ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Определение термических свойств теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные материалы, применяющиеся при высоких температурах (600° С и выше), должны обладать целым рядом специфических свойств. Они должны, не рас­плавляясь, выдерживать действие высоких температур, при повторном нагревании не давать большой дополни­тельной усадки, быть термически стойкими (неоднократ­но выдерживать переменное нагревание и охлаждение), в нагретом состоянии выдерживать некоторое заданное давление, не деформируясь.

Таким требованиям отвечают керамические теплоизо­ляционные материалы (легковесные огнеупоры, перлито - керамические и высокопористые диатомитовые изделия I и др.). При контроле качества таких материалов обычно I определяют их огнеупорность, величину деформации под ' давлением в нагретом состоянии, дополнительную усад­ку, термическую стойкость.

Огнеупорностью называют способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких тем­ператур.

Показателем огнеупорности (ГОСТ 4069—69) являет­ся температура, при которой образец испытываемого ма­териала в форме усеченной пирамиды под влиянием соб­ственного веса деформируется таким образом, что его вершина опускается до плоскости подставки, на которой этот образец установлен. Эта температура называется температурой падения конуса и выражается в °С. ■

Огнеупорность изделий определяют следующим обра-is зом. От изделия откалывают отдельные куски, измельча-, | ют их, растирают в ступке и затем просеивают через си-: то с отверстиями 0,2 мм. Из полученного порошка приго­тавливают пластичное тесто, затворяя его 10%-ным вод-і ным раствором декстрина. В специальной разъемной форме формуют образцы в виде трехгранных усеченных' пирамидок размером H = 30 мм, а = 8 мм и Ь — 2 мм. Фор­му предварительно смазывают тонким слоем вазелина, 1» затем в нее набивают приготовленную массу, уплотняют?! ее, срезают излишек, а поверхность среза заглаживают.'!; Отформованный образец вынимают из формы, сушат сна-|| чала на воздухе, а затем в сушильном шкафу при темпе-II ратуре 105—110° С. " її

70 - 11

І

Высушенный образец устанавливают на специальную подставку, выполненную из высокоогнеупорной керами­ки. Обычно такие подставки изготовляют из массы, состо­ящей из 70% корунда и 30% огнеупорной пластичной глины. Подставка имеет форму диска с бортиками высо­той 3—5 мм.

Рядом с образцом, на расстоянии в несколько мил­лиметров, устанавливают два контрольных конуса (пироскопа), огнеупорность которых известна. Причем огнеупорность одного из контрольных образцов (пи­роскопов) должна быть не­сколько выше предполагае­мой огнеупорности испы­туемого материала, а второ­го — несколько ниже. Все три пирамидки должны быть установлены на одинаковом расстоянии от центра под­ставки. После установки об­разцов их закрепляют путем насыпания ровным слоем вровень с бортиками под­ставки чистого кварцевого песка.

Нагревание образцов производят в лабораторных печах различной конструк­ции. Наиболее широко для этой цели применяют трубча­тые криптоловые печи, которые просты и удобны и в ко­торых сравнительно легко и быстро можно получить не­обходимую для испытания температуру (вплоть до 1800° С). Схема такой печи показана на рис. 32.

Подставку 4 с установленными на ней пироскопами 3 помещают на корундовый стержень 5 и медленно, пере­мещая вверх штатив, вводят в центральную часть трубы 2, в зону наивысшей температуры. Штатив закрепляют винтом 6, закрывают крышку I и включают ток.

При проведении опыта необходимо следить за тем, чтобы скорость подъема температуры в печи не превыша­ла 10° С в минуту, а при температуре, близкой к предпо­лагаемой температуре падения конуса,— 5° С в минуту.

Контроль температуры до 900° С осуществляют с по мощью хромель-алюмелевой термопары, а при более вы­соких температурах пользуются оптическим пирометром, используя специальное отверстие в печи.

