耐火材料性能检测现状.doc

耐火材料性能检测现状-耐火材料的性能是评价质量的依据。耐火材料性能的检测是在一定的控制条件下检测出来的耐火材料的质量水平。正确的性能检测可以正确评价耐火材料的实物质量。通过性能检测，找出各种因素与质量的关系，从而提出改进质量的途径并评价其效果，对优化材料的组成和结构，改进生产工艺，提高质量是很有帮助的。通过性能检测，监测生产过程各阶段的完成质量，尤其是通过在线监测，捡查生产过程是否正确，是否稳定，不仅有助于生产技术管理，而且可避免不合格半成品进入下道工序，减少浪费。通过性能检测，可以有助于确定工程选材，预分析耐火材料的适应能力，预评价耐火材料的使用。总之，耐火材料的性能检测是非常重要的，但耐火材料性能检测方法的研究并不活跃，使用性能的检测不能使生产者和用户满意，尤其是在线监测，几乎是一片空白，只有少量项目，如连铸三大件的表面与内部缺陷采取了在线监测，但其设备完全依赖进口。1、耐火材料的性质分类耐火材料的性质分为表面性质与内在性质。其内在性质又可分为化学性质、工艺性质、结构性质、力学性质、物理性质、高温性质和使用性能。在这里我们着重分析耐火材料的使用性能。下面列出了除表面性质及化学性质以外的其他性能：工艺性质：粘结时间，泥浆稠度，粘结强度，堆积密度，可塑性，塑性指数，回弹性，含水量，粘度，可压缩性；结构性质：显气孔率，真气孔率，透气性，孔径分布，真密度，体积密度，物相组成，粒度组成，显微结构，内部裂纹，内部孔洞；力学性能：耐压强度，高温耐压强度，抗折强度，高温抗折强度，抗拉强度，强性模量，断裂韧性，抗蠕变性，抗冲击性；物理性能：热膨胀性，导热性，导电性，磁性，光学性质，声学性质，放射性，硬度，耐磨性；耐温性能：熔点，耐火度，重烧线收缩，永久线变化，玻璃渗出，荷重软化点；使用性能：抗热震性，抗结构剥落，高温耐磨性，抗熔体腐蚀，抗气体腐蚀，承载能力。以上的某些项目已经进行了归类，尤其是使用性能的各项都包含很多分项。其中，抗熔体腐蚀包括抗炉渣腐蚀、玻璃液腐蚀、抗熔融金属腐蚀、抗熟料腐蚀和抗电解质腐蚀。炉渣腐蚀主要是高炉渣、转炉渣、电炉渣、精炼炉渣、有色金属冶炼炉渣、熔融垃圾、熔融还原炉渣、气化炉炉渣、化工厂炉渣等对各种耐火材料的侵蚀与熔损。玻璃液腐蚀主要是熔池玻璃液对耐火材料的腐蚀与熔损。熔融金属腐蚀主要是钛、锰、铝、钙、镁等活泼金属对耐火材料或其中某些组分的还原腐蚀。熟料腐蚀主要是指水泥熟料、氧化铝熟料等在烧结中对炉衬耐火材料的腐蚀与磨损，由于这些熟料属半固态，所以其对耐火材料的破坏兼具化学腐蚀与高温磨损的双重作用。电解质腐蚀主要是铝电解槽中冰晶石熔体对炉壁耐火材料（现在主要为氮化硅结合碳化硅砖）的腐蚀。气体腐蚀包括：氧化腐蚀、还原腐蚀、氮化腐蚀、氯化腐蚀、硫化腐蚀、水蒸气腐蚀和其他气体的腐蚀。氧化腐蚀主要是空气（即O2，CO2）对碳素材料、含碳材料、非氧化物耐火材料和含金属的耐火材料的腐蚀，有些气体腐蚀可直接导致这些材料的烧蚀。还原腐蚀主要是H2-C-CO对氧化物耐火材料的还原，使耐火材料逐步被还原成低价氧化物或金属，造成材料的体积收缩或结构疏松。氮化腐蚀主要是N2-NH3对发热体和其他耐火材料腐蚀，尤其是对含硅氧化物、碳化物和硅化物的腐蚀，由于反应产物与原始物之间的密度差异，使这些材料在长时间使用过程中逐步粉化而被腐蚀掉。氯化腐蚀主要是化工、氯化冶金及垃圾焚烧中氯气对炉衬的腐蚀。硫化腐蚀主要是化工、有色金属金属冶金及燃煤中SO2和SO3气体对炉衬的腐蚀。水蒸气腐蚀主要是陶瓷厂和其他化工厂中水蒸气对碳化硅等耐火材料的腐蚀。其他气体如磁流体发电中的钠离子和钾离子蒸汽对炉衬耐火材料和导电材料的腐蚀。