Винкельман и Шотт предложили следующую формулу для характеристики термостойкости материала

(10)

где р – временное сопротивление разрыву, н/м²;

– коэффициент температуропроводности, м²/сек;
? – коэффициент теплового расширения;
Е – модуль упругости, н/м².

Следует отметить, что формула справедлива для материалов весьма однородной и плотной структуры.

При наличии каких-либо пор или посечек термостойкость может повыситься, несмотря на понижение механической прочности. Образующиеся пустоты — поры часто позволяют отдельным зернам огнеупора свободно расшириться без накопления напряжений. Такие поры и посечки могут играть роль своего рода микроскопических температурных швов.
При большой пористости, однако, термостойкость изделия сильно снижается вследствие снижения механической прочности. Наличие в структуре огнеупора застывшей стекловидной фазы, находящейся в хрупком состоянии, снижает его термическую стойкость.
При пиропластическом состоянии в изделии не могут возникнуть большие температурные напряжения, если только колебания температуры в толще огнеупора не захватывают хрупкого состояния. Это объясняется тем, что любое возникающее напряжение гасится за счет пластической деформации. Поэтому иногда в формуле под G подразумевают модуль пластичности.

Работами ОРГРЭС по исследованию состояния огнеупорных масс при высоких температурах показано, что величина возникающего напряжения увеличивается с повышением вязкости в пластическом состоянии и с ускорением деформации. Такая зависимость позволяет связать величину термических напряжений в пластическом теле со скоростью изменения температуры. Отношение напряжений, возникающих при равенстве относительных деформации

– упругой и пластической, определяется формулой

(11)

где Рупр – напряжение, возникающее при упругой деформации,
н/см²;
Рпл – напряжение, возникающее при пластической
деформации, н/см²;
? – время деформации, сек;
Е – модуль упругости, н/см²;
? – вязкость в пластическом состоянии, н• сек/м².

Из формулы следует, что при больших величинах вязкости и быстрых деформациях величина напряжения в пластическом состоянии может достигать величины напряжения при упругой деформации и даже превышать ее. Для некоторых огнеупорных материалов это наступает, если деформация происходит за время, меньшее 4 – 5 сек.

Величина возникающих температурных напряжений при переменном температурном режиме играет большую роль для футеровок целого ряда тепловых агрегатов, работающих при переменных тепловых условиях. Резкое изменение температуры по сечению огнеупора наблюдается в различных охлаждаемых конструкциях и теплообменниках, к которым относятся стенки керамических рекуператоров, печные и топочные стены, закрытие топочных экранов, охлаждаемые футеровки и другие.

Существует ряд методов определения термостойкости огнеупоров. Все эти методы не могут точно характеризовать разнообразные условия работы футеровки тепловых агрегатов н дают лишь сравнительные показатели.

В научно – исследовательских работах часто применяют образцы в виде кубиков и цилиндров, а в качестве критерия термостойкости – потерю механической прочности образца после 10 теплосмен. При этом образцы нагревают не односторонне, а равномерно. Для определения потери механической прочности часть образцов испытывают на временное сопротивление сжатию до нагрева, другую часть после 10-кратного нагрева и охлаждения.
Для испытания сталеразливочного припаса сифонных изделий и стопорных трубок Всесоюзным институтом огнеупоров были разработаны специальные методы. Сифонный припас, до которому происходит разливка стали, испытывают, нагревая изнутри. Это осуществляют, надвигая изделие на стержень, температура которого достигает 850°С, и, выдерживая в таком состоянии в течение 5 мин. Термостойкость оценивают по водопроницаемости образующихся трещин. Для этого образец после испытания опускают в воду и измеряют время заполнения ею внутреннего цилиндрического пространства. За другой критерий при таких испытаниях было принято время появления трещины при надвигании изделия на разогретый стержень. Между этими показателями и возникающими температурными напряжениями прямую связь установить трудно.