专利名称：水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测方法，具体涉及一种水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法。
背景技术：
耐火砖作为水泥窑中常用的窑衬材料，是水泥窑系统不可缺少的结构材料和功能材料之一，它的设计和配置、施工和应用，以及相关的工艺和设备条件一起，共同对水泥窑的运转率、熟料产量，以及机组表面散热损失起决定性作用。所谓的窑皮是附着在回转窑烧成带窑衬内表面的一层烧结熟料层，这种在耐火砖表面形成窑皮的能力，称为挂窑皮性。合适的挂窑皮性既可以保护耐火砖，降低窑衬消耗，充当传热介质，延长料在窑内反应时间，同时，又能储存热能，减少窑壳向周围的热损失，提高旋窑的热效率，进而对整个水泥窑工艺产生巨大的积极效果。因此，挂窑皮性是水泥回转窑烧成用耐火材料重要的性能之一，在水泥窑的运行过程中起有非常关键的作用。 由于各地原燃材料的质量状况及配料方案不同，窑皮与耐火砖热面的粘着强度也不同，致使耐火砖的使用情况及效果千差万别。过去，评价耐火砖热面与窑皮的粘着性，多以生产过程中的粘着情况来判断，如在点火运行初期，观察窑皮的粘着是否平整，粘着的难易及粘着层的厚度是否适中等，在运行一个周期停窑后，实测窑皮的长度、厚度、平整性及窑皮自行垮落等情况；有的则以耐火砖与窑皮界面的粘着面积大小来判断。水泥企业使用以上方法对所选耐火砖的使用状况作出的定性评判，均不能准确、真实地体现出耐火砖的应用水平。因此，寻找能有效表征和量化水泥窑用耐火砖的挂窑皮性能检测方法成为亟需解决的问题。近年来，国内外同行对于水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法进行了大量探索，大致可分为两种动态法和一般静态法，其中动态法试验操作繁琐，且不能进行可量化检测；一般静态法无关影响因素多，实验可操作性不强，数据可重复性差，不能很好地反映水泥窑用耐火砖的实际挂窑皮性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种可操作性强，可量化，数据重复性好的水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法——静态剪切法，该方法大大减小了误差带来的影响，能切实反映水泥窑用耐火砖的实际挂窑皮性能。为方便量化挂窑皮性能，进一步定义，耐火砖挂窑皮力(Coating adherencestrength of fire bricks)为规定尺寸的耐火砖试样,其单位面积的粘结面能够承受的最大剪切应力。原理在常温下，对已知尺寸的耐火砖试样以恒定缓慢的加荷速率施加负荷直至其粘结面断裂，根据试样粘结面断裂时所承受的最大载荷与粘结面面积的比值计算出耐火砖挂窑皮力。本发明采用的技术方案包括以下步骤I.耐火砖试样制备
(1)水泥生料浆配制称取一定量的水泥生料，倒入研钵中研磨至全部通过O.088mm标准筛，再加入等量的丙三醇，混磨均匀后待用；
(2)从待测耐火砖上切出长为50mm、宽为50 mm、高为120 mm的长方体3个，各边误差应不大于I mm，长方体应边角垂直、无裂纹、表面平整、清洁；
(3)如图1，于所切长方体的一个长方形面上，在其中一长边下端15 30mm处取一点，另一长边上端相同距离处另取一点，划线连接两点，沿所述连线垂直于所述长方形面切出2块试块；同样方法，3个长方体均切出2块试块；将切好的试块置于电热鼓风干燥箱中105 ^115 °C条件下干燥至恒重，然后冷却至室温； (4)取一定量水泥生料浆均匀涂抹在烘干后的I对耐火砖试块的斜切面上，如图2，粘结成原长方体状，并做成规定的I. 5^2. 5 mm砖缝，用刮刀刮去多余的料浆，组成I组试样；同样方法，共组成3组试样，其中所取水泥生料浆量不变。2.测试
(1)待砖缝内料浆凝固后，将试样置于加热炉炉底，加热过程中按图2使用耐火砖支撑物保持试样粘结面水平放置，试样的加热包括以下步骤
a)加热炉炉底平撒上耐火细砂(高温下不与试样起作用)；
b)将3组试样依次放入加热炉的均温带，试样间距及试样与均热板之间间距10 20mm ;无均热板时，试样与发热体之间的间距20 30 mm,且发热体的福射热不直射试样的砖缝；
c)加热时，炉内保持氧化气氛；按5°C/min的升温速率，加热至145(Γ1550 1后，保温3 5 h，停炉后自然冷却至室温；
(2)用卡尺测量烧后耐火砖试样粘结面的纵向和横向尺寸各两处，精确到O.I mm，求出每个方向尺寸的平均值，计算粘结面面积J ;
