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摘要： 隨著人們對(duì)鋼鐵的需求量越來(lái)越高，對(duì)耐火材料的需求也隨之上升。當(dāng)前我國(guó)在耐火材料的生產(chǎn)數(shù)量位居世界前列，但是在耐火材料的質(zhì)量檢測(cè)方面，行業(yè)間的標(biāo)準(zhǔn)卻并未得到統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)更新與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品之間并未得到匹配。只有在深入了解了我國(guó)耐火材料的檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀后，才能明確后續(xù)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。基于此，文章對(duì)耐火行業(yè)新興的幾類檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了論述，并對(duì)檢測(cè)技術(shù)的利弊分別進(jìn)行了分析，希望可以為同行業(yè)未來(lái)檢測(cè)技術(shù)的研究方向提供幾點(diǎn)。
1 引言
耐火材料質(zhì)量的評(píng)價(jià)主要依據(jù)其性能的檢測(cè)。耐火材料性能的檢測(cè)是指在一定的控制條件下檢測(cè)出來(lái)的耐火材料的質(zhì)量水平。正確的性能檢測(cè)可以正確評(píng)價(jià)耐火材料的實(shí)物質(zhì)量。通過(guò)性能檢測(cè)，找出各種因素與質(zhì)量的關(guān)系，從而提出改進(jìn)質(zhì)量的途徑并評(píng)價(jià)其效果，這對(duì)優(yōu)化材料的組成和結(jié)構(gòu)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高質(zhì)量是很有幫助。通過(guò)提高耐火材料的性能檢測(cè)能力，從而使得增強(qiáng)耐火材料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)成為推進(jìn)行業(yè)發(fā)展的一種重要促進(jìn)手段。近幾年，耐火材料新技術(shù)檢測(cè)呈不同方向發(fā)展，本文對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中一些耐火材料檢測(cè)和監(jiān)控的方法進(jìn)行了整理，論述了模擬使用現(xiàn)場(chǎng)的新檢測(cè)技術(shù)、在線檢測(cè)技術(shù)以及施工應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)方面的應(yīng)用情況。分析了實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中的局限性，并對(duì)檢測(cè)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
2 質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向
2.1 模擬使用現(xiàn)場(chǎng)的新檢測(cè)技術(shù)
小規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)開(kāi)展的目的是檢驗(yàn)材料實(shí)用性情況。由于在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)具有一定的偶然性，不能代表整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，所以，在當(dāng)今的耐火材料檢驗(yàn)的過(guò)程中，往往都是廠家自行模擬實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。 耐火材料檢驗(yàn)作為專業(yè)性很強(qiáng)的實(shí)用技術(shù)，因基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較缺乏，難以建立起性能指標(biāo)與使用壽命的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及性能與生產(chǎn)工藝、組成、結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)關(guān)系，很少有確定的數(shù)學(xué)模型。比如回轉(zhuǎn)抗渣試驗(yàn)方法由于存在如下的技術(shù)問(wèn)題而使其權(quán)威性大打折扣。
(1)測(cè)量溫度為液面或爐內(nèi)煙氣的溫度，并非爐渣接觸處與耐火材料的實(shí)際溫度，尤其對(duì)于熱導(dǎo)率較大的耐火材料，這種不真實(shí)性的溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。
(2)對(duì)不同品種類的耐火材料比較時(shí)，因熱導(dǎo)率的差異使其界面溫度不一樣，尤其是爐渣在耐火材料中的滲透受其影響更大，而大多數(shù)使用條件沒(méi)有如此大的溫度梯度。也就是說(shuō)，所測(cè)爐渣滲透比實(shí)際使用中小很多，熱導(dǎo)率越大的耐火材料這種差別越大;
(3)爐渣粘度大時(shí)，試驗(yàn)磚表面粘渣對(duì)測(cè)量結(jié)果的精確度影響很大。
其它使用性能檢測(cè)方法的模擬效果就更差了。因?yàn)榇蠖鄶?shù)為靜態(tài)的，即使是動(dòng)態(tài)方法，其試驗(yàn)條件與實(shí)際的使用條件差別也較大。在使用性能的檢驗(yàn)方法中，除抗渣試驗(yàn)方法以外的其他抗熔體腐蝕性試驗(yàn)方法很是缺乏。性能測(cè)試條件很有限，無(wú)介質(zhì)或空氣環(huán)境檢測(cè)的方法居絕大多數(shù)，這將影響測(cè)試結(jié)果的針對(duì)性。
由于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬時(shí)需要大量投入，模擬的成本較大，因此應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)特殊氣氛或環(huán)境下耐火材料性能的檢測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備，同時(shí)也能夠衍生出一種新的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。如以下幾種情況：①為了尋找代替熱震抗渣實(shí)驗(yàn)的替代物質(zhì)，選用了在廢鋼所煉制的鋼水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的替代。②模擬施工時(shí)，由于沒(méi)有大型設(shè)備，所以選用了小型噴補(bǔ)機(jī)來(lái)代替大型的設(shè)備，為的是模擬檢驗(yàn)施工性能是否達(dá)標(biāo)。③模擬直接煉鋼的過(guò)程。通過(guò)使用高溫性能模擬儀等相關(guān)設(shè)備，在試驗(yàn)的過(guò)程中，根據(jù)所得出的數(shù)據(jù)，能夠測(cè)算出耐火材料的相關(guān)性能指標(biāo)，例如熱震，抗侵蝕，耐磨，強(qiáng)度，抗沖刷等一系列指標(biāo)。
2.2 在線監(jiān)測(cè)新技術(shù)
通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠讓操作人員及時(shí)地發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品，并能夠及時(shí)地剔除，防止進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程中去。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效地減少原料的浪費(fèi)。但是我國(guó)在在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的應(yīng)用還不夠深入，所以這項(xiàng)技術(shù)在如今的研究也是寥寥無(wú)幾，行業(yè)間缺乏統(tǒng)一的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行實(shí)際深入應(yīng)用時(shí)面臨著一系列問(wèn)題。
隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，耐火材料在線生產(chǎn)監(jiān)測(cè)將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)得以發(fā)展。
(1)為了嚴(yán)格的控制原料的配比，可以在配料的過(guò)程中實(shí)時(shí)登記，進(jìn)行驗(yàn)證。只有滿足驗(yàn)證的原料才可以投入下一環(huán)節(jié)的配料過(guò)程中。
(2)為了保證用料的準(zhǔn)確性，采用了實(shí)時(shí)化學(xué)分析法。運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光 " 定量聚合酶鏈反應(yīng)， 定量 PCR" 技術(shù)對(duì)耐火產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)。
(3)在進(jìn)行耐火材料偏析、裂紋、強(qiáng)度的測(cè)定時(shí)，可以運(yùn)用 x 光檢測(cè)法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，這種方法較為直觀，能夠準(zhǔn)確地定位缺陷的位置。
2.3 施工應(yīng)用性能檢測(cè)新技術(shù)
(1)檢測(cè)施工情況的新技術(shù)。通過(guò)引入超聲波檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確地測(cè)試出產(chǎn)品的強(qiáng)度、質(zhì)地結(jié)合均勻性以及是否存在裂紋、空洞等其他缺陷。
聲波的指向性比較好，其頻率越高，指向性越好。超聲波傳播能量大，對(duì)各種材料的穿透力較強(qiáng)，因此超聲波的聲速、衰減、阻抗和散射等特性，為超聲波的應(yīng)用提供了豐富的信息。 超聲檢測(cè)具有適應(yīng)性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、對(duì)人體無(wú)害、設(shè)備輕巧、成本低廉，可即時(shí)得到探傷結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)，適合在實(shí)驗(yàn)室及野外等各種環(huán)境下工作，尤其在不定性耐火材料的實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)效果更為顯著。超聲波檢測(cè)過(guò)程不損壞材料、結(jié)構(gòu)的組織和使用性能;直接在耐火材料預(yù)制體上檢測(cè)試驗(yàn)并推定其實(shí)際的強(qiáng)度;復(fù)核檢測(cè)方便，重復(fù)性良好。
超聲波新檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到耐火材料施工性能的檢測(cè)中，可以使施工情況得到直觀地量化。在進(jìn)行質(zhì)量控制管理時(shí)能夠有據(jù)可依，并且在查找事故問(wèn)題以及改進(jìn)施工方法方面有著重要的作用。
(2)硬化行為與耐火澆注料行為的測(cè)定新技術(shù)。我國(guó)在這方面還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能闡述一些較為常用的檢測(cè)方法：主要包含以下三種：
第一，隨著時(shí)間的不斷變化;第二，測(cè)定耐火材料自身的流動(dòng)值;第三，采用建材行業(yè)在水泥檢測(cè)過(guò)程中的水泥凝結(jié)時(shí)間的辦法;靠手感按壓。
這幾類方法在應(yīng)用的過(guò)程中存在著一定的不足之處。
首先，耐火材料在生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的控制是比較嚴(yán)格的，而直接以水泥凝結(jié)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)定，并不具備科學(xué)性，因?yàn)闇囟鹊淖兓瘜?duì)初凝影響是比較大的。
其次，建筑行業(yè)中所使用的維卡儀法在漿體中較為適用，但是用在耐火材料的檢測(cè)過(guò)程中，檢驗(yàn)辦法是不匹配的。抽樣檢測(cè)的可操作性比較差。
測(cè)定流動(dòng)值的方法在以上幾類方法中的準(zhǔn)確性是比較高的，但是由于檢測(cè)過(guò)程所需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，在檢測(cè)成本上的投入也比較大，因此在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，很少有廠家會(huì)這么做。
最后，手感按壓法的準(zhǔn)確度因人而異，具有不確定性。
隨著近些年來(lái)檢測(cè)手段的不斷發(fā)展，人們轉(zhuǎn)向通過(guò)測(cè)定電導(dǎo)率，水化放熱以及超聲波表征來(lái)確定澆注料的初凝和終凝等方法。其中，測(cè)定電導(dǎo)率的原理是當(dāng)澆筑料處于初凝狀態(tài)時(shí)，自身的離子的電子遷移速度會(huì)明顯的減緩，直接表現(xiàn)為電導(dǎo)率的降低，我們可以通過(guò)測(cè)定電導(dǎo)率的數(shù)值變化情況，來(lái)確定凝結(jié)是否發(fā)生;水化放熱標(biāo)志著初凝的開(kāi)始，可以通過(guò)測(cè)定熱量的變化數(shù)值來(lái)確定耐火材料的工作時(shí)間，當(dāng)檢測(cè)到最大放熱量時(shí)，則標(biāo)志著初凝已經(jīng)全部完成;處于不同狀態(tài)的耐火材料對(duì)于聲波的反射程度是不同的。在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)超聲波的變化程度在減緩時(shí)則代表處在初凝狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的溫濕度進(jìn)行測(cè)定，并進(jìn)行數(shù)值的記錄，能夠監(jiān)測(cè)出耐火材料在不同溫度濕度條件下的性能表現(xiàn)。
(3)檢測(cè)澆注料全組變性的新技術(shù)。耐火材料的變性是指耐火材料全組分的黏度變化情況。通過(guò)測(cè)定變性程度，能夠直接地反映出不定性耐火材料的施工時(shí)間、可泵送性以及自流性的情況。其中檢測(cè)流變行為可以通過(guò)檢測(cè)剪切速率 -黏度、剪切速率 - 應(yīng)變、應(yīng)力 - 應(yīng)變的于時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)反映。由于流變測(cè)試適用于不定型的流體，所以其他類型澆注料、涂料等都可以根據(jù)上述參數(shù)與時(shí)間的比值，來(lái)確定材料流動(dòng)性的數(shù)值情況。
(4)檢測(cè)澆注料可泵送性的新技術(shù)。噴射料，澆注料等不定性耐火材料施工的方法能夠顯著的提升工作效率。但是現(xiàn)階段卻缺少評(píng)價(jià)可泵送性的定量評(píng)價(jià)表征，業(yè)內(nèi)間尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前在檢驗(yàn)的過(guò)程中主要采用的是落球法。實(shí)施的辦法是將待檢測(cè)的材料放置在同一容器內(nèi)，且保證容器內(nèi)中料的深度大于鋼球直徑的 3 倍，此時(shí)鋼球的質(zhì)量大約為 110g，直徑為 30cm，自檢驗(yàn)材料上方 1m 開(kāi)始自由垂直下落，開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間是從鋼球剛開(kāi)始接觸料面時(shí)，結(jié)束計(jì)時(shí)的標(biāo)志是鋼球完全下沉至料內(nèi)，通過(guò)對(duì)下落時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行比較，時(shí)間長(zhǎng)的則代表可泵送性較好，反之異然。
(5)新型抗劈裂型檢測(cè)方法。這種方法既可以在冷態(tài)下檢測(cè)，又可以在液態(tài)下檢測(cè)，主要檢測(cè)的是耐火材料的韌性。由于是一類較新的技術(shù)，所以在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有被引進(jìn)應(yīng)用。
(6)新型彈性模量檢測(cè)方法。彈性模量是指材料在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與伸長(zhǎng)或壓縮彈性形變之間的關(guān)系，亦稱楊氏模量。其數(shù)值為試樣橫截面所受正應(yīng)力與應(yīng)變之比。它表示材料抵抗變形的能力，與材料的強(qiáng)度、變形、斷裂等性能均有關(guān)系，是材料的重要力學(xué)參數(shù)之一。根據(jù)相關(guān)耐火材料的高溫彈性模量與燒結(jié)過(guò)程高溫抗折強(qiáng)度強(qiáng)的相關(guān)性，利用頻譜的變化來(lái)確定材料內(nèi)部是否存在較大的缺陷，這一方面的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)并沒(méi)有完善，主要參照的是美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，聲頻共振法等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
3 結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)耐火材料檢測(cè)技術(shù)研發(fā)能力不足的原因在于：我國(guó)生產(chǎn)耐火材料的企業(yè)以中小企業(yè)為主。趨利性使得新檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展舉步維艱。為了能夠有效的促進(jìn)耐火材料檢測(cè)技術(shù)的提升，應(yīng)當(dāng)加大力度引進(jìn)新檢測(cè)技術(shù)，并對(duì)新技術(shù)進(jìn)行深入的研究。在行業(yè)層面，應(yīng)當(dāng)盡快建立一套完善的耐火材料評(píng)價(jià)體系，并使在線檢測(cè)體系盡快得到統(tǒng)一，使我國(guó)耐火行業(yè)走上快速發(fā)展的道路。
評(píng)論區(qū)
