016 进行,采川称量法和滴定管法两种方法测定。
部分耐火材料的体积密度和显气孔率常见值
4 真密度检测
真密度是耐火材料中的固体质量与其真体积(耐火材料中固体部分的体积)之比,单位为g/cm3。真比重是材料的真密度除以4℃时水的密度,两者在数值上可视为相同。现在国际上已基本不再使用真比重这个概念,但日本耐火材料技术协会编辑出版的《耐火材料手册》一书,还在使用真比重。
在耐火材料中,硅砖的真密度是衡量石英转化程度的重要技术指标。由SiO2组成的各种不同矿物的真密度不同,鳞石英的真密度最小,方石英次之,石英最大。在研究多相材料的相转变时,在化学组成一定时,可根据真密度的数据来判断材料的物相组成。
对于耐火原料、耐火制品及不定形耐火材料的真密度,可按中国国家标准GB/T5071—2013进行测定。
5 透气性检测
耐火材料允许气体在一定的压差下通过的性能,通常用透气度来表示。
由于气体是通过材料中贯通气孔透过的,透气度与贯通气孔的大小、数量、结构和状态有关,并随耐火制品成型时的加压方向而异。它和气孔率有关系,但无规律性,并且又和气孔率不同。
对某些耐火材料,透气度是非常关键的指标,直接影响其抗侵蚀介质如熔渣、钢液、铁水及各种气体(蒸汽)的侵蚀性、抗氧化性、透气功能等。对某些材料,如用于隔离火焰或高温气体或直接接触熔渣、熔融金属的制品,要求其具有很低的透气度;而有些功能材料,则又必须具有一定的透气度。
耐火材料的透气度直接受其生产工艺的影响,通过控制颗粒配比、成型压力及烧成制度可控制材料的透气度。
对致密定形耐火制品的透气度,按照中国国家标准GB/T 3000—2016进行测定。
6 气孔孔径分布检测
孔径分布是不同孔径下的孔容积分布频率。
致密耐火制品中的气孔主要为毛细孔,孔径多为1~30μm;气孔微细化的铝碳制品和致密高铝砖的平均孔径为1~2μm;熔铸或隔热耐火制品的气孔孔径可大于1mm,称为缩孔或大气孔。
气孔孔径分布对材料的抗侵蚀性、强度、热导率、抗热震性等有一定的影响。
耐火材料的孔径分布也直接受原料、颗粒级配、粉料和微粉、结合剂、成型和烧成制度等的影响。
中国黑色冶金行业标准 YB/T 118—1997采用压汞法测定耐火材料的开口气孔的孔径分布、平均孔径、气孔的孔容积百分率。测试孔径范围为0.006~360μm。
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