(3)将烧后试样立起，放置在加荷装置上下两块压板的中心位置，在试样与上下压板之间插入衬垫板；以O. 05土 O. 005 MPa/s的速率连续均匀地施加压力，直至试样的粘结面断裂，记录粘结面断裂时的最大载荷凡3.按下式计算耐火砖挂窑皮力
设在耐火砖侧面长边上剪切位置为上下各Z mm，则挂窑皮力为
120-2Z F S ^502 + (120-2Z)2 ^
式中σ s为挂窑皮力，MPa ；
Z7为耐火砖粘结面断裂时的最大载荷，N ；
A为粘结面面积，mm2。以3组试样的挂窑皮力平均值作为最终结果，结果保留一位小数，所取位数后的数字按GB/T 8170数值修约规则进行处理。本发明所述水泥生料粒度小于O. 88 mm ;所述丙三醇纯度为化学纯；所述耐火细砂为电熔刚玉砂。本发明所述各步骤中所测数值均按GB/T 8170数值修约规则进行处理。
本发明技术方案中所用设备如下
1)加荷装置油压式或杠杆式试验机，能以恒定的速率对试样均匀加荷，可记录或指示其断裂载荷的仪器，测力示值误差应小于±2% ；
2)电热鼓风干燥箱能控温在110V ±5 V ；
3)加热炉使用温度>1600°C，炉温分布均匀，控温精度在±10 °C以内；
4)游标卡尺分度值O.05 mm ；
5)天平最大量程500g，分度值O. 01 g ； 6)衬垫板厚度为2mm的硬纸板。本发明的积极有益效果
[1]本发明水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法采用“水泥生料+丙三醇”这种料浆组合可以还原耐火砖实际挂窑皮过程时所接触到的矿相，可以避免后续的熟料破碎和筛分过程的引入杂质问题，最大程度保留挂窑皮料的化学成分，即方便又可靠；可以避免水泥生料热处理后生成的游离氧化钙与水反应生成氢氧化钙(该反应会放出较大热量，不利于后续操作)；可以更加均匀地把生料涂抹到耐火试样的剪切面上，减少因生料分布不均而引起试样剪切强度数值的波动程度；
[2]相比动态法挂窑皮性能检测方法，本发明所述静态剪切法具有可量化、实验操作简单、实验费用少的优点；相比一般静态法，本发明所述静态剪切法剪切位置适宜，可操作性强，且在所选剪切范围内数据稳定、可重复性好，大大减小了误差带来的影响，能切实反映水泥窑用耐火砖的实际挂窑皮性能，充分利用现有耐火材料检测设备，进一步完善了现有耐火材料的性能检测方法。
图I本发明耐火砖切割示意图。图2本发明加热过程中耐火砖试样放置方式示意图。图2中，I为支撑物，2为耐火砖试样，3为试样粘结面。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例，以下实施例中所用原料均为市售。实施例I
本实施例取矩耐火砖顶端5mm处作为剪切点，用于检测镁铬耐火砖采用以下步骤
I.耐火砖试样制备
Cl)水泥生料浆配制称取一定量的水泥生料，倒入研钵中研磨至全部通过O. 088mm标准筛，再加入等量的丙三醇，混磨均匀后待用；
(2)从待测耐火砖上切出长为50mm、宽为50 mm、高为120 mm的长方体3个，各边误差不大于I mm，长方体边角垂直、无裂纹、表面平整、清洁；
(3)如图1，所切长方体的一个长方形面上，在其中一长边下端5mm处取一点，另一长边上端5 mm处取另一点，划线连接两点，沿该线垂直于所述长方形面再切出2块试块；同样方法，3个长方体均切出2块试块；将切好的试块置于电热鼓风干燥箱中110°C条件下干燥至恒重，然后冷却至室温；
(4)取一定量水泥生料浆均匀涂抹在烘干后的I对耐火砖试块的斜切面上，如图2，粘结成原长方体状，并做成规定的2 mm砖缝，用刮刀刮去多余的料浆，组成I组试样；同样方法，共组成3组试样，其中所取水泥生料浆量不变。2.测试
(1)待砖缝内料浆凝固后，将试样置于加热炉炉底，过程中按图2使用耐火砖支撑物保持试样粘结面水平放置，试样的加热按以下步骤进行
a)加热炉炉底平撒上高温下不与试样起作用的耐火细砂；
b)将3组试样依次放入加热炉的均温带，试样间距及试样与均热板之间间距均为10
mm ；
C)加热时，炉内保持氧化气氛；按5 °C/min的升温速率，加热至1450 1后，保温5 h，停炉后自然冷却至室温；
(2)用游标卡尺分别测量三个烧后耐火砖试样粘结面的纵向和横向尺寸各两处，精确到0.1 mm，求出每个方向尺寸的平均值，并分别计算出粘结面面积儿试样I : 49.1mmX 120. 9 mm= 5936. 2mm2,试样 2: 50. 2mm X 1 20. 5mm= 6049. 1mm2,试样 3: 49. 5mmX 120. 7 mm= 5974. 7mm2 ；
(3)将烧后试样立起来，放置在加荷装置WHY电子压力试验机的上下2块压板的中心位置；在试样与上下压板之间插入硬纸板；以O. 05土 O. 005 MPa/s的速率连续均匀地施加压力，直至试样的粘结面断裂，记录粘结面断裂时的最大载荷K试样I为4. 50KN,试样2为