Обжиг заканчивают, когда пирамидка из испытыва­емого материала своей вершиной коснется основания под­ставки. Обожженные образцы оставляют в рабочем про­странстве печи до полного охлаждения. Затем их выни­мают вместе с подставкой и'осматривают, обращая вни­мание на характер деформации.

Если, например, два контрольных пироскопа имели огнеупорность 1730 и 1750° С, т. е. их номера были соот­ветственно ПК-173 и ПК-175, и если первый пироскоп упал, а второй нет, то огнеупорность испытываемого ма­териала следует обозначить так: ПК-173 и ПК-175, т. е. 1730—1750° С.

Если отмечено неправильное падение испытуемого образца или контрольного пироскопа (на стенку печи или друг на друга) , то испытание следует повторить. При-, чем вторичное использование не упавших при обжиге пи­роскопов и испытуемых образцов не допускается. В слу­чае прекращения по каким-либо причинам испытания по­сле достижения температуры 1300° С возобновлять испытание с этими же образцами не рекомендуется. Не­обходимо заменить образец и пироскопы и только после этого продолжить опыт.

При определении огнеупорности в криптоловых печах необходимо внимательно следить за равномерным рас­пределением температуры по сечению печи в зоне нагре­ва. Перед опытом рекомендуется производить пробный пуск печи и проверять равномерность ее нагревания. При обнаружении местного перегрева необходимо печь вы­ключить, тщательно проверить ее монтаж и распределе­ние криптола, который играет роль проводника электри­ческого тока и обладает большим сопротивлением.

Криптол — это крошка угольных электродов с величи­ной зерен от 1 до 5 мм. Иногда в качестве криптола ис­пользуют такой же величины крошку металлургического или нефтяного кокса, древесного угля или других углеро­дистых веществ. Печь нагревается за счет тепла, выделя­ющегося при прохождении электрического тока через слой криптола.

Электрическое сопротивление криптолового слоя мо­жет быть различным, оно зависит от качества криптола, от величины зерен и степени его уплотнения. Чем мельче частицы криптола и чем меньше степень их уплотнения, Тем выше электрическое сопротивление криптолового слоя, тем более высокая температура развивается в дан­ном месте печи. В связи с этим рекомендуется вниматель­но следить за равномерностью уплотнения криптола в печи и за однородностью его зернового состава.

Результаты проведенных испытаний рекомендуется записывать по следующей форме:

Образец №... ПК ... (. • .°С). В примечании дается описание характера и последовательности падения опыт­ных конусов.

Определение деформации под давлением при высо­ких температурах. Деформация материала под давлени­ем при высоких температурах определяет его способность противостоять одновременному воздействию высоких температур и сжимающих усилий и является одним из важнейших показателей его термомеханических свойств.

Так как величина давления при испытаниях более или Менее соответствует условиям службы материалов в конструкциях, то определение этого показателя характе­ризует температурные пределы их строительной проч­ности.

Многочисленные методы, с помощью которых опреде­ляют поведение огнеупорных материалов при одновремен­ном воздействии на них давления (сжимающего усилия) и высокой температуры, можно разделить на три основ­ные группы.

1. Определение предела прочности матералов при сжатии, нагретых до различной температуры, произво­димое обычно с помощью гидравлического пресса в про­цессе нагревания образцов.

2. Определение величины деформации, наступившей: в испытуемом материале под действием известного дав-4 ления при заданной конечной температуре.

3. Определение изменения величины деформации при постоянном давлении и постоянно повышающейся темпе­ратуре. Эти определения обычно заканчиваются после достижения заранее указанной конечной величины де­формации.

Методы первой группы получили ограниченное приме­нение, так как они неправильно отражают условия служ­бы материалов в конструкциях. Высокотемпературные и огнеупорные теплоизоляционные материалы никогда в условиях реальной службы не подвергаются таким высо­ким давлениям, какие они выдерживают при данных ис­пытаниях.

Методы второй группы применяют главным образом в США. Испытания проводят, как правило, на целых из­делиях, нагревая их до заданной температуры и измеряя, возникающие при этом деформативные изменения. ;

Методы третьей группы широко распространены в' СССР и в ряде европейских стран. Преимущество этих" методов заключается в том, что материал характеризует­ся сразу в широком интервале температур, что позволяет! дать ему наиболее полную оценку и определить область! его применения. I

По действующему в СССР ГОСТ 4070—48 деформа-| цию материалов под давлением при высоких температу- 1 pax определяют на цилиндрических образцах, имеющих | диаметр 36 мм и высоту 50 мм. Величина давления для j высокотемпературных и огнеупорных теплоизоляционных * материалов применяется в соответствии с их средней : плотностью. Например, если средняя плотность испыту - | емого материала равна 400 кг/см3, то давление при его j испытании дается равным 0,04 МПа. . 5

Для определения деформации материалов под дав - ] лением при высоких температурах в СССР применяют! прибор конструкции проф. Э. К. Келера, а также прибор ; с непосредственной передачей нагрузки на образец.

Прибор конструкции Э. К- Келера (рис. 33) состоит из электрической криптоловой печи, нагрузочной системы и отсчетного устройства.

Электрическая криптоловая печь 1 имеет жаровую трубу диаметром 100 мм. Контроль за температурой

Внутри печи осуществляется оптическим пирометром че

Рез горизонтальную боковую трубу 2.

Испытуемый образец устанавливают на нижний штем пель, закрепленный в специальной обойме. Герметизация рабочего пространства печи обеспечивается наличием пе­сочного затвора 24. Нижний штемпель может переме­щаться вверх и вниз с помощью установочного винта 25. Песочный затвор, установочный винт со штурвалом смон­тированы на металлической подставке 26.

Давление на образец передается через верхний штем­пель 4, который (так же как и нижний штемпель) изго­товляют из специальной высокоглиноземистой массы. Ча­ще всего — это корундовые изделия, обладающие высо­кой огнеупорностью (до 2000° С). Обычно на корундовую часть штемпелей устанавливают промежуточные цилинд­ры из электродного угля диаметром 50—60 мм и высотой около 70—80 мм. При этом наиболее нагретые концы ко­рундовых штемпелей находятся вне зоны максимальной температуры и практически не деформируются даже при максимальном нагреве печи (до 1700—1750° С).

Корундовые штемпели применяют в целях экономии электродных углей. Однако крепление промежуточных цилиндров к корундовым штемпелям сопряжено со зна­чительными трудностями и поэтому на практике чаще пользуются угольными стержнями с небольшими про­кладками (толщиной 10—15 мм) из электродного угля.

Верхний штемпель крепится к обойме 5, которая с по­мощью соединительной гайки 6 связана со штоком, пере­дающим давление на образец.

Рычаг 8, создающий давление, укреплен двойным шар­ниром 22 на главной стойке прибора 23. Своей средней частью он опирается на шариковый ролик 7, помещенный в серьге 9 штока давления 10, а к концу рычага подвеши­вается груз 3, создающий необходимое давление на ис­пытуемый образец. После окончания испытания груз сни­мается, нагрузочный рычаг выводится из серьги и опус­кается вдоль главной стойки прибора.

Направляющие ролики 12 и ведущий шток давления укреплены на особых держателях 11, регулируя которые можно обеспечить точное вертикальное положение штока и необходимую степень свободы его скольжения в направ­ляющих.

Мягким стальным тросиком 13 шток 10 соединен с сек­Торным рычагом 15, который в 10-Кратном увеличении пе­
Редает смещение верхнего штемпеля на отсчетную систе­му. Качания секторного рычага ограничены вилкой 14.

Отсчетное устройство состоит из шкива с укрепленной на нем дисковой шкалой 17. Через шкив перекинут в один оборот тонкий гибкий трос 16, к которому подвешен шток

18, Служащий натяжным грузом. Этот шток движется В направляющих роликах

19. Муфта 20 служит для укрепления в ней самопишу­щего пера, а кронштейн 21—■ Для установки барабана с Часовым механизмом. При отсутствии самописца де­формация образца регистри­руется по шкале 17, отсчеты по которой производятся в 30-кратном увеличении. Це - •на деления шкалы соответ­ствует 0,005 мм изменения высоты образца.

Нагрузочная и отсчетная системы уравновешиваются грузом, помещаемым на пло­щадку, подвешенную к што­ку 18, после чего уже нагру­жается система прибора рас­четным грузом 3.

Прибор допускает регу­лирование давления на об­разец стандартного размера от 0,01 МПа до 1 МПа.

На рис. 34 изображен прибор с непосредственной пе­редачей давления на образец. Этот прибор состоит из на­грузочного аппарата и электропечи.

Электрическая криптоловая печь 12 с вертикальной жаровой трубой устанавливается на фундаменте из огне­упорного кирпича.

Испытуемый образец 13 вводят в печь сверху специ­альными щипцами и устанавливают точно в центр на угольный электрод 14, служащий нижним штампом. На­грузочный аппарат устанавливают так, чтобы металли­ческий штамп 11 с укрепленным в нем угольным элек­тродом находился в центре жаровой трубы и точно над нижним угольным штампом. Кранообразная станина 7,
Поддерживающая нагрузочный металлический штамп 11, Может вращаться вокруг вертикальной оси, наглухо за­крепленной в массивном чугунном башмаке 1. Нагрузоч­ный штамп, масса которого около 61 кг, соединен посред­ством двух гибких металлических троссов 8, проходящих через две пары шкивов 9, с противовесом. Нагрузочный штамп перемещается в двух направляющих кольцах 10.

Противовес состоит из 10 пластин 5 с массой по 5 кг и имеет тарелку для дополнительного нагружения 3 и шток противовеса 2. Рычажок 4 служит для облегчения отделения пластин друг от друга при их снятии. Изменяя количество пластин и величину дополнительного груза, можно регулировать величину давления на образец от 0 до 6,1 МПа.

Прибор снабжен шкалой, позволяющей фиксировать деформацию образца с точностью до 0,1 мм, а также са­мопишущим прибором 6.

Испытание образцов производят следующим образом.

Путем высверливания из изделий готовят цилиндриче­ские образцы высотой 50 мм и диаметром 36 мм. Откло­нение от этих размеров допускается не более чем на ±1 мм. Верхнее и нижнее основания образца должны быть строго параллельными и тщательно отшлифован­ными.

Образец устанавливают на нижний штемпель и вводят его в среднюю часть жаровой трубы, печи, в зону наи­высшей температуры.

Между образцом и угольными стержнями как сверху, так и снизу кладут круглые прокладки толщиной 10 мм, диаметром 50 мм, изготовленные из электродного угля. Больший диаметр прокладок по сравнению с диаметром стержней обеспечивает равномерную передачу давления на всю торцовую поверхность образца даже при частич­ном сгорании угля.

После включения печи следят за скоростью подъема температуры, которая вначале не должна превышать 10° С в минуту, а затем после достижения 600—700° G 4—5° С в минуту.

Контроль за температурой до 800° С осуществляют с помощью термопары, а при большей ее величине пользу­ются оптическим пирометром.

Каждые 10 мин в рабочем журнале производят запись температуры, времени и показаний прибора.

Особо отмечают: а) температуру начала размягчения (HP), которая фиксируется при уменьшении высоты об­разца на 0,3 мм, причем за первоначальную принимают высоту образца после его расширения; б) температуру, соответствующую сжатию образца на 40%.

После достижения такой величины сжатия испытание прекращают. Иногда не удается зафиксировать темпе­ратуру, при которой наблюдается сжатие образца на 4 и 40%, вследствие внезапного его разрушения вскоре после начала размягчения или даже без предварительной де­формации (например, у динаса). В этом случае темпера­тура, при которой происходит резкая деформация, отме­чается в протоколе испытаний как температура разруше­ния.

По данным наблюдений определяют температурный интервал размягчения материала, который соответствует разности температур 40%-ного сжатия (или соответствен­но температуры разрушения) и началу размягчения.

Запись в рабочем журнале рекомендуется произво­дить по следующей форме:

№ испытания..., прибор'..., дата..., наименование материала..., его средняя плотность... кг/м3, удельная нагрузка на образец...................................... МПа.

Результаты испытания не могут быть приняты в сле­дующих случаях: при неправильной «грибовидной», фор­ме деформации образца; перекосе образца; при односто­роннем оплавлении образца или других признаках не­равномерного нагрева.

Во всех этих случаях после устранения дефекта тре­буется повторить опыт.

Определение температурных коэффициентов линей­ного и объемного расширения. Знание точной величины Температурного расширения теплоизоляционных мате­риалов, особенно тех, которые применяют при высоких температурах, имеет большое практическое значение. Чем больше величина температурного расширения материа­ла, тем, как правило, ниже его термическая стойкость, т. е. меньше циклов нагревания и охлаждения этот ма­териал может выдержать. Следовательно, долговечность материала в значительной стетгени зависит от величины его температурного расширения.

Различают два вида температурного расширения: 1) обратимое, происходящее под влиянием только тем­пературного воздействия и исчезающее при охлаждении материала; 2) необратимое, происходящее под влиянием физико-химических превращений в материале при его нагревании. Обычно этот вид температурного расшире­ния (сжатия) наблюдается в некоторых материалах (ча­ще всего огнеупорных керамических) при значительных температурах (выше 600—800° С).

Температурное расширение материалов выражают следующими величинами:

1) температурным коэффициентом линейного расши­рения

__ 1_ DL .

А~ L dt'

2) средним температурным коэффициентом линейно­го расширения в некотором интервале температур

Ucp= Lto(t-t0)'

3) процентом температурного расширения

/7= Lt~Lia 100%, Lu

Где Lt0 — первоначальная длина образца при 0° С или комнатной температуре, мм; Lt — длина образца при температуре измерения, мм; dL/dt — производная длина образца по температуре.

Взаимосвязь между процентом температурного расши­рения и средним температурным коэффициентом линей­ного расширения выражается формулой Я=аСрМ00°/о.

Температурный коэффициент объемного расширения а _ Vi-Vto Vt0(i~io)'

Где Vt„—первоначальный объем образца при 0° С; V< — объем образца после нагревания до температуры T° С.

Величина температурного расширения материалов зависит от температуры, до которой данный материал нагревают. Для большинства материалов расширение при высоких температурах больше, чем при низких. Ча-

Ще всего - температурный коэффициент линейного (объ­емного) расширения определяют в интервале темпера­тур от 20 до 600—700° С и реже (для огнеупорных ма­териалов) до 1250—1300° С.

Для определения температурного коэффициента ли­нейного расширения предложен целый ряд приборов, наибольшее распространение из которых получили квар­цевые дилатометры (рис. 35).

В центре горизонтальной электрической печи 1 с пла­тиновым или нихромовым сопротивлением вставлена кварцевая трубка 2 с запаянным концом, прикрепленная зажимом 4 к столу микроскопа 9.

Образец 13 диаметром 4—5 мм и длиной 100 (50) мм помещают в кварцевую трубку и плотно прижимают к запаянному концу с помощью стальной пружины 14, Которая давит на кварцевый стержень или трубку 7, свободно входящую в стальной колпачок 8, прикреплен­ный к пружине 14. Пружина 14 укреплена на трубке 2 С помощью зажима 3. Перемещение стержня 7 под дав­лением расширяющегося при нагревании образца или под давлением пружины 14 в случае сжатия образца фиксируется с помощью микроскопа 5, снабженного оку­лярной микрометрической шкалой. Отсчеты величины смещения стержня производятся посредством указателя, представляющего собой легкую металлическую рамоч­ку 6, в которую вставлено двойное покровное стекло со стеклянным волоском внутри, расположенным перпенди­кулярно оси испытуемого образца. Рамочка 6 укреплена зажимами на стержне 7, что дает возможность передви­гать ее вдоль стержня в случае необходимости. Обычно микроскоп и печь устанавливают на одной подставке и отделяют микроскоп от печи экраном 10.

Температуру в печи измеряют термопарой 12 и галь­ванометром 11. При испытании теплоизоляционных ма­териалов, прочность которых сравнительно небольшая, бывает трудно изготовить образцы указанных выше раз­меров. Поэтому допускается некоторое отклонение по размерам образцов. Обычно при испытании таких мате­риалов готовят образцы в виде цилиндров диаметром до 15 мм и длиной 50 мм и более.

На основании данных, полученных при проведении опыта, строят кривую расширения образца. На оси абс­цисс откладывают показания гальванометра, а на оси ординат — соответствующие деления окулярной микро­метрической шкалы, пересчитанные в миллиметры.

Результаты испытания рассчитывают по формуле _Ь{а + К)

Где аСр — средний температурный коэффициент линейно­го расширения; Ь—деление окулярной микрометриче­ской шкалы, мм; а — число делений микрометрической шкалы, на которое переместился указатель в интервале температур от Ta до f; К — константа прибора, определя­емая специальными опытами при градуировке дилато­метра; T — наивысшая температура опыта, °С; T0 — на­
чальная температура опыта, °С; I — длина испытуемого образца, мм.

Часто рассчитывают не только средний температур­ный коэффициент линейного расширения, но и коэффи­циенты для промежуточных интервалов температур, на­пример для 20—100, 100—200, 200—300° С и т. д.

Знание величины рас­ширения материала в промежуточных интерва­лах температур позволя­ет представить полную картину деформации дан­ного материала при на­гревании.

По кривой, построен­ной на основании опыт­ных данных, судят о рав­номерности расширения испытываемого материа­ла при его постепенном нагревании. Чем плавнее происходит расширение материала с увеличением температуры, тем, как правило, выше его терми­ческая стойкость.

Второй прибор, позволяющий быстро и просто про­вести опыт и получить достаточно точные результаты, изображен на рис. 36.

Этот дилатометр отличается от рассмотренного выше тем, что он устанавливается вертикально и отсчет вели­чины деформации материала производится не с помощью микроскопа, а посредством индикатора с точностью до 0,001 мм.

Прибор состоит из вертикальной муфельной электро­печи 2, кварцевой трубки 4, укрепленной на кронштей­не 5, кварцевого стержня 3, который передает деформа­цию образца 1 к индикатору 6, фиксирующему эту де­формацию. Измерение температуры осуществляется с помощью термопары 7, а ее регулирование—ступен­чатым автотрансформатором 8.

Определение линейной температурной усадки. Знание этого показателя необходимо при конструировании теп­ловой изоляции тепловых агрегатов и теплопроводов,

А также для правильного ведения технологических про­цессов при производстве изделий, особенно обжиговых.

Для проведения испытания изготовляют образцы раз­мером в плане 100x100 мм и толщиной, равной толщине изделия, из которого они вырезаны.

Грани образцов должны быть равными и параллель­ными. Испытуемый образец прокалывают вблизи торцов стальными иглами и измеряют штангенциркулем рас­стояния между ними с обеих сторон образца.

Затем образец в горизонтальном положении помеща­ют в муфельную печь на керамическую подставку так, чтобы иглы находились на боковых гранях. і

Подъем температуры в печи до ее заданного значе - j ния должен быть непрерывным и равномерным (100— ! 120° Свіч). І

Образец выдерживают в печи при заданной темпе - j ратуре, сооотвествующей стандарту на данный материал, J в течение 8 ч. После окончания нагревания образец, J охлаждают непосредственно в печи до комнатной тем - я пературы, после чего вновь измеряют расстояние между;! иглами. j

Линейную температурную усадку L (в процентах) ! вычисляют с точностью до 0,1 % ; І

L = {h~li) 100, Щ

Где 1 — среднее расстояние между иглами (с одной и другой сторон образца) до нагревания, мм; Iг — тот же показатель после нагревания и охлаждения, мм

Определение термической стойкости. Под термиче - J ской стойкостью материалов понимают их способность I выдерживать резкие колебания температуры без разру - | шения. Термическая стойкость является одним из наи - j более важных термомеханических свойств высокотемпе-.З ратурных и огнеупорных теплоизоляционных материалов, і так как она в основном определяет продолжительность службы этих материалов, т. е. их долговечность.

Причиной разрушения материалов при резкой смене<| температур являются напряжения, возникающие в ма­териале при его нагревании и резком охлаждении. * Разрушение материала происходит обычно под влия-'!. нием растягивающих напряжений (при охлаждении) или,; напряжений сдвига (при нагревании). Разрушению мо-| гут способствовать резкие различия в температурных!;

Коэффициентах расширения компонентов, составляющих ■материал, а также отдельных его фаз.

По данным ряда исследований на термостойкость теплоизоляционных материалов значительное влияние оказывает характер пористости. Например, термостой­кость легковесных шамотных огнеупоров, полу­ченных пеновым способом, составляет 7—12 теплосмен при нагревании до 1200° С и охлаждении на воздухе до потери 20% массы, а термостойкость шамотных легко­весов, изготовленных по способу выгорающих добавок, определенная таким же способом, 19—35 воздушных теплосмен.

На термическую стойкость оказывают заметное влия­ние и технологические факторы: гранулометрия и состав шихты, способ получения пористой структуры материа­ла, способ формования изделий, режимы тепловой об­работки, форма и размеры изделий и т. п.

Существующие методы определения термической •стойкости материалов можно разделить на три группы: расчетный метод — по физическим характеристикам; экспериментальный — по потере прочности после опре­деленного числа теплосмен; экспериментальный —• по чи­слу теплосмен, которые образец выдерживает до потери определенного процента массы или до полного разру­шения.

Расчетный метод не нашел широкого распростране­ния из-за сложности определения необходимых констант и частого несовпадения с результатами, полученными экспериментальным путем.

Метод по потере прочности может быть рекомендован в основном для оценки термостойкости однородных плотных изделий и образцов.

Для высокотемпературных и огнеупорных теплоизо­ляционных материалов, прочность которых сравнительно невелика, наиболее приемлем третий способ.

Согласно ГОСТ 7875—56, термостойкость огнеупор­ных материалов определяют на образцах — кирпичах стандартного размера путем нагревания их торцевой стороны при температуре 1300° С с выдерживанием при этой температуре в течение 15 мин и последующего рез­кого охлаждения в проточной воде комнатной темпера­туры. Термостойкость оценивают по числу теплосмен, ко­торые образец выдержал до потери 20% массы.

Многие теплоизоляционные материалы, применя - ' ющиеся для высокотемпературной изоляции (диатомито - вые обжиговые, перлитокерамические, вермикулитокера - ' мические и т. п.), испытывать при таких условиях нель­зя, так как их температура применения гораздо ниже и обычно не превышает 800—1000° С. Поэтому такие ма­териалы нагревают до их температуры применения или до максимальной температуры, при которой они обжи­гались. Кроме того, при испытании пористых материалов охлаждение образцов или изделий производят на воз­духе (струей холодного воздуха), а не в воде, так как при последующем нагревании образцов возможно их раз­рушение вследствие активного парообразования.

