耐火砖过烧,其常温耐压强度通常会降低。
下面详细解释为什么会这样,以及过烧带来的其他负面影响。
过烧导致强度降低的核心原因
耐火砖的强度主要来源于两个方面:
固体颗粒间的牢固结合(通过陶瓷结合或化学结合)。
均匀、致密的微观结构。
过烧恰恰破坏了这两点,其机理如下:
晶粒过度长大和结构劣化
在正常的烧成温度下,原料中的微细颗粒会发生重结晶和烧结,形成强度高、结构稳定的结晶网络和陶瓷结合。
当过烧时,高温为晶粒的生长提供了过大的驱动力。小晶粒会迅速吞噬周围的晶粒,形成粗大的、不均匀的晶体结构。
后果:粗大的晶粒就像一堆大石头,它们之间的结合面积相对较小,结合力变弱。同时,晶粒的不均匀生长会在内部产生应力集中点,使砖体变脆。这直接导致常温耐压强度下降和抗热震性能恶化。
液相过量生成与聚集
耐火砖的原料和结合剂中通常含有一些低熔物成分。在正常烧成温度下,它们会形成少量液相,填充气孔,促进烧结,有助于提高强度。
当过烧时,高温会使这些低熔物大量生成,并且黏度急剧下降。
后果:
侵蚀骨料:过量的、流动性好的液相对主要的高耐火度骨料(如刚玉、莫来石等)进行溶蚀,破坏了坚固的骨架结构。
形成玻璃相:冷却后,这些过量液相会形成脆性的玻璃相。玻璃相本身强度不高,且与晶体之间的热膨胀系数不匹配,会成为裂纹扩展的路径。
液相聚集:严重的过烧会导致液相在局部区域聚集,形成薄弱带。
内部气泡与膨胀
过烧的高温可能促使原料内部残余的化学反应(如分解反应)过度进行,或者使液相中包裹的气体膨胀。
后果:形成不规则的、较大的闭口气孔或表面鼓泡。这些气孔是应力集中的源头,会显著降低材料的致密度和强度。
宏观变形
过烧时,砖体可能因为过量液相的生成而变软,在自身重力或窑内压力下发生扭曲、变形。
后果:这种变形本身就不符合尺寸要求,而且变形区域的结构通常是疏松和不均匀的,强度极低。
过烧的其他负面影响
除了强度降低,过烧还会带来一系列问题:
抗热震性变差:由于晶粒粗大化和大量脆性玻璃相的存在,砖体在冷热交替时更容易产生和扩展裂纹。
高温性能下降:过量液相的产生会导致砖的荷重软化温度降低,在高温下更容易变形塌陷。
耐侵蚀性变差:结构疏松和晶界被玻璃相覆盖,使得熔渣、钢水等更容易渗透和侵蚀砖体。
与“欠烧”的对比
为了更好地理解,可以对比一下“欠烧”:
欠烧:烧成温度不足或保温时间不够。结果是颗粒间未能形成足够的陶瓷结合,气孔多,结构疏松。其强度也很低,但通常是因为结合不充分。
过烧:烧成温度过高或保温时间过长。破坏了已经形成的良好结构,导致晶粒粗化、液相失控。其强度是从一个峰值(正常烧成)开始下降。
耐火砖的烧成是一个“恰到好处”的过程。正常烧成时,其强度、密度和微观结构达到最佳平衡。过烧则意味着超出了这个最佳点,通过晶粒粗化、生成过量脆性玻璃相、形成有害气孔等方式,破坏了材料的微观结构,从而导致其常温耐压强度和其他关键使用性能全面下降。
因此,在生产中严格控制烧成曲线(最高温度和保温时间)是保证耐火砖质量的生命线。