Знання теплового розширення вогнетривких матеріалів

Знання теплового розширення вогнетривких матеріалів
Теплове розширення стосується властивості вогнетривких матеріалів, коли їхній об’єм або довжина збільшується з підвищенням температури. Його зазвичай виражають через швидкість лінійного розширення та середній коефіцієнт лінійного розширення або, альтернативно, через швидкість об’ємного розширення та коефіцієнт об’ємного розширення.
Коефіцієнт теплового розширення насправді не є постійною величиною; вона змінюється залежно від температури. Зазвичай згадуваний коефіцієнт теплового розширення відноситься до середнього значення в заданому діапазоні температур. Застосовуючи цю концепцію, важливо звернути увагу на відповідний діапазон температур.
Властивості матеріалів щодо теплового розширення тісно пов’язані з їх структурою та міцністю зв’язку. Матеріали з високою міцністю з’єднання мають низькі коефіцієнти теплового розширення (наприклад, матеріали SiC). Для матеріалів з однаковим складом їх коефіцієнт теплового розширення змінюється через різну структуру. Як правило, кристали з компактною структурою мають відносно великі коефіцієнти теплового розширення, тоді як аморфні скла зазвичай мають менші коефіцієнти теплового розширення. Для оксидів зі структурою щільної упаковки іонів кисню коефіцієнт лінійного розширення, як правило, великий. У не-ізотропних кристалах (не-рівновісних кристалічних системах) анізотропія їх теплового розширення є особливо очевидною, з різними коефіцієнтами теплового розширення в різних напрямках осі кристала. Матеріали з високоанізотропною структурою демонструють дуже малі коефіцієнти об’ємного розширення.
Властивості теплового розширення вогнетривів залежать від їх хімічного складу, мінерального складу і мікроструктури, а також змінюються при зміні температурного діапазону.
Теплове розширення вогнетривких матеріалів безпосередньо впливає на їх стійкість до термічного удару та об’ємну стабільність, що робить його однією з важливих властивостей, які слід враховувати під час виробництва (встановлення системи спалювання) та використання вогнетривких матеріалів. Для вогнетривких матеріалів із високим тепловим розширенням і полікристалічним перетворенням компенсатори повинні бути зарезервовані для компенсації напруги, викликаної тепловим розширенням через їхнє велике розширення при високих температурах. Швидкість лінійного розширення та коефіцієнт лінійного розширення є ключовими параметрами для проектування та розрахунку конструкції загального розміру зарезервованих компенсаційних швів і кладки.
Існує два методи випробування теплового розширення вогнетривких матеріалів, а саме національний стандарт GB/T 7320.1-2000 (плунжерний метод) і національний стандарт GB/T 7320.2-2000 (телескопічний метод). Принципи випробувань обох методів такі: нагрійте зразок до заданої випробувальної температури із заздалегідь визначеною швидкістю підвищення температури, виміряйте зміну довжини зразка при підвищенні температури та обчисліть швидкість лінійного розширення зразка при підвищенні температури та середній коефіцієнт лінійного розширення в заданому температурному діапазоні.