輕質(zhì)鋼包澆注料性能需要測試的內(nèi)容及方法

輕質(zhì)鋼包澆注料性能測試包括重?zé)€變化、體積密度、顯氣孔率、熱導(dǎo)率、抗折強(qiáng)度、線膨脹系數(shù)。體積密度與熱導(dǎo)率、比熱容是材料熱物性的主要參數(shù)，氣孔率則對(duì)上述三者產(chǎn)生影響。抗折強(qiáng)度則是衡量耐火材料力學(xué)性能的重要參數(shù)。另外，材料比熱容可以通過計(jì)算獲得。

重?zé)€變化

重?zé)€變化指耐火材料在一定溫度條件處理后尺寸的變化程度，分為烘干線變化和燒后線變化。本次測試中，指試樣在1000℃烘烤3h后的長度不可逆變化量與加熱前其長度之比。線變化數(shù)值用百分率表示，正值表示膨脹，負(fù)值表示收縮，材料的線變化過大，會(huì)導(dǎo)致其使用中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落，破壞襯體結(jié)構(gòu)，縮短使用壽命。

l1為成型養(yǎng)護(hù)后量取的樣品長度，l2為烘干后量取的樣品長度，l3為烘烤后領(lǐng)取的樣品長度，單位均為mm。

體積密度與顯氣孔率

體積密度即密度，為質(zhì)量與體積之比。氣孔率為材料中氣體體積與材料總體積之比。由于輕質(zhì)耐火澆注料使用在永久層不直接與鋼液接觸，所以不需要考慮氣孔對(duì)于鋼液侵蝕的影響。但是氣孔率對(duì)于澆注料其他性質(zhì)如熱導(dǎo)率、耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等有著重要的影響。對(duì)于一般的保溫材料而言，氣孔率越大越好，有利于降低熱導(dǎo)率。但是氣孔率越大，其力學(xué)性能越差。由于全氣孔率測定比較困難，所以可采用顯氣孔率作為參考標(biāo)準(zhǔn)，測定方法使用真空法。具體計(jì)算方法如下：

m1為干燥樣品的質(zhì)量，m2為真空法吸水飽和的樣品質(zhì)量，m3真空法吸水飽和后懸掛在水中的樣品質(zhì)量;K為樣品中吸入蒸餾水的體積，V0為樣品體積。ρl為蒸餾水的密度，以1g/cm3。該方法只能測試體積密度比蒸餾水大的樣品。

熱導(dǎo)率

熱導(dǎo)率是單位時(shí)間內(nèi)在單位溫度梯度下沿?zé)崃鞣较蛲ㄟ^材料單位面積傳遞的熱量。按測量方式不同，熱導(dǎo)率測試方法主要有十字熱線法、平行熱線法、閃光法和水流量平板法。常用方法有水流量平板法測量材料導(dǎo)熱率。其操作過程為，試樣尺寸為直徑180mm、厚度20mm的圓形試樣，裝樣臺(tái)上埋設(shè)均熱板和熱電偶，按照不大10℃/min升溫至實(shí)驗(yàn)所需溫度，控制水流量，待穩(wěn)定后，讀取冷、熱面熱電偶電動(dòng)勢，測量水流量及水溫升高的電動(dòng)勢差。按照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，k為常數(shù)，單位為J/(g·mV·m2)，Δmv為中心量熱器的水溫升高的電動(dòng)勢差，單位為mV，w為中心量熱器的水流量，單位為g/s，δ為試樣厚度，單位為m，t1試樣熱面溫度，單位為℃，t2為試樣冷面溫度，單位為℃。

應(yīng)該指出的是，由于輕質(zhì)澆注料中含有大量孔隙，不是均勻的連續(xù)介質(zhì)，本文中提及的熱導(dǎo)率可視為“折算導(dǎo)熱系數(shù)"或”表觀導(dǎo)熱系數(shù)”，由于澆注料生產(chǎn)或制樣使得澆注料各種原料均勻分布，所以可認(rèn)為熱導(dǎo)率為各相同性，只需要測量單一方向的熱導(dǎo)率即可。

抗折強(qiáng)度

抗折強(qiáng)度是指材料單位面積截面所能夠承受的極限彎曲應(yīng)力。測定在一定尺寸下長方體試樣在三點(diǎn)彎曲裝置上受彎時(shí)所能夠承受的最大荷重，可按下式計(jì)算:

式中R為抗折強(qiáng)度，Mpa;W為試樣斷裂時(shí)最大載荷，N;l試樣下端兩支撐點(diǎn)距離，mm;6為試樣寬度，mm;d為試樣的厚度，mm。

比熱

比熱是單位質(zhì)量物質(zhì)升高單位溫度所需要的熱量。輕質(zhì)澆注料比熱計(jì)算中可根據(jù)組成原料比熱值得到混合物質(zhì)比熱值：

線膨脹系數(shù)

線膨脹系數(shù)是指試樣塊長度或體積隨溫度變化的系數(shù)。

其中，α為平均線膨脹系數(shù)，1/K;T為實(shí)驗(yàn)溫度，K;T0為室溫，K;ρ為試樣的線膨脹率，%。

線膨脹系數(shù)是材料在加熱過程中溫度導(dǎo)致的變形情況，與材料的化學(xué)組成、礦物組成及其微觀結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，其性能的好壞直接影響材料的熱震穩(wěn)定性,材料的線膨脹系數(shù)大所產(chǎn)生的熱應(yīng)力也大，在材料溫度變化時(shí)易產(chǎn)生剝落斷裂情況。耐火澆注材料可使用線膨脹儀測量其線膨脹性能，其基本操作過程是將輕質(zhì)澆注料按工藝要求加工成φ10×50mm的圓柱體，放入高溫膨脹儀中，按照—定速率升溫，記錄測量各溫度下長度的變化，計(jì)算得到溫度線膨脹系數(shù)變化情況。