固体磨损包括：固体垃圾、粉煤灰、煤炭、水泥、矿石粉对耐火材料的磨损。随着循环流化床锅炉的大量投产，新型燃烧技术的开发和高温除尘技术的应用，各种固体颗粒对耐火材料的高温磨损已经显得越来越突出。2、现状与分析2.1 现状为了便于分析，将已有的耐火材料性能检测国家标准方法和部颁标准方法列于下表。在表1中，耐火纤维、可塑料等的性能检测方法未列入，有关的制样和取样方法也未列入。从以上的情况不难看出，耐火材料性能检测的标准方法尚有很多工作需要补充。尤其是使用性能的检测与研究方法还十分缺少，对已有方法的创新研究不多，理论探讨不深。检验结果与理论分析脱节，理论与实践联系不紧密。模拟实验项目少，不细，参数调整少，适应性差。综合性模拟试验方法很少，已有的效果差。由于方法的局限性，不能进行在线质量检测，所以在线质量监测落后于实际要求；而在线质量检测对于耐火材料质量一致性起着关键的保障作用。2.2 存在的问题耐火材料性能指标与使用寿命不能建立起确定的对应关系。到目前为止，还不清楚耐火材料的哪些性能对其使用效果起主要作用。有时，不同厂家的耐火材料具有相同的测试性能，却在同一条件中使用寿命相差很大。不能根据检测的性能确定地估计其可能达到的使用效果，而这种估计对生产厂家和用户都是很重要的。性能检测的数据还不能建立起确定的生产工艺、组成、结构之间的相关关系，更谈不上数学建模了。测试设备贵，测试费用高，测试过程长，严重影响耐火材料性能测试及基础数据的积累。尤其是对于小规模耐火材料生产者而言，其耐火材料性能测试就是一项很高的支出。耐火材料的性能缺乏在线检测，所以质量不能在线控制。这主要是缺乏耐火材料之间的关联性，尤其是缺乏与传感器敏感的物理量与耐火材料性质之间的关系。2.3 分析一直以来，耐火材料作为专业性很强的实用技术，但基础数据缺乏，难以建立起性能指标与使用寿命的对应关系和性能与生产工艺、组成、结构之间的相关关系，很少有确定的数学模型。由于测试标准方法大多着眼于性能判定，其过程比较长，测试费用高，致使研究人员在开发中对性能的检测很不完全，积累的基础数据就更少了。如果像目前的耐火材料企业规模，就更不能承担起性能检测的成本了，这在客观上也是造成数据缺少的主要因素之一。设备开发的主要目的是为了满足标准检测方法，而更加灵活、轻便和便宜的实验仪器开发不够，这是直接导致测试数据缺少的原因之一。数据交流的平台很难搭建，将直接影响性能检测数据的积累。这主要是耐火材料的性能与生产工艺在很多情况下不是用真实的数据进行交流的，因为这里面涉及各家的技术机密。已有的使用性能检测方法太少，现行的回转抗渣试验方法由于存在如下的技术问题而使其权威性大打折扣。（1）所测温度为液面或炉内烟气的温度，不是耐火材料与炉渣接触处的实际温度，尤其是热导率较大的耐火材料，这种温度的不真实性对试验结果影响很大。（2）不同品种的耐火材料同时比较时，也因热导率的差异使其界面温度不一样，尤其是炉渣在耐火材料中的渗透受其影响更大，而大多数使用条件没有如此大的温度梯度。也就是说，所测炉渣渗透比实际使用中小得多，热导率越大的耐火材料这种差别越大；（3）由于加热是燃气式的，温度往往难于准确控制，造成不同炉次的试验结果可比性差；（4）炉渣粘度大时，试验砖表面粘渣对测量结果的精确度影响很大。其它使用性能检测方法的模拟效果就更差了。因为大多数为静态的，即使是动态方法，其试验条件与实际的使用条件差别也较大。在使用性能的测试方法中，除抗渣试验方法以外的其他抗熔体腐蚀性试验方法很是缺乏。高温耐磨性、抗还原性、抗氮化性、抗剥落性、承载能力、高温耐真空性能的试验方法，两种或两种以上损毁式交互作用都能检测的综合性模拟试验方