4.72KN，试样 3 为 4· 70KN。3.按下式计算耐火砖挂窑皮力
权利要求
1.一种水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法，依次包括耐火砖试样制备、数据测试和结果计算，其特征在于，所述耐火砖试样制备包括以下步骤 (1)水泥生料浆配制称取一定量的水泥生料，倒入研钵中研磨至全部通过O.088mm标准筛，再加入等量的丙三醇，混磨均匀后待用； (2)从待测耐火砖上切出长为50mm、宽为50 mm、高为120 mm的长方体3个，各边误差应不大于I _ ； (3)于所切长方体的一个长方形面上，在其中一长边下端15 30mm处取一点，于另一长边上端相同距离处另取一点，划线连接两点，沿所述连线垂直于所述长方形面切出2块试块；同样方法，3个长方体均切出2块试块；将切好的试块置于电热鼓风干燥箱中105^115 °C条件下干燥至恒重，然后冷却至室温； (4)取一定量水泥生料浆均匀涂抹在烘干后的I对耐火砖试块的斜切面上，粘结成原长方体状，并做成规定的I. 5" 2. 5 mm砖缝，用刮刀刮去多余的料浆，组成I组试样；同样方法，共组成3组试样，其中所取水泥生料浆量不变。
2.根据权利要求I所述的水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法，其特征在于，所述水泥生料粒度小于O. 88 mm，所述丙三醇纯度为化学纯。
3.根据权利要求I所述的水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法，其特征在于，所述数据测试包括以下步骤 (O待砖缝内料浆凝固后，将试样置于加热炉炉底，加热过程中使用耐火砖支撑物保持试样粘结面水平放置，试样的加热包括以下步骤 a)加热炉炉底平撒上耐火细砂； b)将3组试样依次放入加热炉的均温带，试样间距及试样与均热板之间间距1(Γ20mm ;无均热板时,试样与发热体之间的间距2(T30 mm,且发热体的福射热不直射试样的砖缝； c)加热时，炉内保持氧化气氛；按5°C/min的升温速率，加热至145(Tl550°C后，保温3飞h，停炉后自然冷却至室温； (2)用卡尺测量烧后耐火砖试样粘结面的纵向和横向尺寸各两处，求出每个方向尺寸的平均值，计算粘结面面积J ; (3)将烧后试样立起，放置在加荷装置上下两块压板的中心位置；在试样与上下压板之间插入衬垫板；以O. 05土 O. 005 MPa/s的速率连续均匀地施加压力，直至试样的粘结面断裂，记录粘结面断裂时的最大载荷F。
4.根据权利要求3所述的水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法，其特征在于，所述耐火细砂为电熔刚玉砂；加荷装置为油压式或杠杆式试验机；卡尺为分度值O. 05 mm的游标卡尺；天平为分度值O. 01 g的天平；衬垫板为厚度2 mm的硬纸板。
5.根据权利要求I所述的水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法，其特征在于，所述挂窑皮力结果计算采用下式 设在耐火砖侧面长边上剪切位置为上下各Z mm，则挂窑皮力为12 Ο _ 2.JST F = ,X— ^ J507 l· QW-iFf7 ^式中σ s为挂窑皮力，MPa ； Z7为耐火砖粘结面断裂时的最大载荷，N ； A为粘结面面积，mm2。
6.根据权利要求5所述的水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法，其特征在于，所述耐火砖挂窑皮力以3组试样的挂窑皮力平均值作为最终结果，计算结果保留一位小数。
全文摘要
本发明公开了一种水泥窑用耐火砖挂窑皮性能检测方法——静态剪切法，以及其原理、设备、试样、步骤和结果计算。该静态剪切法实验所需费用少、可操作性强、可量化，特别是其剪切位置适宜，在所选剪切范围内数据稳定、可重复性好，大大减小了误差带来的影响，能切实反映水泥窑用耐火砖的实际挂窑皮性能，充分利用现有耐火材料检测设备，进一步完善了现有耐火砖的性能检测方法。
文档编号G01N3/08GK102879265SQ201210339289
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者冯运生, 李平, 高长贺, 李燕京, 周伟, 占华生, 马淑龙, 王治峰, 马飞, 夏文斌 申请人:通达耐火技术股份有限公司, 巩义通达中原耐火技术有限公司