專利名稱：水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法，具體涉及一種水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法。
背景技術(shù)：
耐火磚作為水泥窯中常用的窯襯材料，是水泥窯系統(tǒng)不可缺少的結(jié)構(gòu)材料和功能材料之一，它的設(shè)計和配置、施工和應(yīng)用，以及相關(guān)的工藝和設(shè)備條件一起，共同對水泥窯的運轉(zhuǎn)率、熟料產(chǎn)量，以及機組表面散熱損失起決定性作用。所謂的窯皮是附著在回轉(zhuǎn)窯燒成帶窯襯內(nèi)表面的一層燒結(jié)熟料層，這種在耐火磚表面形成窯皮的能力，稱為掛窯皮性。合適的掛窯皮性既可以保護耐火磚，降低窯襯消耗，充當(dāng)傳熱介質(zhì)，延長料在窯內(nèi)反應(yīng)時間，同時，又能儲存熱能，減少窯殼向周圍的熱損失，提高旋窯的熱效率，進而對整個水泥窯工藝產(chǎn)生巨大的積極效果。因此，掛窯皮性是水泥回轉(zhuǎn)窯燒成用耐火材料重要的性能之一，在水泥窯的運行過程中起有非常關(guān)鍵的作用。 由于各地原燃材料的質(zhì)量狀況及配料方案不同，窯皮與耐火磚熱面的粘著強度也不同，致使耐火磚的使用情況及效果千差萬別。過去，評價耐火磚熱面與窯皮的粘著性，多以生產(chǎn)過程中的粘著情況來判斷，如在點火運行初期，觀察窯皮的粘著是否平整，粘著的難易及粘著層的厚度是否適中等，在運行一個周期停窯后，實測窯皮的長度、厚度、平整性及窯皮自行垮落等情況；有的則以耐火磚與窯皮界面的粘著面積大小來判斷。水泥企業(yè)使用以上方法對所選耐火磚的使用狀況作出的定性評判，均不能準(zhǔn)確、真實地體現(xiàn)出耐火磚的應(yīng)用水平。因此，尋找能有效表征和量化水泥窯用耐火磚的掛窯皮性能檢測方法成為亟需解決的問題。近年來，國內(nèi)外同行對于水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法進行了大量探索，大致可分為兩種動態(tài)法和一般靜態(tài)法，其中動態(tài)法試驗操作繁瑣，且不能進行可量化檢測；一般靜態(tài)法無關(guān)影響因素多，實驗可操作性不強，數(shù)據(jù)可重復(fù)性差，不能很好地反映水泥窯用耐火磚的實際掛窯皮性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種可操作性強，可量化，數(shù)據(jù)重復(fù)性好的水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法——靜態(tài)剪切法，該方法大大減小了誤差帶來的影響，能切實反映水泥窯用耐火磚的實際掛窯皮性能。為方便量化掛窯皮性能，進一步定義，耐火磚掛窯皮力(Coating adherencestrength of fire bricks)為規(guī)定尺寸的耐火磚試樣,其單位面積的粘結(jié)面能夠承受的最大剪切應(yīng)力。原理在常溫下，對已知尺寸的耐火磚試樣以恒定緩慢的加荷速率施加負(fù)荷直至其粘結(jié)面斷裂，根據(jù)試樣粘結(jié)面斷裂時所承受的最大載荷與粘結(jié)面面積的比值計算出耐火磚掛窯皮力。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟I.耐火磚試樣制備
(1)水泥生料漿配制稱取一定量的水泥生料，倒入研缽中研磨至全部通過O.088mm標(biāo)準(zhǔn)篩，再加入等量的丙三醇，混磨均勻后待用；
(2)從待測耐火磚上切出長為50mm、寬為50 mm、高為120 mm的長方體3個，各邊誤差應(yīng)不大于I mm，長方體應(yīng)邊角垂直、無裂紋、表面平整、清潔；
(3)如圖1，于所切長方體的一個長方形面上，在其中一長邊下端15 30mm處取一點，另一長邊上端相同距離處另取一點，劃線連接兩點，沿所述連線垂直于所述長方形面切出2塊試塊；同樣方法，3個長方體均切出2塊試塊；將切好的試塊置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中105 ^115 °C條件下干燥至恒重，然后冷卻至室溫； (4)取一定量水泥生料漿均勻涂抹在烘干后的I對耐火磚試塊的斜切面上，如圖2，粘結(jié)成原長方體狀，并做成規(guī)定的I. 5^2. 5 mm磚縫，用刮刀刮去多余的料漿，組成I組試樣；同樣方法，共組成3組試樣，其中所取水泥生料漿量不變。2.測試
(1)待磚縫內(nèi)料漿凝固后，將試樣置于加熱爐爐底，加熱過程中按圖2使用耐火磚支撐物保持試樣粘結(jié)面水平放置，試樣的加熱包括以下步驟
a)加熱爐爐底平撒上耐火細(xì)砂(高溫下不與試樣起作用)；
b)將3組試樣依次放入加熱爐的均溫帶，試樣間距及試樣與均熱板之間間距10 20mm ;無均熱板時，試樣與發(fā)熱體之間的間距20 30 mm,且發(fā)熱體的福射熱不直射試樣的磚縫；
c)加熱時，爐內(nèi)保持氧化氣氛；按5°C/min的升溫速率，加熱至145(Γ1550 1后，保溫3 5 h，停爐后自然冷卻至室溫；
(2)用卡尺測量燒后耐火磚試樣粘結(jié)面的縱向和橫向尺寸各兩處，精確到O.I mm，求出每個方向尺寸的平均值，計算粘結(jié)面面積J ;
(3)將燒后試樣立起，放置在加荷裝置上下兩塊壓板的中心位置，在試樣與上下壓板之間插入襯墊板；以O(shè). 05土 O. 005 MPa/s的速率連續(xù)均勻地施加壓力，直至試樣的粘結(jié)面斷裂，記錄粘結(jié)面斷裂時的最大載荷凡3.按下式計算耐火磚掛窯皮力
設(shè)在耐火磚側(cè)面長邊上剪切位置為上下各Z mm，則掛窯皮力為
120-2Z F S ^502 + (120-2Z)2 ^
式中σ s為掛窯皮力，MPa ；
Z7為耐火磚粘結(jié)面斷裂時的最大載荷，N ；
A為粘結(jié)面面積，mm2。以3組試樣的掛窯皮力平均值作為最終結(jié)果，結(jié)果保留一位小數(shù)，所取位數(shù)后的數(shù)字按GB/T 8170數(shù)值修約規(guī)則進行處理。本發(fā)明所述水泥生料粒度小于O. 88 mm ;所述丙三醇純度為化學(xué)純；所述耐火細(xì)砂為電熔剛玉砂。本發(fā)明所述各步驟中所測數(shù)值均按GB/T 8170數(shù)值修約規(guī)則進行處理。
本發(fā)明技術(shù)方案中所用設(shè)備如下
1)加荷裝置油壓式或杠桿式試驗機，能以恒定的速率對試樣均勻加荷，可記錄或指示其斷裂載荷的儀器，測力示值誤差應(yīng)小于±2% ；
2)電熱鼓風(fēng)干燥箱能控溫在110V ±5 V ；
3)加熱爐使用溫度>1600°C，爐溫分布均勻，控溫精度在±10 °C以內(nèi)；
4)游標(biāo)卡尺分度值O.05 mm ；
5)天平最大量程500g，分度值O. 01 g ； 6)襯墊板厚度為2mm的硬紙板。本發(fā)明的積極有益效果
[1]本發(fā)明水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法采用“水泥生料+丙三醇”這種料漿組合可以還原耐火磚實際掛窯皮過程時所接觸到的礦相，可以避免后續(xù)的熟料破碎和篩分過程的引入雜質(zhì)問題，最大程度保留掛窯皮料的化學(xué)成分，即方便又可靠；可以避免水泥生料熱處理后生成的游離氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣(該反應(yīng)會放出較大熱量，不利于后續(xù)操作)；可以更加均勻地把生料涂抹到耐火試樣的剪切面上，減少因生料分布不均而引起試樣剪切強度數(shù)值的波動程度；
[2]相比動態(tài)法掛窯皮性能檢測方法，本發(fā)明所述靜態(tài)剪切法具有可量化、實驗操作簡單、實驗費用少的優(yōu)點；相比一般靜態(tài)法，本發(fā)明所述靜態(tài)剪切法剪切位置適宜，可操作性強，且在所選剪切范圍內(nèi)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可重復(fù)性好，大大減小了誤差帶來的影響，能切實反映水泥窯用耐火磚的實際掛窯皮性能，充分利用現(xiàn)有耐火材料檢測設(shè)備，進一步完善了現(xiàn)有耐火材料的性能檢測方法。


圖I本發(fā)明耐火磚切割示意圖。圖2本發(fā)明加熱過程中耐火磚試樣放置方式示意圖。圖2中，I為支撐物，2為耐火磚試樣，3為試樣粘結(jié)面。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實施例，以下實施例中所用原料均為市售。實施例I
本實施例取矩耐火磚頂端5mm處作為剪切點，用于檢測鎂鉻耐火磚采用以下步驟
I.耐火磚試樣制備
Cl)水泥生料漿配制稱取一定量的水泥生料，倒入研缽中研磨至全部通過O. 088mm標(biāo)準(zhǔn)篩，再加入等量的丙三醇，混磨均勻后待用；
(2)從待測耐火磚上切出長為50mm、寬為50 mm、高為120 mm的長方體3個，各邊誤差不大于I mm，長方體邊角垂直、無裂紋、表面平整、清潔；
(3)如圖1，所切長方體的一個長方形面上，在其中一長邊下端5mm處取一點，另一長邊上端5 mm處取另一點，劃線連接兩點，沿該線垂直于所述長方形面再切出2塊試塊；同樣方法，3個長方體均切出2塊試塊；將切好的試塊置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中110°C條件下干燥至恒重，然后冷卻至室溫；
(4)取一定量水泥生料漿均勻涂抹在烘干后的I對耐火磚試塊的斜切面上，如圖2，粘結(jié)成原長方體狀，并做成規(guī)定的2 mm磚縫，用刮刀刮去多余的料漿，組成I組試樣；同樣方法，共組成3組試樣，其中所取水泥生料漿量不變。2.測試
(1)待磚縫內(nèi)料漿凝固后，將試樣置于加熱爐爐底，過程中按圖2使用耐火磚支撐物保持試樣粘結(jié)面水平放置，試樣的加熱按以下步驟進行
a)加熱爐爐底平撒上高溫下不與試樣起作用的耐火細(xì)砂；
b)將3組試樣依次放入加熱爐的均溫帶，試樣間距及試樣與均熱板之間間距均為10
mm ；
C)加熱時，爐內(nèi)保持氧化氣氛；按5 °C/min的升溫速率，加熱至1450 1后，保溫5 h，停爐后自然冷卻至室溫；
(2)用游標(biāo)卡尺分別測量三個燒后耐火磚試樣粘結(jié)面的縱向和橫向尺寸各兩處，精確到0.1 mm，求出每個方向尺寸的平均值，并分別計算出粘結(jié)面面積兒試樣I : 49.1mmX 120. 9 mm= 5936. 2mm2,試樣 2: 50. 2mm X 1 20. 5mm= 6049. 1mm2,試樣 3: 49. 5mmX 120. 7 mm= 5974. 7mm2 ；
(3)將燒后試樣立起來，放置在加荷裝置WHY電子壓力試驗機的上下2塊壓板的中心位置；在試樣與上下壓板之間插入硬紙板；以O(shè). 05土 O. 005 MPa/s的速率連續(xù)均勻地施加壓力，直至試樣的粘結(jié)面斷裂，記錄粘結(jié)面斷裂時的最大載荷K試樣I為4. 50KN,試樣2為
4.72KN，試樣 3 為 4· 70KN。3.按下式計算耐火磚掛窯皮力
權(quán)利要求
1.一種水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法，依次包括耐火磚試樣制備、數(shù)據(jù)測試和結(jié)果計算，其特征在于，所述耐火磚試樣制備包括以下步驟 (1)水泥生料漿配制稱取一定量的水泥生料，倒入研缽中研磨至全部通過O.088mm標(biāo)準(zhǔn)篩，再加入等量的丙三醇，混磨均勻后待用； (2)從待測耐火磚上切出長為50mm、寬為50 mm、高為120 mm的長方體3個，各邊誤差應(yīng)不大于I _ ； (3)于所切長方體的一個長方形面上，在其中一長邊下端15 30mm處取一點，于另一長邊上端相同距離處另取一點，劃線連接兩點，沿所述連線垂直于所述長方形面切出2塊試塊；同樣方法，3個長方體均切出2塊試塊；將切好的試塊置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中105^115 °C條件下干燥至恒重，然后冷卻至室溫； (4)取一定量水泥生料漿均勻涂抹在烘干后的I對耐火磚試塊的斜切面上，粘結(jié)成原長方體狀，并做成規(guī)定的I. 5" 2. 5 mm磚縫，用刮刀刮去多余的料漿，組成I組試樣；同樣方法，共組成3組試樣，其中所取水泥生料漿量不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法，其特征在于，所述水泥生料粒度小于O. 88 mm，所述丙三醇純度為化學(xué)純。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)測試包括以下步驟 (O待磚縫內(nèi)料漿凝固后，將試樣置于加熱爐爐底，加熱過程中使用耐火磚支撐物保持試樣粘結(jié)面水平放置，試樣的加熱包括以下步驟 a)加熱爐爐底平撒上耐火細(xì)砂； b)將3組試樣依次放入加熱爐的均溫帶，試樣間距及試樣與均熱板之間間距1(Γ20mm ;無均熱板時,試樣與發(fā)熱體之間的間距2(T30 mm,且發(fā)熱體的福射熱不直射試樣的磚縫； c)加熱時，爐內(nèi)保持氧化氣氛；按5°C/min的升溫速率，加熱至145(Tl550°C后，保溫3飛h，停爐后自然冷卻至室溫； (2)用卡尺測量燒后耐火磚試樣粘結(jié)面的縱向和橫向尺寸各兩處，求出每個方向尺寸的平均值，計算粘結(jié)面面積J ; (3)將燒后試樣立起，放置在加荷裝置上下兩塊壓板的中心位置；在試樣與上下壓板之間插入襯墊板；以O(shè). 05土 O. 005 MPa/s的速率連續(xù)均勻地施加壓力，直至試樣的粘結(jié)面斷裂，記錄粘結(jié)面斷裂時的最大載荷F。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法，其特征在于，所述耐火細(xì)砂為電熔剛玉砂；加荷裝置為油壓式或杠桿式試驗機；卡尺為分度值O. 05 mm的游標(biāo)卡尺；天平為分度值O. 01 g的天平；襯墊板為厚度2 mm的硬紙板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法，其特征在于，所述掛窯皮力結(jié)果計算采用下式 設(shè)在耐火磚側(cè)面長邊上剪切位置為上下各Z mm，則掛窯皮力為12 Ο _ 2.JST F = ,X— ^ J507 l· QW-iFf7 ^式中σ s為掛窯皮力，MPa ； Z7為耐火磚粘結(jié)面斷裂時的最大載荷，N ； A為粘結(jié)面面積，mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法，其特征在于，所述耐火磚掛窯皮力以3組試樣的掛窯皮力平均值作為最終結(jié)果，計算結(jié)果保留一位小數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥窯用耐火磚掛窯皮性能檢測方法——靜態(tài)剪切法，以及其原理、設(shè)備、試樣、步驟和結(jié)果計算。該靜態(tài)剪切法實驗所需費用少、可操作性強、可量化，特別是其剪切位置適宜，在所選剪切范圍內(nèi)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可重復(fù)性好，大大減小了誤差帶來的影響，能切實反映水泥窯用耐火磚的實際掛窯皮性能，充分利用現(xiàn)有耐火材料檢測設(shè)備，進一步完善了現(xiàn)有耐火磚的性能檢測方法。
文檔編號G01N3/08GK102879265SQ201210339289
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者馮運生, 李平, 高長賀, 李燕京, 周偉, 占華生, 馬淑龍, 王治峰, 馬飛, 夏文斌 申請人:通達耐火技術(shù)股份有限公司, 鞏義通達中原耐火技術(shù)有限公司