耐火材料结构性能检测

本文参考标准

ASTM C20-00(reapproved 2015)

JIS 2205

IS 1528 part XV: 2007

GB/T 2997-2015

1 耐火材料气孔率、体积密度、密度、比重等指标参数对耐火材料性能的影响，及相互之间的关系

1.1 表观气孔率（显气孔率）、总气孔率 对耐火材料性能的影响

制造金属和玻璃产品与陶瓷产品的主要区别在于其加工技术。任何金属或玻璃制品都是通过液态成型，并加工成具有特定形状和尺寸的固态。液态的形成是有益的，因为它内部没有空气或空隙（多孔性），除非在加工过程中掺杂其他因素。耐火材料和陶瓷是由具有不同大小颗粒的松散颗粒组成的，在高温下烧制，没有或仅有少量液相形成。特别是对于耐火材料来说，液相的形成几乎可以忽略不计（除了熔铸产品），因为液相会限制耐火材料的高温性能和应用，使其热强度急剧下降。耐火材料不可能没有气孔，在固体质量中，指标被称为"气孔率"。

-气孔率定义：一种材料的气孔率被定义为其气孔体积与体积的比率。气孔率的数量、大小和分布控制了许多耐火材料的特性，也决定了该耐火材料对目标应用的适合性。测量任何耐火材料中存在的气孔量是很重要的。

气孔率分为两种：开放气孔率和封闭气孔率。

-表面气孔一般称为显气孔，存在于耐火材料表面的气孔是向环境开放的，称为开放气孔或表面气孔。由于耐火材料表面面对的是所有关键性的应用环境，表面存在的气孔率是Zui重要的，它们的确定是至关重要的。这些表面气孔率在技术上被称为"表观气孔率"。表观气孔率是液体可以渗入的开放（表面）气孔的体积与样品总体积的比率，以百分比表示。这是一个重要的指标，特别是在耐火材料与熔融炉料和熔渣接触的情况下。低气孔率一般情况下是可行的，因为它可以防止任何液体在耐火材料中容易渗透。同样，气孔的大小和连续性也很重要，因为它们会影响耐火材料对熔融材料的行为。气孔的连通性是危险的，因为它有助于液体渗透到耐火材料的内部并导致急剧恶化。从强度和化学侵蚀的角度来看，大量的小孔比同等体积的大孔要好。

- 封闭气孔是指那些不可见的气孔，除非样品被打破，否则无法进入。它们从四面八方都是封闭的，对样品的导热性、强度、体积重量等非常重要。封闭气孔和开放气孔的总和给出了总气孔率的值。

气孔率对性能的影响

随着气孔率的提升，耐火材料将呈现出以下变化：

1.导热性差：气孔或空隙由静态空气填充，而空气的导热性很低，整体导热性下降。在气孔率值很高的情况下，耐火材料的性能更接近绝缘材料。

2.对热波动的抵抗力更强：由于气孔是开放空间，它们可以容纳突发热波动所导致的热膨胀。应变的产生会更少。

3.强度差：较高的气孔率导致接触的颗粒数量较少，对任何负载的阻力较小，强度差。

4. 抗磨蚀、侵蚀和磨损能力差。

5. 对任何化学攻击的抵抗力差，因为由于气孔表面的增加，任何反应的面积都会增加，腐蚀性液体和气体容易渗透。

6. 高渗透性：较高的气孔率增加了气孔凝聚和气孔连通的机会，导致任yiliu体通过耐火材料时的高渗透性。

1.2 体积密度对耐火材料性能的影响

密度是任何材料的Zui常见和Zui基本的物理特性之一。

定义为任何形状的质量与体积的比率。

由于大多数设计受到其尺寸或重量的限制，密度是许多计算中的一个重要考虑因素。现在，耐火材料内部有气孔，密度比其实际材料的密度低。气穴或空隙或气孔的存在减少了耐火材料的质量。这种减少的质量导致了耐火材料的密度降低。需要对降低的密度进行测量，以了解特定炉衬体积所需的耐火材料总量（重量），以及计算制造炉子所需的炉衬总体重量和热平衡计算。这种对耐火材料有用的降低的密度值，其中含有一定量的气孔，被称为“体积密度”。它被定义为每单位体积耐火材料的重量。这个体积考虑的是样品的体积，不包括表面/开放气孔的体积。这个体积密度表示材料的实际致密性，并给出了强度改变和其他相关特性的概念。明显，这个密度低于材料的真实密度，气孔率越高，体积密度值就越低。

1.3 比重对耐火材料性能的影响

比重指的是无气孔物体（如无气孔的物质）的理想密度（或真实密度）与参考物质在相同测试条件下的密度之间的比率。通常情况下，水是参考物质。在直观的概念中，比重表示物体下沉或浮起的能力，或用来比较两个物体的重量。比重不包含单位，因为它是物体真实密度与水（作为参考物质）密度之间的比率。比重会随温度和压力变化，在比较两个样品时，参考物质和测试样品都应在相同的温度和压力条件下进行。否则，比重值需要根据标准参考温度和压力进行校正。当总气孔率为零时，比重和体积密度的值将相等，表明样品完全致密。对于耐火材料而言，通常不喜欢比重太高的材料，因为高比重意味着固定体积的材料数量更多；在固定尺寸的衬里中，耐火材料的消耗量会更大，衬里的总负荷（包括重量和热负荷）会更高，成本也会增加。