Свойства огнеупоров - раздел Образование, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
При Сооружении Различных Нагревательных Ус...
При сооружении различных нагревательных устройств применяют огнеупорные материалы, которые должны защищать конструкцию от длительного воздействия высоких температур, расплавов и печных газов, сохранять или отдавать теплоту.
Огнеупорными называют неметаллические материалы, которые могут длительное время выдерживать разрушающие воздействия, оказываемые на них в различных огнетехнических установках при высоких температурах.
Огнеупорные изделия общего назначения представляют собой гетерогенный материал, отдельные зерна (компоненты) которого имеют иногда совершенно различные химические, термомеханические и теплофизические свойства.
Макроструктура огнеупоров характеризуется твердой частью и порами. Твердая часть имеет крупные зерна (частицы), часто полностью состоящие из кристаллических фаз, называемые заполнителем, и более мелкие по размеру зерна, называемые связкой. Связка состоит из стекла, аморфных и кристаллических частиц [5].
Поры являются неотъемлемой частью огнеупоров. Они расположены в крупных зернах, между зернами в связке и оказывают как отрицательное, так и положительное влияние на эффективность огнеупоров в службе.
В огнеупорах преобладают тугоплавкие оксидные и другие соединения в кристаллическом состоянии.
При выборе огнеупоров необходимо знать их основные характеристики, которые приводятся в справочниках.
Огнеупорность. Огнеупорностью называют свойство материала противостоять воздействию высоких температур в определённых условиях, не расплавляясь. Огнеупорность выражают в градусах Цельсия (°С) или номером пироскопа. Огнеупорность определяют стандартным методом с помощью пироскопа (трёхгранной усеченной пирамидки 30×80×2 мм), который деформируется при определённых температурах. Например, огнеупорность – ПК №170. Номер пироскопа, умноженный на 10, соответствует огнеупорности 1700 °С.
Огнеупор представляет собой смесь химических соединений и не имеет определённой температуры плавления. Существует температурный интервал плавления, внутри которого лежит температура огнеупорности. Максимальной рабочей температурой службы огнеупора является такая температура, выше которой огнеупор быстро изнашивается в характерных условиях эксплуатации. Эта температура значительно ниже температуры огнеупорности.
Пористость. Пористостью материала называют отношение общего объёма всех содержащихся в материале пор к общему объёма материала. Пористость обычно выражается в процентах по объёму.
В огнеупорах пористость изменяется в широких пределах: от 1% в плавленых до 90 % в теплоизоляционных материалах.
Поры могут быть закрытыми, то есть разобщёнными, или открытыми, сообщающимися между собой.
От пористости зависит механическая прочность, газопроницаемость и шлакоустойчивость огнеупора.
Газопроницаемость. Характеризует возможность фильтрации газов через открытые поры огнеупора. Газопроницаемый огнеупор может насыщаться парами металлов или газами. В результате этого происходит разъединение зёрен огнеупора и снижение его прочности. Для материалов ответственного назначения газопроницаемость нормируется.
Термомеханические свойства. К термомеханическим свойствам огнеупоров относятся: прочность при нормальной и высокой температуре, хрупкость, температура деформации под нагрузкой, ползучесть, сопротивление истиранию, усталость, термостойкость, старение, нормированное постоянство объема при высоких температурах.
Механическая прочность при нормальной температуре характеризуется пределом прочности при сжатии sсж=20…50 МПа. Для плотных огнеупоров sсж достигает 100 МПа. При деформациях изгиба sизг=(0,3…0,2)sсж, а при растяжении sраст=(0,16…0,12)sсж.
В результате нагрева прочность некоторых огнеупоров возрастает. При дальнейшем повышении температуры в огнеупорах появляется жидкая фаза и прочность резко снижается, огнеупор деформируется. Деформация характеризуется температурой деформации под нагрузкой. Эта температура определяется стандартным методом под нагрузкой 0,2 МПа. Важным фактором является интервал температур деформации, при котором происходит разрушение огнеупора.
Ползучесть – необратимая пластическая деформация материала под воздействием напряжений меньших предела прочности. В некоторых случаях эта характеристика является определяющим условием выбора огнеупора.
Сопротивление истиранию. Огнеупоры часто испытывают истирающее действие шихты, пыльных газов и т.п. Сопротивление их истиранию определяется прочностью контакта связки с наполнителем и открытой пористостью.
Усталость огнеупоров. Усталостное разрушение представляет собой накопление дефектов и развитие нарушений сплошности нагруженного материала. Предполагается, что в огнеупорах процесс усталостного разрушения аналогичен таковому в металлах [5].
Термическая стойкость – способность огнеупоров выдерживать без разрушения резкие изменения температуры. Значительная часть огнеупоров разрушается из-за недостаточной термостойкости при температурах ниже, чем их огнеупорность. Термостойкость определяется числом теплосмен. Теплосмена включает цикл нагрева и последующего охлаждения.
Старение огнеупоров. При длительной службе огнеупоры разрушаются в результате старения. При старении происходит коренное перерождение структуры. Оно сопровождается изменением пористости, прочности, ползучести, термостойкости и других свойств.
Нормирование постоянства объема при высоких температурах. При длительной службе огнеупоров при высоких температурах происходит необратимое изменение объема. Оно может быть положительным (дополнительный рост) и отрицательным (дополнительная усадка). Незначительное изменение объема не вызывает особых осложнений, а заметное изменение объема недопустимо. Поэтому значения дополнительного роста или усадки нормируют в зависимости от вида изделия и назначения.
Теплофизические свойства. Теплофизические свойства являются важнейшими параметрами огнеупоров, определяющими их расход, область применения, конструкцию и качество работы агрегатов, расход топлива [6]. Основными показателями теплофизических свойств огнеупора являются: удельная теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность, термический коэффициент линейного расширения, химическая стойкость.
Теплоёмкость огнеупоров С [кДж/(кг·К)] зависит от их химического состава. Знание теплоёмкости необходимо при расчётах печей для определения теплоты, аккумулируемой кладкой. Теплоёмкость огнеупоров незначительно изменяется в зависимости от температуры, поэтому в расчётах обычно используют среднее значение теплоёмкости. Большинство огнеупоров имеют теплоёмкость в пределах 0,8…0,97 кДж/(кг·К).
Теплопроводность зависит от вида огнеупора, его температуры и пористости. Она характеризуется коэффициентом теплопроводности λ [Вт/(м·К)]. С ростом температуры коэффициент теплопроводности λ у большинства огнеупоров снижается. Значение λ для огнеупоров составляет (0,9…16) Вт/(м·К).
Температуропроводность огнеупоров характеризуется коэффициентом температуропроводности а=λ/(с×ρ) [м2/с]. Она влияет на скорость распространения тепла (температуры).
Большое изменение размеров огнеупора при нагревании может привести к растрескиванию, выпучиванию и разрушению футеровки. Для характеристики линейного расширения огнеупоров используют термический коэффициент линейного расширения a [1/К]. Значение a зависит от кристаллической структуры вещества и связи между структурными элементами.
Химическая стойкость характеризует способность огнеупоров не разрушаться в результате различных химических реакций взаимодействия их со шлаками, расплавами металла, пылью, газами, окалиной.
Федеральное агентство по образованию... Южно Уральский государственный университет... Кафедра Промышленная теплоэнергетика...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Свойства огнеупоров
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Атомно-кристаллическая структура металлов
Металлы обладают рядом характерных свойств:
– высокой теплопроводностью и электропроводностью;
– термоэлектронной эмиссией, то есть способностью испускать электроны при нагреве;
Точечные дефекты
Размеры точечного дефекта близки к межатомному расстоянию. К точечным дефектам относятся вакансии и межузельные атомы. Вакансиями называют узлы кристаллической решётки, в которых отсу
Линейные дефекты
Основным видом линейных ДКС являются дислокации. Они бывают краевые и винтовые.
Мысленно надрежем идеальный кристалл и в образовавшуюся щель вставим дополнительную атомную по
Поверхностные дефекты
К поверхностным ДКС относятся: 1) границы зёрен; 2) границы субзёрен.
Поликристалл содержит огромное число мелких зёрен. Границы зёрен представляют собой переходную область, в которой крис
Строение сплавов
Сплавы – материалы, содержащие не менее двух элементов. Сплавы получают в результате сплавления, спекания, плазменного напыления, электролиза и т.п. Они имеют более сложное строение. В слава
Химические соединения
Химические соединения, встречающиеся в металлических сплавах, очень разнообразны. Они отличаются от твёрдых растворов следующими признаками: 1) имеют строго определённый состав и химическую формулу
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
Переход металла из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. При кристаллизации система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей свобо
Упругая и пластическая деформация
Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешних сил. Различают упругую и пластическую деформации.
Упругой называют деформа
Механизм пластической деформации
В монокристаллах пластическая деформация может осуществляться двумя способами: 1) скольжением; 2) двойникованием. Скольжение – это сдвиг одной части кристалла относительно другой. С
Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла
Пластическая деформация вызывает в металле структурные изменения трёх видов:
1) изменяются форма и размеры зёрен. До деформации металл имеет равноосную структуру. В процессе деформации зёр
Разрушение металлов
Разрушение – это процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части.
Разрушение может быть хрупким или вязким. Механизм зарождения
Возврат и полигонизация
Деформированный металл обладает повышенной энергией и поэтому термодинамически неустойчив. В таком металле протекают диффузионные превращения, приводящие его в более устойчивое состояние. При комна
Рекристаллизация
Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зёрен с меньшим количеством дефектов кристаллического строения. В результате рекристаллизации вместо деформированных зёрен образуются новые
Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла
Размер зерна рекристаллизованного металла существенно влияет на его свойства. Металлы и сплавы, имеющие мелкое зерно, обладают большей прочностью и вязкостью. В ряде случаев необходимо, чтобы метал
Холодная и горячая деформации
В зависимости от соотношения температуры, при которой происходит деформация, и температуры рекристаллизации данного металла различают холодную и горячую деформации.
Холодн
Компоненты и фазы в системе железо-углерод
Сплавы железа широко распространены в промышленности. Основными из них являются стали и чугуны. Это сплавы железа с углеродом.
Строение любых сплавов отражается диаграммой состояния. Чтобы
Углерод
Углерод – неметаллический элемент с атомным номером 6. Плотность углерода 2,5 г/см3. Температура плавления ~3500 °С. Углерод имеет две модификации: графит и алмаз. Графит имеет слоистую
Цементит
Цементит – химическое соединение железа с углеродом. Содержит 6,67 % С. Цементит имеет сложную ромбическую решётку. Температура плавления цементита точно не определена из-за его распада при нагреве
При медленном охлаждении
Диаграмма состояния показывает, как указывалось ранее, изменение равновесного состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации. Равновесным является такое состояние, при котором наблюд
Формирование структуры белых чугунов
Белыми называют чугуны, в которых углерод полностью находится в химически связанном состоянии, то есть в виде цементита. Поэтому они кристаллизуются в соответствии с диаграммой состояния Fe–
Белые чугуны
Белыми называют чугуны, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Цементит придаёт излому чугуна специфический светлый блеск. Поэтому чугун называют белым. Фазовые
Серые чугуны
В серых чугунах углерод полностью или большей частью находится в химически свободном состоянии, то есть в виде графита. Графит в сером чугуне имеет форму пластинок либо розеток (рис.6.1, а).
Высокопрочные чугуны
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму (рис. 6.1, б).
Шаровидная форма графита не является активным концентратором напряжений и поэтому меньше ослаб
Ковкие чугуны
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму (рис. 6.1, в).
Ковкий чугун получают из белого чугуна в результате длительного нагрева при высоких температ
Примеси в сталях
Промышленные стали, помимо основных элементов (железа и углерода), всегда содержат и другие элементы. Эти элементы можно разделить на 4 группы: 1) постоянные примеси – Mn (до 0,8 %), Si (до 0,4
Влияние углерода на свойства стали
Углерод оказывает определяющее влияние на свойства стали. После медленного охлаждения структура стали состоит из двух фаз: феррита и цементита.
Феррит – мягкий и пластичный, а цементит – т
Влияние постоянных примесей на свойства стали
Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, сера и фосфор.
Марганец является полезной примесью. Он вводится в сталь для раскисления. Раскисление – это процесс удале
Влияние легирующих элементов на критические точки железа
Легирующие элементы вводятся в сталь для получения необходимой структуры и свойств. Большинство их образуют с железом твердые растворы замещения. Они влияют на положение точек А3 (911 °С
Маркировка сталей
Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные.
Углеродистые стали обыкновенного качества маркируют: Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4,
Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы
Коррозия – это разрушение металла под действием окружающей среды. При коррозии металлы покрываются ржавчиной. Коррозия ухудшает механические свойства металла.
Различают химическую и
Жаропрочные стали и сплавы
Жаропрочными называют такие стали и сплавы, которые могут определенное время работать под нагрузкой при высоких температурах и при этом обладать жаростойкостью.
В теплоэнергетике жа
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ
Термическая обработка заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения до комнатной температуры или ниже с определенн
Отжиг стали
Отжигом называют вид термической обработки, при которой неравновесная структура стали, возникшая в результате литья, ковки, прокатки, сварки и т.п., превращается в структуру близкую к равнов
Нормализация стали
Нормализация является частным видом отжига II рода. При нормализации сталь нагревают на 50…70 °С выше точки АС3, выдерживают при этой температуре для прогрева садки и завершения ф
Закалка стали
Цель закалки – повышение твердости и прочности стали. Она заключается в нагреве до температуры выше критических точек, выдержке при этой температуре и быстрого охлаждения. Таким охлаждением предотв
Отпуск стали
Отпуск стали является заключительной технологической операцией, определяющей ее конечные свойства. Отпуск смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость и
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
Химико-термической обработкой называют технологические процессы, при которых происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя деталей различными элементами. Целью химико-термической обр
Цементация стали
Цементацией (науглероживанием) называют такой вид химико-термической обработки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в специальной среде – карбюри
Азотирование стали
Азотирование – это насыщение поверхностного слоя детали азотом. В результате этот слой приобретает высокую твердость, повышенную износостойкость и сопротивление некоторым агрессивным средам.
Нитроцементация и цианирование сталей
Нитроцементация и цианирование – насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом. Если оно проводится в жидких цианистых солях, что процесс называют цианирова
Диффузионная металлизация
Диффузионная металлизация – это процесс поверхностного насыщения стали металлами. Насыщение алюминием называется алитированием, хромом – хромированием, кремнием – силицированием, титаном – т
Огнеупорные изделия
Кремнеземистые огнеупоры
К кремнеземистым огнеупорам относятся динасовые (SiO2 ≥ 93 %) и кварцевые (SiO2 > 85 %). С
Огнеупорные бетоны, торкрет-массы, мертели
Огнеупорные бетонные массы (бетоны), состоят из огнеупорного заполнителя, вяжущего вещества, добавок и пор, затвердевающих при нормальной или повышенной те
Свойства теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционные материалы служат для уменьшения теплопотерь в окружающую среду в различных теплотехнических устройствах. Эти материалы должны обладать малой теплопроводно
Естественные теплоизоляционные материалы
Диатомиты и трепелы – пористые осадочные горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO2). В диатомитах содержится 90…95 % SiO2, трепе
Искусственные теплоизоляционные материалы
К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и различные волокнистые материалы. Для средне- и высокотемпературных огнетехнических установок
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Материаловедение: учебное пособие/ М.А. Смирнов, К.Ю. Окишев, Х.М. Ибрагимов, Ю.Д. Корягин. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – Ч. I. – 139 с.
2. Лахтин, Ю.М. Материалове
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов