Термической стойкостью огнеупоров называют способность их не разрушаться, т. е. сохранять первоначальную форму без отколов, трещин и посечек при резком изменении температуры.
Указанные разрушения огнеупорных изделий могут пройти в связи с возникновением в них внутренних напряжений, обусловленных появлением градиента температуры по сечению изделий. Следовательно, внутренние напряжения (сдвиг или растяжение) в огнеупорном материале при прочих равных условиях зависят от его температурного коэффициента линейного расширения: они увеличиваются с увеличением последнего. Когда значение этих напряжений становится больше прочности материала на сдвиг или растяжение, происходит разрушение изделия.
Силы сцепления, противодействующие разрушению изделий, характеризуются наличием упругого состояния материала—.модулем упругости при сдвиге или растяжений. Сопротивление материала возникающим в нем термическим напряжениям уменьшается с увеличением значения модуля упругости. Модуль упругости материала прямо пропорционален его пределу прочности при .сжатии, следовательно, термическая стойкость материала находится в обратной зависимости от его предела прочности при сжатии.
Разрушение (деформация) огнеупорных материалов от термических напряжений происходит в две стадии: в первой происходит зарождение трещин, во второй — их распространение и развитие.
Термическая стойкость огнеупорных материалов в общем виде, т. е. если не учитывать их размеры, структурные особенности и условия испытания, может быть охарактеризована коэффициентом термостойкости Kт.
где K — теплопроводность материала; λ — предел ,прочности при растяжении; с—теплоемкость; ? — объемная масса; а — температурный коэффициент линейного расширения; E — модуль упругости.
Термическую стойкость плотных огнеупорных материалов определяют в соответствии со стандартной методикой (по ГОСТ 7875—56) числом теплосмен (нагревов и резких охлаждений), которые может выдержать материал до определенной степени разрушения: Для испытания берут Целые изделия или выпиливают из них образцы размерам 230?113?65 мм. Образцы перед испытанием высушивают и взвешивают с точностью до 5 г. Нагревают их в специальной электрической печи с карборундовыми нагревателями. Образцы вводят в разогретую до 1300°С печь торцом (наименьшей гранью) на глубину 50 мм (по длине образца) и выдерживают в течение 10 мин при этой температуре. После нагревания образцы вынимают из печи и опускают нагретым концом в бак с проточной водой температурой 5—259С на глубину 50 мм на 5 мин. Затем образцы ,выдерживают 5—10 мин на воздухе. Нагрев и резкое охлаждение повторяют до тех пор, пока образец не потеряет 20% массы. Один нагрев с последующим охлаждением составляет теплосмену. Результаты испытаний выражают числом целых теплосмен, которые выдержал образец до потери 20% своей первоначальной массы. Теплосмену, в которой потеря /массы образца превысила 20%, не засчитывают гари определении термостойкости образца.
Для определения термической стойкости огнеупорных легковесов (теплоизоляционных огнеупорных изделий) стандартной методики в настоящее время нет.
Известны и применяются следующие методы определения термической стойкости любых пористых материалов.
Материал нагревают до различных температур на керамических или металлических плитах, затем охлаждают на воздухе. Эти процессы проверяют и фиксируют число циклов нагревание— охлаждение до появления трещин или разрушения испытуемых образцов.
Метод тот же, но охлаждают материал струей сжатого воздуха или ,в холодной воде.
Определяют потери прочности материала при сжатии после одного или нескольких циклов нагревания — охлаждения на воздухе (воздушные теплосмены).
В процессе нагревания или охлаждения испытуемого образца определяют максимальный температурный перепад в его стенке до появления трещин, т. е. допустимую скорость нагревания и охлаждения.