基于粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量的檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量的檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法，包括步驟：1）將待測(cè)的耐火材料做成固定形狀的定向測(cè)頭，所述定向測(cè)頭為圓柱體下連接圓錐的形狀；2）爐渣置于加熱裝置中，將加熱裝置升溫至1600℃，保溫一段時(shí)間待爐渣完全融化后將定向測(cè)頭浸入到爐渣中；3）以一定的降溫速度降溫至1000-1600℃；4)旋轉(zhuǎn)定向測(cè)頭，測(cè)量粘度和定向測(cè)頭圓錐體部分被侵蝕減少的半徑，由被侵蝕減少的半徑求得侵蝕速率。本發(fā)明提出通過測(cè)量爐渣粘度變化，動(dòng)態(tài)真實(shí)地反映耐火材料被爐渣侵蝕的狀況，實(shí)現(xiàn)了耐火材料被爐渣侵蝕測(cè)量的瞬時(shí)性和真實(shí)性，既能反映一定時(shí)間爐渣侵蝕耐火材料的平均效果，也能通過計(jì)算初始侵蝕速率反映一定溫度下固定組分爐渣侵蝕耐火材料的真實(shí)速率。
【專利說明】基于粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量的檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，具體涉及一種耐火材料抗侵蝕性能的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]耐火材料具有高溫隔熱作用，在冶金工業(yè)，陶瓷工業(yè)，玻璃工業(yè)等工業(yè)中具有重要的作用。高溫冶金爐，例如高爐等，廣泛采用耐火材料作為襯里材料。爐渣在冶金工業(yè)中主要具有防止金屬二次氧化，調(diào)節(jié)傳熱和質(zhì)量傳遞等重要作用。在高爐中，耐火材料會(huì)與爐渣相互作用，被爐渣侵蝕，高爐的使用壽命在很大程度上取決于使用的耐火材料受爐渣侵蝕的情況。因此，測(cè)量耐火材料被爐渣侵蝕情況意義重大，現(xiàn)在許多研究者已經(jīng)注意到實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和測(cè)量耐火材料抗?fàn)t渣侵蝕性能的重要性。
[0003]測(cè)量耐火材料抗?fàn)t渣侵蝕性能的方法一般可分為靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法，具體如下:
[0004](I)靜態(tài)法:首先在一定溫度下，將耐火材料棒放入已經(jīng)熔化的爐渣中或者把爐渣導(dǎo)入耐火材料坩堝中，而后保溫讓侵蝕反應(yīng)充分進(jìn)行，一段時(shí)間后反應(yīng)停止，測(cè)量侵蝕深度，以此來計(jì)算侵蝕速率。靜態(tài)法簡(jiǎn)單易行，但是測(cè)量結(jié)果只能反映平均侵蝕速率，與真實(shí)侵蝕速率差別較大；
[0005](2)動(dòng)態(tài)法:動(dòng)態(tài)法相對(duì)于靜態(tài)法而言，是增加了耐火材料和爐渣之間的運(yùn)動(dòng)，例如通過控制耐火坩堝或者耐火材料棒的旋轉(zhuǎn)，或者使控制爐渣不斷滴到耐火材料表面等等類似的方法。在實(shí)際的渣侵蝕過程中，耐火材料不斷消耗，渣的成分不斷更新，侵蝕速率是不斷變化的。動(dòng)態(tài)法只能得到一個(gè)平均侵蝕速率，不能真實(shí)反映耐火材料被爐渣侵蝕的狀況。特別的，在一定成分的爐渣和耐火材料之間，只有初始侵蝕速率才是真實(shí)侵蝕速率，而動(dòng)態(tài)法不能反映這一點(diǎn)。
[0006]根據(jù)以上介紹可以看出，冶金工業(yè)上，耐火材料被爐渣侵蝕狀況很大程度上影響著高爐的使用壽命，因此測(cè)量耐火材料被爐渣侵蝕的程度和速率具有重要意義。常用測(cè)量渣侵蝕耐火材料方法有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。靜態(tài)法簡(jiǎn)單易行，但是不能反映真實(shí)侵蝕狀況；動(dòng)態(tài)法接近真實(shí)侵蝕狀況，但是測(cè)量結(jié)果是一個(gè)平均效果，只能測(cè)量一段時(shí)間的平均侵蝕結(jié)果，而不能真實(shí)動(dòng)態(tài)的反映渣侵蝕耐火材料的情況，特別是瞬時(shí)侵蝕速率。
[0007]針對(duì)以上問題，開發(fā)新的動(dòng)態(tài)測(cè)量渣侵蝕耐火材料方法和實(shí)驗(yàn)，能夠真實(shí)反映渣侵蝕耐火材料的狀況，在工業(yè)上具有極其重要的意義。本專利所發(fā)明之方法，即是針對(duì)這一耐火材料測(cè)量的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)爐渣侵蝕耐火材料侵蝕程度和侵蝕速率的動(dòng)態(tài)真實(shí)測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種利用粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量耐火材料抗渣侵蝕的新方法，通過測(cè)量爐渣粘度變化，來反映爐渣侵蝕耐火材料的程度和速率，而瞬時(shí)侵蝕速率由于真實(shí)反映固定溫度下固定成分的爐渣對(duì)于耐火材料的侵蝕狀況，顯得尤其重要。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]一種基于粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量的檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法，包括以下步驟:[0011]I)將待測(cè)的耐火材料做成固定形狀的定向測(cè)頭，所述定向測(cè)頭的形狀為圓柱體下連接圓錐的形狀；
[0012]2)爐渣置于加熱裝置中，將加熱裝置升溫至1600°C，保溫1-3小時(shí)，待爐渣完全融化后放入定向測(cè)頭；
[0013]3)降溫至1000-1600°C，旋轉(zhuǎn)定向測(cè)頭，測(cè)量粘度隨時(shí)間變化，根據(jù)該溫度下粘度與定向測(cè)頭的半徑關(guān)系計(jì)算出該定向測(cè)頭半徑隨時(shí)間變化；
[0014]4)由被侵蝕減少的半徑求得侵蝕速率。
[0015]本發(fā)明所測(cè)量的耐火材料，為耐火度不低于1580°C的無機(jī)非金屬材料。包括硅系耐火材料、鋁系耐火材料(Al2O3質(zhì)量比例80%以上)、鎂鈣系耐火材料、鎂鋁系耐火材料(例如尖晶石耐火材料，主要成分的化學(xué)式為MgO-Al2O3,含MgO為24-30%，Al2O3為55_75%，Na2O含量在8%-15%之間)，均可采用本發(fā)明的方法進(jìn)行測(cè)試。
[0016]其中，所述步驟I)中，定向測(cè)頭浸入到爐渣中的深度為2cm。優(yōu)選地，所述步驟2)中，升溫的速率為4-6°C /min,降溫的速率為4_6°C /min。
[0017]為了使得爐渣的成分充分混合均勻，步驟2)中，加熱裝置升溫至1600°C后保溫
1.8-2.5 小時(shí)。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟2)中，降溫至1000-1600°C后再保溫20_40min。
[0019]其中，所述步驟3)中，在20_40min內(nèi)測(cè)量10-20個(gè)粘度數(shù)據(jù)。
[0020]進(jìn)一步地,所述步驟3)和4)為:
[0021]3)旋轉(zhuǎn)定向測(cè)頭，測(cè)量粘度和定向測(cè)頭圓柱體部分半徑隨時(shí)間的變化，具體為:取定向測(cè)頭圓柱部分半徑依次相差l_2cm的定向測(cè)頭，測(cè)定不同溫度T下粘度的數(shù)值；
[0022]半徑對(duì)應(yīng)時(shí)間的關(guān)系為r=r(t);
[0023]設(shè)測(cè)量粘度的溫度為T，粘度隨時(shí)間變化為n=nT(t)，該溫度下粘度與半徑的關(guān)系為 η = η T (r) ο
[0024]4)根據(jù)定向測(cè)頭半徑隨時(shí)間的變化關(guān)系可以得到侵蝕速率:侵蝕速率記為R。，于是h至t2時(shí)間段的侵蝕速率可以計(jì)算為:R。= [ (r U1) -r (t2)) / (t2-ti)]。
[0025]本發(fā)明提出的方法，可采用現(xiàn)有的粘度測(cè)量裝置和加熱裝置組合。
[0026]優(yōu)選地，用于本發(fā)明所述檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法的裝置，其包括管式爐、坩堝、旋轉(zhuǎn)粘度儀、定向測(cè)頭，所述坩堝置于管式爐中；所述定向測(cè)頭通過長(zhǎng)度可調(diào)的懸線連接在旋轉(zhuǎn)粘度儀下方，所述管式爐設(shè)置有通入氮?dú)獾难b置。向管式爐通入氮?dú)鈦肀ＷC坩堝不被氧化。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]本發(fā)明提出通過動(dòng)態(tài)測(cè)量爐渣侵蝕耐火材料的方法，充分考慮耐火材料被渣侵蝕引起爐渣組分變化，由此導(dǎo)致爐渣粘度的變化情況，通過測(cè)量爐渣粘度變化，來動(dòng)態(tài)真實(shí)地反映耐火材料被爐渣侵蝕的狀況。本發(fā)明利用了組分變化決定物性變化這一特征，通過測(cè)量粘度來反映耐火材料被爐渣侵蝕程度，實(shí)現(xiàn)了耐火材料被爐渣侵蝕測(cè)量的瞬時(shí)性和真實(shí)性，既能反映一定時(shí)間爐渣侵蝕耐火材料的平均效果，也能通過計(jì)算初始侵蝕速率反映一定溫度下固定組分爐渣侵蝕耐火材料的真實(shí)速率。
[0029]本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，充分利用粘度信息，結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0030]圖1本發(fā)明實(shí)施例1粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量的裝置簡(jiǎn)圖
[0031]圖2耐火材料測(cè)頭正面視圖。
[0032]圖3侵蝕程度(以半徑表示)隨時(shí)間的變化曲線。
[0033]圖中，1.粘度顯示器；2.電動(dòng)機(jī)；3.上圓盤；4.懸線；5.下圓盤；6.加熱爐；7.爐管；8.耐火材料測(cè)量頭；9坩堝；10.爐渣；11.熱電偶。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本發(fā)明提出的方法可以測(cè)量硅系、鋁系、鎂鈣系、鎂鋁系等多種耐火材料。以下以其中一種耐火材料為例來聲明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，以下實(shí)施例只用于說明本發(fā)明，不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0035]實(shí)施例中使用的粘度測(cè)量裝置為RTW-10型熔體物性綜合測(cè)定儀。
[0036]實(shí)施例1:實(shí)驗(yàn)確定粘度和半徑的關(guān)系
[0037]I)把鋁質(zhì)耐火材料切削加工成圖2所示形狀的耐火材料測(cè)量頭，耐火材料的化學(xué)成分為CaO: 1.1%, SiO2:12.0%, Al2O3:85.1%, FeO: 0.4%。耐火材料測(cè)量頭圓柱部分半徑依次取 10.2cm, 9.5cm, 8.5cm, 7cm, 5cm。
[0038]2)取10.2cm為耐火材料測(cè)量頭初始半徑，其他半徑相對(duì)于初始半徑減少的質(zhì)量作為侵蝕量，加到爐渣之中。
[0039]3)分別用不同半徑的耐火材料測(cè)量頭測(cè)量相應(yīng)爐渣成分下1550°C，1500°C和1450°C的粘度，得到表1粘度數(shù)值與侵蝕程度的關(guān)系。此為整個(gè)侵蝕測(cè)量的參考粘度點(diǎn)。
[0040]表1粘度數(shù)值與侵蝕程度的關(guān)系
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種基于粘度動(dòng)態(tài)測(cè)量的檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將待測(cè)的耐火材料做成固定形狀的定向測(cè)頭，所述定向測(cè)頭的形狀為圓柱體下連接圓錐的形狀； 2)爐渣置于加熱裝置中，將加熱裝置升溫至1600°C，保溫1-3小時(shí)，待爐渣完全融化后放入定向測(cè)頭； 3)降溫至1000-1600°C，旋轉(zhuǎn)定向測(cè)頭，測(cè)量粘度隨時(shí)間變化，根據(jù)該溫度下粘度與定向測(cè)頭的半徑關(guān)系計(jì)算出該定向測(cè)頭半徑隨時(shí)間變化； 4)由被侵蝕減少的半徑求得侵蝕速率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I)中，定向測(cè)頭浸入到爐渣中的深度為2cm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，升溫的速率為4-6°C/min,降溫的速率為4-6°C /min。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，加熱裝置升溫至16001:后保溫1.8-2.5小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，降溫至1000-1600°C后再保溫 20-40min。
6.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述步驟3)中，在20-40min內(nèi)測(cè)量10-20個(gè)粘度數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟3)和4)為: 3)旋轉(zhuǎn)定向測(cè)頭，測(cè)量粘度和定向測(cè)頭圓柱體部分半徑隨時(shí)間的變化，具體為:取定向測(cè)頭圓柱部分半徑依次相差l-2cm的定向測(cè)頭，測(cè)定不同溫度T下粘度的數(shù)值，半徑對(duì)應(yīng)時(shí)間的關(guān)系為r=r (t)； 4)根據(jù)定向測(cè)頭半徑隨時(shí)間的變化關(guān)系可以得到侵蝕速率:侵蝕速率記為R。，于是h至t2時(shí)間段的侵蝕速率可以計(jì)算為:R。= [ (r U1) -r (t2)) / (Vt1)]。
8.用于權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述檢測(cè)耐火材料抗侵蝕性能的方法的裝置，其特征在于，包括管式爐、坩堝、旋轉(zhuǎn)粘度儀、定向測(cè)頭，所述坩堝置于管式爐中；所述定向測(cè)頭通過長(zhǎng)度可調(diào)的懸線連接在旋轉(zhuǎn)粘度儀下方，所述管式爐設(shè)置有通入氮?dú)獾难b置。
【文檔編號(hào)】G01N11/00GK103940701SQ201410156223
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】王習(xí)東, 孫永奇, 鄭凱, 劉麗麗 申請(qǐng)人:北京大學(xué)