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現存檢測方法和性能指標不適應
  • 發布日期:2010-09-15      瀏覽次數:2540
    •   現存的一些耐火材料性能檢測方法,就其適應性而言,主要存在以下5方面的不足:實驗室檢測條件與實際使用條件不一致;性能檢測多在無約束條件下進行,而實際中材料會受到各種應力,且不同區域所受應力不同,造成了檢測結果與耐火材料的使用性能不對應;時效的影響沒有充分考慮;多破壞因素的協同作用未充分體現;理化指標范圍規定得不合理。

      1.實驗室檢測條件與實際使用條件不一致
        抗熱震性檢測方法。耐火材料抗熱震性的檢測方法有多種,如水冷或空冷后觀察開裂程度法、水冷或空冷后測殘余強度法、臨界溫差法、X-射線透射法和超聲波法等。這些方法共性的不足,就是檢測條件與耐火材料實際所受熱震條件有較大差異。抗熱震性測試條件與實際條件的差異主要體現在冷卻條件上。首先,實際使用條件下的冷卻強度不可能達到檢測方法如水冷冷卻強度。在此不妨用一個不盡恰當的比喻:如果我們用初中生的考試卷來考小學生,應考者可能都考不及格,但還是有差別的。可能有50分的不及格,有30分的不及格,因為我們選用的考試卷評價方法不合理,所以區分不出高低。其次,熱震溫度通常選擇1000℃1100℃,模擬的是耐火材料在實際使用中熱震的溫度差值,而非真實高低溫度的變化。抗渣性檢測方法。耐火材料的抗渣性是其重要的高溫性能。耐火材料被熔渣的侵蝕是其與熔渣發生化學反應的過程。影響化學反應進程的擴散、濃度、溫度、黏度等因素,同樣影響耐火材料的侵蝕過程。常見的耐火材料抗渣性檢測方法有坩堝法、靜態浸漬法、回轉抗渣法、感應爐法等。對感應爐法和回轉抗渣法,可多次加渣,消除了熔渣濃度引起的偏差,且二者屬于動態抗渣法,即在一定程度上可模擬熔渣或金屬熔液對耐火材料的沖刷作用。但在具體操作中,試樣內部的溫度及應力情況與實際情形仍然相差甚遠,基本都是在空氣中進行,不控制氣氛,氧的分壓較高,對含有金屬、炭素及非氧化物的耐火材料,會加速其氧化。這些因素,造成檢測手段與實際情況存在不適應性。如何改進檢測方法,盡可能減少這些不適應性,值得探討和實踐。
        2.無約束與有約束條件的不一致
        耐火材料的許多性能在實驗室條件下測試時,往往是沒有外力約束的,如耐火度、熱膨脹、加熱*線變化、熱態抗折強度、水冷或空冷法測熱震穩定性等等。而在實際使用中,耐火材料并不處在自由狀態,會受到來自襯體自重和其他機械應力的約束,使它們的性能與無約束情況下有所不同。而目前的設計、性能指標確定和測試,對外應力的影響考慮不足,耐火材料在有約束和無約束條件下的性能是有差異的,例如在有荷重條件下,熱膨脹量通常要小于自由膨脹量。國外較重視有約束條件下的性能測試,如美國早已有ASTMC832-00標準,規定了檢測有荷重條件下耐火材料熱膨脹和蠕變的標準測試方法。我國2008年前一直沒有這類在有約束條件下檢測熱膨脹的標準,zui近擬出了GB/T7320-2008標準,其中示差法熱膨脹試驗方法,儀器和方法與荷軟相同,與EN993-192004標準(致密定型耐火制品試驗方法第十九部分,示差法熱膨脹的測定)接軌了,值得我國耐火材料工作者重視和踐行。
        3.時效的影響
        有的耐火材料使用壽命是以年、十幾年乃至幾十年來計算的(如有的軋鋼加熱爐、高爐、熱風爐、焦爐等),現行的即使像高溫蠕變長達50小時的測試,也不足以反映長時間后的行為。典型的例子是有的熱風爐用低蠕變磚,交貨時的荷重軟化溫度、抗蠕變性指標是優良的,但使用不長時間23后,則嚴重變形甚至釀成塌爐事故,其原因就是沒有考慮磚中雜質隨時間延長而產生的破壞作用。相比之下,歐美國家的檢測比較注重時效的影響。如研究熱態抗折強度,有的保溫時間長達24小時;對耐火纖維制品加變化的考察,有的長達500小時。耐火材料的疲勞問題和使用環境介質的時效影響不容忽視,目前尚缺乏測試和評價方法。
        4.多因素的共同破壞作用
        耐火材料在實際使用中往往受到多因素的共同破壞。目前在研究和測試中,往往是針對某個性能而開展的,很難同時考察多因素的共同作用。這與耐火材料實際研發和應用中,對多種性能要統籌考慮的需要不相適應。可喜的是,近年來,國內外在研究和檢測方法上呈現出多因素一體化的趨勢,例如循環流化床鍋爐等用耐火耐磨料在使用溫度下的熱態耐磨性溫度+耐磨、熱震+抗渣、應力+熱震、真空+抗渣、變溫+抗蠕變等復合型檢測方法,正在積極發展中。
        5.理化指標的不合理性
        我國的耐火材料國家或行業標準中,理化指標數值范圍規定有一定的不科學、不合理性。常見的指標數值范圍多是>、≥”<、≤”,很少有出現。這會有越高越好或越低越好誤導的可能性。一是造成質量功能富裕過多而浪費,二是會降低或削減其他性能。如某種產品燒后的常溫耐壓強度指標標準是>80MPa,實際使用時60MPa,完全可以滿足使用要求,生產時將指標控制在80100MPa較為經濟合理。若我們將實際產品指標做到120MPa,那么高出的20MPa強度質量功能就浪費掉了。試想要提高其強度,材料盡可能地燒結良好,接近致密化,這勢必影響到其抗熱震性,如果該材料在溫度波動不是太大的條件下使用尚可,否則其使用壽命將會受到一定的影響。再如,有時我們從提高耐火材料抗侵蝕性的目的出發,盡可能地提高材料的純度,但高純材料就意味著難以燒結、不夠致密,熔渣易于滲透,增加了產生結構剝落的風險性。
        耐火材料的各項性能相互關聯、互相消長,應根據具體的使用工況全面兼顧,德才兼備才能達到選材合理。對一定的使用環境,耐火材料的性能指標有個合理的范圍,使經濟性與技術性相互匹配,才能達到提高性價比、提高適宜性的目的。

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