耐火材料的高溫蠕變形計算方法及提高

高溫蠕變性

在耐火材料檢測中，高溫蠕變性是評定耐火材料性能質量的重要指標之一，耐火材料在恒定高溫和一定荷重作用下產生的變形與時間關系，即為材料的高溫蠕變性。當材料在高溫下承受小于其極限強度的某一荷載時，必然產生塑性變形，它的變形量會隨時間的增長而逐漸增加，甚至會使材料破壞。此種蠕變現象，無疑對耐火材料的使用更為重要，因為對在高溫下的耐火材料同時考慮了3個因素：強度、溫度和時間。

由于施加在耐火材料上的荷重方式不同，可分為高溫壓縮蠕變、高溫拉伸蠕變、高溫抗折蠕變和高溫扭轉蠕變等，其中常使用的是高溫壓縮蠕變(簡稱壓蠕變)。

耐火制品壓蠕變的定義為：承受壓應力的制品隨著時間變化而發生的等溫變形。

通常壓力為0.2MPa，試樣要求為帶中心孔的圓柱體，直徑50mm ± 0.5mm， 高50mm ±0. 5mm，中心孔直徑12 ~ 13mm，并與圓柱體共軸。

 

耐火材料在高溫、荷重條件下變形量(%)與時間h的形變曲線，影響因素較多，一般來說有如下幾個方面：

(1) 使用條件：溫度、荷重、時間、氣氛性質(是氧化性或還原性);

(2) 材質：化學組成(雜質成分和其含量尤為重要)、礦物組成(是單相或復相，熔點，尤其玻璃相的組成和數量)。

(3) 顯微結構：如結晶相、玻璃相、晶相相互關系、氣孔大小與含量、分布等。

在使用時，對耐火材料的蠕變指標，因使用條件不同，用戶各有不同要求。 

高溫蠕變與荷重軟化溫度的異同：共同點都是在一定靜荷重下按照一定的升溫速度，測定試樣發生的變形量。不同點：荷重軟化溫度是在以上條件下測定試樣各種變形量的相應溫度，例如測定試樣自膨脹高點壓縮至原試樣高度的0.6%時的相應溫度;而蠕變是在某一高溫時(如1550℃、1500℃、1450℃、1400℃等)恒溫在一定靜荷重下測定單位時間的變形量或者是達到某種變形量所需的時間，即時間與變形量的關系。

 

耐火材料的高溫蠕變性怎么計算？

當耐火材料在高溫下承受小于其極限強度的某一定荷重時，產生塑性變形，變形量會隨時間的延長而逐漸增加，甚至會使耐火材料破壞，這種現象叫蠕變。在設計高溫窯爐時，根據耐火材料的荷重軟化試驗和殘存收縮率，在一定程度上可以推測耐火材料的高溫體積穩定性。耐火材料的高溫蠕變性是指制品在恒定的高溫條件下受應力作用隨著時間的變化而發生的變形。

高溫蠕變的檢測方法為：恒壓下，以一定速度升溫，到達指定溫度后長時間保溫，記錄隨時間的變化試樣在高度方向的變形量，計算蠕變率。計算公式為：

P=（Ln-Lo）/L1*

式中P--耐火材料制品試樣的高溫壓縮蠕變率，%；

Ln--試樣恒溫nh后的高度，mm；

Lo--試樣恒溫開始后的高度，mm；

L1--試樣原始高度，mm。

耐火材料在高溫、荷重條件的變形量及時間-形變曲線，是隨著材質、升溫速率、恒溫溫度、荷載大小等諸多因素的變化而變化的，而且差異極大。因此，對于不同材質的制品，應根據其使用條件單獨規定高溫蠕變試驗溫度等條件。

 

耐火材料的高溫蠕變性提高3大捷徑 

高溫蠕變性是指在某一恒定的高溫以及固定載荷下，耐火材料的形變與時間的關系。

高溫窯爐的使用壽命有的長達幾年，甚至十幾年。終，耐火材料的高溫損毀并不是因強度原因破壞，而是高溫、強度、時間三者綜合作用的結果。例如，熱風爐的格子磚經長時間的高溫工作，特別是下部的磚體在荷重和高溫的作用下，磚體逐漸軟化產生塑性變形，強度下降直至破壞;特別注意的是，因溫度、結構的不均勻，部分磚體塑性變形嚴重，會導致窯爐構筑體的整體性破壞。

因此，提高耐火材料抗蠕變性，研究耐材在高溫下應力作用產生的組織結構變化;檢驗制品質量;評價生產工藝;窯爐設計中預測耐火制品在實際應用中承受負荷的變化;評價制品的使用性能等具有非常重要的意義。

一般來講，提高耐火材料抗蠕變性，主要通過以下三種途徑：

1、純化原料：提高原料的純度或對原料進行提純，盡量減少低熔物和強熔劑等雜質成分(如，粘土磚中的Na2O、硅磚中的Al2O3、鎂磚中的SiO2和CaO等)的含量,從而降低制品中的玻璃相含量(這是提高該性能的推薦方法);

2、強化基質：引入“逆蠕變效應”物質。如在高鋁磚配料中引入一定尺寸的石英顆粒，高鋁磚在高溫下使用時，其中石英SiO2和高鋁原料中的Al2O3持續發生莫來石的合成反應，反應過程伴隨有一定程度的體積膨脹。這種體積膨脹的作用既是“逆蠕變效應”，可以抵消材料蠕變時的收縮變形，從而提高了高鋁磚的抗蠕變性能。

3、改進工藝：合理設計配合料的顆粒級配，提高坯體的成型壓力，獲得高致密度坯體，減少制品中的氣孔數量，使制品抗蠕變的有效成分增加;合理制定燒成制度(燒成溫、保溫時間、加熱及冷卻速度)，使材料中的必要物化反應充分進行，獲得需要的物相組成和組織結構。

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