Badania porównawcze odporności na wstrząsy cieplne materiału magnezytowego

• Autorzy: Gerle A. , Wałęga-Chwastek H. , Kalarus A.

Warianty tytułu

EN

Comparative tests of thermal shock resistance of magnesite material

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Odporność na wstrząsy cieplne decyduje o wyborze materiału w przypadku jego użytkowania w warunkach, w których występuje gradient temperatury. Obejmuje to wyroby stosowane w procesach wysokotemperaturowych, prowadzonych zarówno w sposób okresowy, jak i ciągły. Odporność na wstrząsy cieplne określana jest w sposób empiryczny poprzez umowną ocenę skutków wywołanych przez bezpośrednie poddawanie wyrobów cyklicznym zmianom temperatury. W celu oznaczania odporności na wstrząsy cieplne zostało opracowanych wiele metod pomiarowych, umożliwiających szacowanie efektywnego czasu pracy wyrobu w warunkach zmiennej temperatury. Metoda pomiarowa jest tym doskonalsza, im warunki badania bardziej odwzorowują autentyczne warunki pracy badanego materiału. Wymóg ten jest jednak bardzo trudny, a wręcz niemożliwy do spełnienia w warunkach laboratoryjnych. W niniejszej pracy dokonano przeglądu metod oznaczania odporności na wstrząsy cieplne materiałów ogniotrwałych. Wzięto pod uwagę zarówno metody znormalizowane, jak i nieznormalizowane opisane w dostępnej literaturze. Opisane metody porównano i wskazano najistotniejsze różnice w metodyce oraz sposobie prezentacji wyniku badania oraz omówiono słabe strony tych metod. Zaprezentowano wyniki porównawczych badań odporności na wstrząsy cieplne materiału magnezytowego uzyskane w dwóch niezależnych laboratoriach. Badania zostały przeprowadzone według wcześniej określonej metodyki i miały na celu ustalenie wpływu warunków przeprowadzenia badania na wynik końcowy.

EN

Thermal shock resistance determines the choice of material for applications in temperature gradient conditions. This includes products used in batch and continuous high temperature processes. Thermal shock resistance is determined empirically by evaluation of the effects of direct sample treatment by cyclic changes of temperature. There have been developed many methods of thermal shock resistance determination. This methods allow to determine the effective time of the product live under conditions of variable temperature. The measuring method is the more accurate when the more test conditions are closer to real working conditions of the testes material. This requirement is very difficult or even impossible to meet in the laboratory. This paper presents the review of the methods for the thermal shock resistance testing of refractory materials. Both the standardised and not standardised methods described in the literature are presented. These methods were compared and identified the most important differences in methodology and presentation of the test results. The weaknesses of the presented methods were discussed. The results of comparative tests of thermal shock resistance of magnesite material obtained in two independent laboratories were presented. Tests were carried out according to predetermined methodology. The tests aimed to determine the influence of test conditions on the result.

Słowa kluczowe

PL

materiał ogniotrwały; wstrząs termiczny; naprężenie cieplne; odporność na wstrząs termiczny; ceramika magnetyzowa; badanie porównawcze; metodyka badań

EN

refractory material; thermal shock resistance; magnesite ceramics; comparative testing; test methodology

• Wydawca: Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o.
• Czasopismo: Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 4, nr 7
• Strony: 37--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., il.

Twórcy

autor

Gerle A.

autor

Wałęga-Chwastek H.

autor

Kalarus A.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa, Oddział Materiałów Ogniotrwałych, Gliwice