Если испытания на термическую стойкость произво­дят для получения сравнительных данных, а также при выполнении учебных лабораторных работ, то обычно используют небольшие образцы в виде плиток размером 50x30x20 или 100x50x30 мм. Испытание промышлен­ной продукции производят на целых изделиях. В этом случае образцами для испытания служат изделия дли­ной 200—250, шириной 100—150 и толщиной 50—100 мм. При испытании изделий больших размеров образцы по­лучают путем распиловки их на отдельные части и под - тесывания. При этом в протоколе испытаний обязатель­но указывают первоначальную форму и размеры испы­тываемых изделий, так как получаемые цифровые ре­зультаты не вполне сравнимы с результатами испытаний изделий, не требующих дополнительной обработки.

Нагревание образцов производят в электрической ла­бораторной печи, нагревательные элементы которой (нихромовые спирали, силитовые стержни и т. п.) распо­ложены в одной плоскости, параллельной плоскости тор­цов нагреваемых образцов.

Стандартная печь предназначена для одновременного испытания шести образцов — кирпичей стандартного раз­мера. Контроль температуры осуществляется с помощью термопар, которые вводят в печь через специальное от­верстие в ее своде и устанавливают между торцевыми поверхностями образцов и нагревательными элементами печи на высоте середины образцов и на расстоянии 10 мм от их торцов.

Испытание производят следующим образом. Предва­рительно высушенные при температуре 105—110° С и' взвешенные образцы загружают в печь, разогретую до температуры испытания, таким образом, чтобы концы их выступали в печное пространство на 50 мм. Для созда­ния одинаковых условий нагревания образцов крайние из них защищают «холостыми» кирпичами, которые не подвергают последующим испытаниям. При разруше­нии «холостых» кирпичей их заменяют новыми. Все за­зоры между отдельными образцами и стенками загру­зочного отверстия закладывают шамотными вкладыша­ми или забивают огнеупорной ватой.

Образцы выдерживают в печи при постоянной темпе­ратуре (заданной температуре испытания) в течение 40 мин. Так как при загрузке образцов температура в печи падает, то отсчет времени ведут с того момента, когда в печи восстанавливается необходимая темпера­тура.

После выдержки образцы быстро вынимают из печи и охлаждают струей холодного воздуха, используя для этого вентилятор. После охлаждения образцов до 25 — 30° С производят описание внешних изменений, проис­ходящих с образцами: появление трещин, отколов и т. п. При этом отколовшимися считают не только те куски, которые отделились от образца во время его охлажде­ния, но и те, которые отпадают от него при легком на­жатии пальцем. Все отколовшиеся куски собирают и взвешивают, а образцы подвергают повторному испыта­нию.

Каждый нагрев и каждое охлаждение в сумме состав­ляют одну воздушную теплосмену.

Обработку полученных результатов производят сле­дующим образом. После каждой теплосмены образцы осматривают и устанавливают: 1) наличие трещин, их ориентировку и размеры; 1) появление потерь массы;

3) потерю образцом 20% своей первоначальной массы;

4) разрушение образца.

При определении числа выдержанных образцом теп - лосмен принимают в расчет и ту последнюю полную теп­лосмену (нагревание плюс охлаждение), при которой наступило разрушение образца. Если же разрушение на­ступило на стадии нагревания, то эта теплосмена во вни­мание не принимается.

Если в течение нескольких теплосмен потери массы не наблюдались, а затем наступило значительное отка­лывание, в результате которого общая потеря массы об­разца превысила 25%, то за показатель термической стойкости принимают число теплосмен на единицу мень­ше порядкового номера последней. В случае, когда после этой последней теплосмены потеря массы находится в пределах 20—25%, то она принимается в расчет.

Окончательный подсчет количества теплосмен произ­водят по результатам испытания всех шести стандарт­ных образцов. При этом указывают максимальную тем­пературу нагрева, способ'охлаждения и до какой темпе­ратуры охлаждались образцы. Например, испытывался шамотный легковес со средней плотностью 400 кг/'м3. По результатам испытания делается следующая запись. Ша­мотный легковес марки ШБЛ-4 выдержал семь воздуш­ных теплосмен от 1000 до 30° С.

Результаты испытаний рекомендуется записывать в виде таблицы по следующей форме: