耐火材料是由固相(包括结晶相和玻璃相)和气孔两部分构成的非均质体。其中各种形状和大小的气孔与固相之间的宏观关系(包括它们的数量和分布结合情况等)构成耐火材料的宏观组织结构。制品的宏观组织结构特征,是影响其高温使用性质的重要因素。例如,为了提高耐火制品对外来介质的侵蚀抵抗性,其致密程度具有特别重要的意义。表示耐火材料宏观组织结构的致密程度,有如下一系列指标。
一,气孔率、体积密度、真密度和比重
气孔率,体积密度和真密度等是评价耐火材料质量的重要指标。这些指标直接表征他们本身的意义外,还与耐火材料的其他性质如热震稳定性、抗渣性、气体透过性以及导热性等有密切关系,并起着一定影响。这些指标中除真密度外,气孔率和体积密度等相互间都有这密切关系。
- 气孔率 耐火材料内的气孔是由原料中气孔和成型后颗粒间的气孔所构成。气孔的容积、形状以及大小的分布对耐火材料性质有很大影响,而与原料的种类无关,它们对其性质的影响有着相同的倾向。耐火材料的主要性质和气孔率之间有密切的关系。
生产工艺对气孔率的影响较其它性质大。硅砖、镁砖和铬镁砖的闭口气孔率接近于零,但粘土砖则较大,波动于0.7~4.0之间。
- 吸水率 它是耐火制品中全部开口气孔吸满水的重量与其干重之比,以百分率表示。它实质上是反映制品中开口气孔量的一个技术指标。烧结良好的原料,其吸水率数值应较低。
- 体积密度(亦称容积重量)表示制品干重与其总体积之比,即制品单位体积(表观体积)的重量,用克/厘米3表示。
体积密度也是表征制品致密程度的重要指标。密度较高时,可减少外部侵入介质(液相或气相)对耐火材料的作用的总面积,增大制品在使用过程中工作层内耐火材料重量与被吸收的侵蚀 介质之比,从而提高其使用寿命,所以致密化是提高耐火材料质量的重要途径。高纯度高密度耐火材料的生产,是制造抗侵蚀性耐火制品的工艺方向。
对于耐火隔热砖、轻质浇灌料、体积密度指标与其导热性和热容量也有密切关系。
制品的体积密度指标随其气孔率和矿物组成的变化而改变。因此,它是制品中气孔体积量和矿物组成的综合反映。只有当制品的化学矿物组成一定时,此时体积密度才是衡量制品中气孔体 积多少的指标。
综合应用体积密度和显气孔率指标,不仅可用以评定耐火制品的致密程度,并可借以检验生产中现行工艺条件的保持状况。
- 真密度 是指不包括气孔在内的单位体积耐火材料的重量。
- 比重,是耐火材料的单位体积重量与4℃水的单位体积重量之比。
二,透气度
透气度是表示气体通过耐火制品难易程度的特性值。它与气孔的构造和状态有关,并随耐火制品成型时加压方向而异。前述的气孔率仅表示制品组织内气孔存在的数量,其值大小并不包含制品透气度的特性。
通常认为,耐火制品的透气度是愈低愈好。但是随着技术的发展,为满足特殊使用条件,有时也要求制品有良好的透气性。
和气孔率不同,即使是同一制品的透气度,因随气体透过方向不同而异。影响耐火制品透气度的因素很多,但其中耐火材料的组织结构具有决定性意义。一般来说,气体透过性取决于制品中开口气孔的大小和相互联结情况,显然它和气孔率有一定关系,但是这种关系没有规律性。当制品的组织结构改变时,气体透过性的变动范围要比气孔率大得多。
通常要求透气性制品既有良好的透气性,又有足够的强度。提高制品的透气性,一般是通过调整配料的颗粒组成,适当减少细粉量增加中间颗粒配比等途径。