Bibliografia

• [1] Semler Ch.F., Thermal Shock Testing of Refractories - Revisited: Part 1, „Refractory Application & News” 2008, Vol. 13, No. 1, s. 18-22.
• [2] Wojsa J., Wrona A., Czechowska K., Sprawozdanie nr 3416/100250/DN/BL/BT/2003 Instytutu Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach.
• [3] Pampuch R., Zarys nauki o materiałach. Materiały ceramiczne, PWN, Warszawa 1977.
• [4] Pampuch R., Budowa i własności materiałów ceramicznych, Wydawnictwo AGH, Kraków 1995.
• [5] Watt O.H., Dew - Huges D., Wprowadzenie do inżynierii materiałowej: metale, ceramika i tworzywa sztuczne, WNT, Warszawa 1978.
• [6] Kingery W.D., Factors Affecting Thermal Stress Resistance of Ceramic Materials, „Journal of the American Ceramic Society” 1955, Vol. 38, No. 1, s. 3-15.
• [7] Hasselmann D.P.H., Elastic Energy at Fracture and Surface Energy as Design Criteria for Thermal Shock, „Journal of the American Ceramic Society” 1963, Vol. 46, No. 11, s. 535-540.
• [8] Hasselmann D.P.H., Unified Theory of Thermal Shock Fracture Initiation and Crack Propagation in Brittle Ceramics, „Journal of the American Ceramic Society” 1969, Vol. 52, No. 11, s. 600–604.
• [9] Aksel C., Warren P.D., Thermal shock parameters [R, R’’’ and R’’’’] of magnesia – spinel composites, „Journal of the European Ceramic Society” 2003, Vol. 23, s. 301-308.
• [10] Glandus J.C., Boch P., Main Testing Methods for Thermal Shock, „Interceram” 1984, Vol. 33, No. 5, s. 33.
• [11] Semler C.E., Hawiser T.H., Evaluation of Thermal Shock Resistance of Refractories using the Ribbon Test, „Bulletin of the American Ceramic Society” 1980, Vol. 59, No. 7, s. 732-738.
• [12] Ainsworth J.H., Herron R.H., Thermal Shock Damage Resistance of Refractories, „Bulletin of the American Ceramic Society” 1974, Vol. 57, No. 7, s. 533-538.
• [13] Ainsworth J.H., Herron R.H., Calculation of Safe Heat-up Rate for Steelplant Furnace Lining, „Bulletin of the American Ceramic Society” 1979, Vol. 58, No. 7, s. 676-678.
• [14] Faber K.T., Huang M.D., Evans A.G., Quantitative Studies of Thermal Shock in Ceramics Based on a Novel Test Technique, „Journal of the American Ceramic Society” 1981, Vol. 64, s. 296-301.
• [15] Izadpanah M.R., Dezfoli A.R.A., Prediction of the Thermal Shock Resistance of Refractory Materials using R values, „Materials Science - Poland” 2009, Vol. 27, No. 1, s. 131-140.
• [16] Podwórny J., Wojsa J., Wala T., Śliwa A., Czechowska K., Stec K., Sprawozdanie nr 3539/100310/BL/2009 Instytutu Szkła, Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych, Oddział Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach.
• [17] Podwórny J., Wojsa J., Suwak R., Czechowska K., Sprawozdanie nr 3668/100384/BL/2010 Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Oddział Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach.
• [18] Dziubak C., Rećko W.M., Szok cieplny w tworzywach ceramicznych. Część 1 - Współczesne teorie szoku cieplnego, „Prace Instytutu Szkła, Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych” 2009, nr 4, s. 9-28.
• [19] Wojsa J., Zasadowe materiały ogniotrwałe nieformowane, Instytut Szkła, Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych, Oddział Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach, Gliwice 2009.
• [20] Semler Ch.E., Thermal Shock Testing of Refractories - Revisited: Part 2, „Refractory Application & News” 2008, Vol. 13, No. 2, s. 18-24.
• [21] BN-65/6760-05 „Materiały ogniotrwałe: Oznaczanie odporności na nagłe zmiany temperatury”.
• [22] PN-EN 993-11:2010 „Metody badań zwartych formowanych wyrobów ogniotrwałych - Część 11: Oznaczanie odporności na wstrząsy cieplne”.
• [23] DIN 51068-1 „Testing of ceramic materials; Determination of Resistance to Thermal Shock; Water quenching method for refractory bricks”.
• [24] ASTMC-1171 „Standard Test Method for Quantitatively Measuring the Effect of Thermal Shock and Thermal Cycling on Refractories”.
• [25] Posarac M., Dimitrijevic M., Volkov-Husovic T., Devecerski A., Matovic B., Determination of Thermal Shock Resistance of Silicon Carbide / Cordierite Composite Material Using Nondestructive Test Methods, „Journal of the European Ceramic Society” 2008, Vol. 28, s. 1275–1278.
• [26] Damhof F., Brekelmans W.A.M., Geers M.G.D., Experimental analysis of the evolution of thermal shock damage using transit time measurement of ultrasonic waves, „Journal of the European Ceramic Society” 2009, Vol. 29, s. 1309-1322.
• [27] Andersson T., Rowcliffe D.J., Indention Thermal Shock Test for Ceramics, „Journal of the American Ceramic Society” 1996, Vol. 79, No. 6, s. 1509-1514.
• [28] Panda P.K., Kannan T.S., Dubois J., Olagnon C., Fantozzi G., Thermal Shock and Thermal Fatigue Study of Ceramic Materials on a Newly Developed Ascending Thermal Shock Test Equipment, „Science et Technology of Advaris Materials” 2002, Vol. 3, s. 327-334.
• [29] Podwórny J., Wojsa J., Stress Relaxation After Thermal Shock of Basic Refractories, „Stahl und Eisen” 2006, No. Special: 49th International Colloqium on Refractories. Aachen, Germany, 7-8 November 2006, s. 35-38.
• [30] Leonelli C., Boccaccini D.N., Romagnoli M., Veronesi P., Dlouhy I., Boccaccini A.R., Microstructural Investigation and Thermal Shock Behavior of Mullite - Cordierite Refractory Materials, Gruppo Italiano Frattura, Convegno IGF XVII, Bologna 2004.