ТЕРМІСТІЙНІСТЬ
Здатність вогнетривів протистояти, не руйнуючись, коливань температури при нагріванні чи охолодженні називають термостійкістю. За орієнтовною оцінкою 4$ вогнетривів руйнується внаслідок недостатньої їх термостійкості при температурах, значно нижчих, ніж вогнетривкість (плавлення). В основі явищ, що викликають термічну руйнацію, лежать процеси, пов'язані з виникненням у матеріалі напруги. Термічні напруги бувають двох видів: напруги I роду, що викликаються градієнтом температур, і напруги II, викликані анізотропією термічного коефіцієнта лінійного розширення, хімічними реакціями, розширенням при поліморфізм. Ці напруги виникають при постійній температурі, їх називають також хімічними. В обох випадках напруги виникають тоді, коли матеріал не має можливості вільно змінювати свій обсяг з тих чи інших причин. Найбільш докладно вивчена термостійкість при напругах І роду.
При нагріванні тіла з поверхні зовнішні (поверхневі) шари нагріваються і розширюються швидше, ніж внутрішні. Напруги, що виникають через перешкоду зміні розмірів, є стискуючими, оскільки тіло прагне розширитися. При охолодженні виникають напруги, що розтягують. Величина напруг прямо пропорційна термічного коефіцієнта лінійного розширення, модулю пружності, перепаду температур (Тср-Т) і обернено пропорційна (1-ц) за формулою (II.39). Значення напруги, як було показано, можуть перевищувати міцність матеріалу.
Епюри напруг у платівці при нагріванні та охолодженні зображені на рис. 11.12. При зміні температури з постійною швидкістю її розподіл усередині тіла буде параболічним. Для вогнетривів межа міцності при стисканні більша, ніж при розтягуванні,тому при нагріванні вогнетривких виробів деформація у вигляді тріщин можлива в центрі, а при охолодженні на поверхні.
У формулі (11.39) для напруг на поверхні та в центрі перепад температур буде відповідно дорівнює Гпоя) і
(Ср-7"„). Визначити температуру безпосередньо на поверхні і В центрі складно.
Значення температур у центрі і на поверхні залежать від теплопередачі від поверхні до навколишнього середовища К, теплопровідності матеріалу X і відстані між поверхнею і центром rjn, тобто від половини товщини тіла. Ця залежність виражається безрозмірним критерієм Біо:
Мал. 11.12. Розподіл температури та напруги у пластиці: а
охолоджується з поверхні; б - нагрівається з поверхні
Отже, напруги I роду залежить від властивостей матеріалу (а, а, Е, ц, х), форми виробів, розмірів (rm), умов теплопередачі (р), швидкості зміни температур та інших.
По теорії максимальних напруг тіло руйнується, коли його міцність менше максимальних термічних напруг, що утворюються в ньому. За першим способом термостійкість виявляється у критеріальній формі ставленням, міцності до напруги:
Де R-критерій термостійкості; чим більше його значення, тим вище термостійкість; оПч - міцність матеріалу, кПа (це може бути межа міцності при згинанні, розтягуванні або при стисканні); Е - модуль пружності, кПа; а - термічний коефіцієнт лінійного розширення, К-1; р-коефіцієнт Пуассона; значення р. береться з метою виключення поперечної напруги.
Оскільки абсолютне значення R залежить від вибору величини 0пч, порівняння термостійкості різних матеріалів є правомірним при однаковому характері міцності. Усі величини у формулі (11.47) беруться за кімнатної температури;при цьому зміна значень [г і а від температури через незначність змін не враховується, а зміна значень Ого-го «Оізоо/^ізоо-
Поширення температури в тілі залежить від теплопровідності та температуропровідності, критерії термостійкості з урахуванням % і мають вигляд;
R, R1 і Ru прийнято називати відповідно критерієм термостійкості, I критерієм термостійкості та II критерієм термостійкості.
Застосування того чи іншого критерію визначається значенням критерію Біо: R застосовують за критеріями Біо20, тобто при високих швидкостях теплопередачі від поверхні в навколишнє середовище; R1 — за критерієм Біо з в'язкістю г^ж, в'язкість тіла, що здається, гКаж визначається формулою
%аж = їж (d/w)2, (11.58)
Де d – розмір зерен твердої фази (див. формулу 11.37). .
Оскільки R=ATP для пластини, то можна записати для тіла будь-якої форми:
Потім, використовуючи поняття «період релаксації» (див. нижче), б =тікаж/Е, де 9-період релаксації; т]кож - в'язкість, що здається; Е - модуль пружності; і, підставляючи замість тікаж його значення
З формули (11.60) випливає, що термостійкість виробів при високих температурах визначається їх термостійкістю при кімнатній температурі і періодом релаксації матеріалу.
З формул (11.47 і 11.48) можна зробити висновок, що зі збільшенням пористості термостійкість повинна знижуватися, так як при цьому аг при Е Е2, де індекси 1 і 2 відносяться до першої і другої фаз.
Термостійкість вогнетривів визначають двома методами. За першим методом проводять одностороннє нагрівання цілого виробу при температурі гарячого кінця 1300° З холодного кінця при кімнатній температурі і потім різко охолоджують виріб у проточній воді, занурюючи його у воду на 50 мм. Термостійкість виражають числом теплозміндо втрати виробом у масі 20% -ТСіоо. Цей метод є стандартним.
За іншим методом готують кільце, яке нагрівають зсередини. Термостійкість виражають перепадом температур, у якому кільце зруйнується — ДТр.
Для матеріалів, у яких лімітує стадією термічного руйнування є поширення тріщин, рекомендується термостійкість виражати в теплозмінах ТС^оо (%
ТЕХНОЛОГІЯ ВОГНЕУПОРІВ
ХІМІЧНА СТІЙКІСТЬ
Під хімічною стійкістю розуміють здатність вогнетривів не руйнуватися внаслідок різних хімічних реакцій — корозії. Корозія полягає в розчиненні вогнетривів, тобто в переході його з твердого стану в рідке. …
Сушіння є процес видалення вологи з твердих пористих матеріалів шляхом випаровування при температурі зазвичай нижче точки кипіння. Необхідність сушіння очевидна для виробів пластичного формування внаслідок незначної механічної міцності сирцю, …
Вогнестійкі глини і каолін
Вогнетривкими глинами називають землісті уламкові гірські породи осадового походження, які складаються в основному з високодисперсних гідроалюмосилікатів, дають з водою пластичне тісто, що зберігає при висиханні форму, і набувають після випалу міцності.