一种基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于质量检验领域，特别涉及一种利用声学原理进行高炉用炭砖质量的检 验方法。
【背景技术】
[0002] 现代大型高炉的寿命与炉衬耐火材料质量状况紧密相关，尤其是炉缸炉底使用的 炭砖，因为炉缸炉底长年累月盛聚着烙融液态渣铁，受到的侵蚀最严重且难W修补，该部位 是制约高炉长寿的主要环节，因此炉缸炉底炭砖的质量尤为关键。根据相关资料(张寿荣 等，长寿高炉使用真正的微孔炭砖的必要性，钢铁，2012年11期）记载，2008~2012年，国 内有10余座高炉炉缸烧穿或短寿，其中多座高炉寿命不足4年，其中最主要原因便是使用 的炭砖质量太差，一些高炉使用了假冒伪劣的微孔炭砖或半石墨炭砖，该些炭砖所用的原 料和生产工艺完全违背炭砖生产原理和核也技术：炭砖原料未用高温电锻无烟煤，而是加 入大量电极石墨W提高导热系数；未加娃微粉或少加娃微粉；不经高温赔烧，所加的娃粉 完全不发生化学反应等等，导致炭砖质量大打折扣。
[0003] 虽然高炉用炭砖有国家或行业规定的相关产品标准，而且我国也已经掌握了生 产优质高炉炭砖的工艺和技术，例如公开号CN1769239提供的"一种炼铁高炉炉衬用炭 砖及其制备方法"、CN102432316A提供的"一种高炉炉底炉缸用炭砖及其制备方法"，W及 CN102992805A公开的"一种高导热超微孔炭砖及其制备方法"等，均是关于炭砖制备方法 的专利技术。但目前国内没有统一的质量管理机构监管炭砖产品质量，难W阻止劣质甚至 假冒产品进入市场。另一方面，目前针对高炉炭砖质量有体积密度、显气孔率、耐压强度、抗 折强度、透气度、平均孔径、<lum孔容积率、导热系数、铁水烙蚀指数、抗碱性、氧化率、抗渣 性、岩相分析等系列指标的检测评价方法，W及对应的国家或行业标准，但该些评价方法基 本都是制取一定尺寸大小的炭砖试样进行检验，对整块炭砖整体结构的均质程度或内部缺 陷不能有效检测，容易导致检验结果W偏概全。另外上述检验过程繁琐复杂，必须专业人员 操作，往往一个试样、一项检测就需要数小时，检验较多试样、多个指标时将会耗费大量时 间。此外。个别检测方法依靠检验者的主观经验判断，抽样检验过程中还存在漏检或送假 样检验等各种问题，每批炭砖都进行充分可靠的检测几乎不可能实现。
[0004] 综上，在现有炭砖生产管理W及质量评价框架下，目前钢铁企业很难对高炉用炭 砖进行快速及时和充分可靠的质量检测，也因此导致高炉长寿无法从根本上得到保障。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法，旨在利用声学原理对 高炉炭砖进行测试，实现对高炉用炭砖质量的快速、无损检测，并作出及时可靠的质量评 价。
[0006] 为此，本发明所采取的解决方案是：
[0007] -种基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法，其具体方法和步骤为：
[000引 1.获取定制炭砖对应的参照波速：
[0009] 使用冲击键在定制炭砖表面施加瞬时机械冲击，产生向炭砖内部传播的应力波， 同时使用接收传感器对反射回波信号进行采样，对采样得到的信号进行滤波、增益、傅立叶 变换（FFT)频谱处理，根据频谱信息计算出波速，取不少于10次测试结果的平均值作为参 照波速。
[0010] 2.获取被检测炭砖的对应检巧IJ波速：
[0011] 采用步骤1同样的测试方法对被检炭砖进行测试，并获得对应的检测波速。
[0012] 3.根据参照波速评价被检测炭砖质量：
[0013] W检测波速不小于参照波速作为判断炭砖合格的标准，若检测波速小于参照波 速，说明检测炭砖整体均质程度欠佳，或不够致密，或内部存在裂隙、空洞结构缺陷，则判定 为被检测炭砖质量未达标。
[0014] 所述定制炭砖执行该种炭砖的国家标准或行业标准，同时炭砖体积密度为执行标 准中规定的体积密度指标下限值即允许负偏差不超过1%。
[0015] 所述的应力波为压缩P波；所述的波速为应力波在炭砖中的传播速度，波速 v=2hf，式中，h为测试方向炭砖的厚度，f为频谱图中最显著幅值峰对应频率。
[0016] 本发明的有益效果为：
[0017] 本发明高炉用炭砖质量的检测方法，充分利用应力波在不同介质界面发生反射的 原理，通过检测音频信号对炭砖质量进行评价，是一种无损检测方法，被检炭砖不会受到破 坏，可继续作为产品使用；其测试操作简便灵活，结果准确可靠，能够综合整块炭砖W及内 部结构进行全面质量评价，并可实现多试样甚至每批每块炭砖试样的快速检测。
【附图说明】
[0018] 图1是高炉用炭砖质量检测方法测试原理图；
[0019] 图2是采样得到的时域信号谱图；
[0020] 图3是经FFT处理后的频域信号谱图。
[0021] 图中；冲击键1、传感器2、炭砖3、内部缺陷4。
【具体实施方式】
[0022] 目前关于炭砖的质量检测大都是理化性能之类的检测，需要在整块炭砖上截取一 定尺寸的炭块作为试样，该种检测方式对整块炭砖的均质程度、裂纹/气泡等内部构造缺 陷不能有效判断，同时检验过程繁琐复杂，耗费大量时间，必须专业人员操作，个别检测方 法依靠检验者的主观经验判断，抽样检验过程中还存在漏检或送假样检验等各种问题，每 批炭砖都进行充分可靠的检测几乎不可能实现。
[0023] 另一方面，在炭素行业已经使用超声波对石墨电极类炭制品进行无损检测，利用 超声波在制品内部传播时的界面反射、缺陷反射等特性，通过波速的测量来评价制品均质 质量和内部缺陷，但由于炭制品材料晶粒粗大，超声波在传播时的散射和衰减严重，当测量 较厚的制品时比较困难，对尺寸较大的炭砖就无法使用。而通过机械冲击产生的应力波(压 缩P波）比常规超声波具有更高能量，波长也更长，能够在粗晶介质中传播。应力波通过介 质质点的弹性振动传递能量，其波速大小由介质弹性模量和密度决定，同时与介质均质程 度w及内部质量关系密切，当炭砖不够致密、整体均质程度较差或存在裂隙/空洞等内部 缺陷时，必然导致应力波通过的时间延长，表现为测得的波速相对偏低。
[0024] 下面结合【附图说明】对本发明作进一步说明：
[0025] 参见图1所示，本发明评价高炉用炭砖质量的检测方法，其测试原理如下：
[0026] 使用冲击键1在炭砖3表面施加一瞬时机械冲击，同时使用接收传感器2对音频 信号进行采样，瞬时冲击产生向炭砖3内部传播的应力波（P波)，在遇到与其它介质形成的 界面(例如炭砖3底面或内部缺陷4界面）时将发生反射，应力波在炭砖3表面与反射面之 间来回重复反射形成瞬态共振。因反射回波在采样信号中占主要成分，其频率幅值峰在频 谱图中会相对突出，对应频率即共振频率，其倒数为应力波从炭砖3表面到反射面来回反 射一次的周期，根据炭砖3厚度可计算出应力波在炭砖中的波速。
[0027] 实施例：
[0028] 1.获取定制炭砖对应的参照波速：
[0029] 使用冲击键1在定制炭砖3表面施加一瞬时机械冲击，产生向炭砖3内部传播的 应力波，使用接收传感器2对音频信号进行采样。定制炭砖执行《YB/T141-2009高炉用微孔 炭砖》行业标准，体积密度为1. 63g/cm3,测试方向炭砖3厚度为1130mm，对采样得到的信号 进行滤波、增益、傅立叶变换（FFT)等频谱处理。图2和图3分别为采样获得的时域信号和 FFT处理后的频域信号谱图，由图3可知，明显的频率幅值峰出现在0. 996曲Z处，该正是应 力波在炭砖3表面和底面间多次重复反射形成的振幅加强所致。根据v=2hf可W计算出应 力波在该种炭砖3中的对应波速为2250m/s。进行10次测试，取测试结果的平均值2250m/ S作为参照波速。
[0030] 2.获取被检测炭砖3的对应检测波速：
[0031] 采用步骤1同样的测试方法对被检测炭砖3进行测试，并获得对应的检测波速。
[0032] 3.将检测波速与参照波速进行对比分析，评价被检测炭砖3的质量：
[0033] W检测炭砖3的波速不小于2250m/s作为判断炭砖3合格的标准，若小于2250m/ S，则表明炭砖3整体均质程度欠佳，或不够致密，或存在裂隙、空洞等内部结构缺陷，质量 未达标。对判断达标炭砖3与判断不达标炭砖3分别随机抽取2块进行常规理化指标检 巧1|，并对照行业标准规定的理化指标范围(表1)，抽检发现依据本发明判断达标的炭砖3各 项指标均符合标准规定范围，而判断为不达标的炭砖3有多项指标未达到标准规定范围， 表明本发明方法准确可靠。
[0034] 表1行业标准规定的理化指标范围
[00 巧]
【主权项】
1. 一种基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法，其特征在于，具体方法和步骤为： (1) .获取定制炭砖对应的参照波速： 使用冲击锤在定制炭砖表面施加瞬时机械冲击，产生向炭砖内部传播的应力波，同时 使用接收传感器对反射回波信号进行采样，对采样得到的信号进行滤波、增益、傅立叶变换 频谱处理，根据频谱信息计算出波速，取不少于10次测试结果的平均值作为参照波速； (2) .获取被检测炭砖的对应检测波速： 采用步骤（1)同样的测试方法对被检炭砖进行测试，并获得对应的检测波速； (3) .根据参照波速评价被检测炭砖质量： 以检测波速不小于参照波速作为判断炭砖合格的标准，若检测波速小于参照波速，说 明检测炭砖整体均质程度欠佳，或不够致密，或内部存在裂隙、空洞结构缺陷，则判定为被 检测炭砖质量未达标。2. 根据权利要求1所述的基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法，其特征在于，所 述定制炭砖执行该种炭砖的国家标准或行业标准，同时炭砖体积密度为执行标准中规定的 体积密度指标下限值即允许负偏差不超过1%。3. 根据权利要求1所述的基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法，其特征在于，所 述的应力波为压缩P波；所述的波速为应力波在炭砖中的传播速度，波速v=2hf，式中，h为 测试方向炭砖的厚度，f?为频谱图中最显著幅值峰对应频率。
【专利摘要】本发明提供一种基于声学原理检验高炉用炭砖质量的方法，用冲击锤在定制炭砖表面施加瞬时机械冲击，并用接收传感器对反射回波信号进行采样，对采样信号进行滤波、增益、傅立叶变换频谱处理，根据频谱信息计算出波速，取不少于10次测试结果的平均值作为参照波速。采用同样测试方法对被检炭砖进行测试，获得对应的检测波速。以检测波速≥参照波速作为判断炭砖合格的标准，否则即判定为被检测炭砖质量未达标。本发明无损检测方法，被检炭砖不会受到破坏，可继续作为产品使用；其测试操作简便灵活，结果准确可靠，能够综合整块炭砖以及内部结构进行全面质量评价，并可实现多试样甚至每批每块炭砖试样的快速检测。
【IPC分类】G01N29/07
【公开号】CN104977358
【申请号】CN201410143223
【发明人】张伟, 王再义, 张立国, 谢明辉, 郭天永, 邓伟, 王亮
【申请人】鞍钢股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月10日