[发明专利]一种耐火材料高温抗侵蚀试验方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种耐火材料高温抗侵蚀试验方法及试验装置。

背景技术

耐火材料是高温领域的关键材料。绝大部分耐火材料在高温下与熔体直接接触，熔渣对耐火材料的损毁程度将直接影响耐火材料的使用性能。在实际使用中，熔渣与耐火材料的相互作用十分复杂。

熔渣与耐火材料最直接的作用是熔渣对耐火材料的化学侵蚀。温度、压强、气氛等是影响化学反应速度的主要因素。高温下熔渣和耐火材料的反应程度远远高于常温，而且温度越高反应速度越快。一些化学反应特别是一些气相化学反应受压强的影响非常明显。另外，工作环境所处的气氛也影响熔渣对耐火材料的损毁程度。氧化性气氛下熔渣中某些物质成分与还原性气氛截然不同，熔渣对耐火材料的侵蚀程度和作用机理也不尽相同。

通常情况下，熔渣的流动、沸腾等都会产生与耐火材料的相对运动，这种相对运动长期作用则表现为熔渣对耐火材料的机械冲刷。高温使用过程中，耐火材料机械强度降低，熔渣对耐火材料的冲刷程度加剧。

另外，耐火材料内部存在大量气孔，高温熔渣与耐火材料接触后会逐渐随气孔从接触面向材料内部渗透，形成变质层。变质层部位材料的组织结构与原材料结构不同，导致热膨胀系数存在较大差异。当使用过程中出现温度波动时，由于二者热膨胀系数失配，在其之间形成内部裂纹，进而导致耐火材料在使用中剥落、掉块。可见，熔渣对耐火材料的渗透行为也是耐火材料损毁的主要原因之一。

耐火材料使用性能优劣的最终判定需通过实际使用后方可得出。但在耐火材料的实际研发和生产过程中，针对耐火材料实际应用环境，开展实验室试验来进行预测和评价是十分必要和普遍的。耐火材料的高温抗侵蚀试验能够较为直观、真实地反映耐火材料在实际应用中的损毁情况和损毁机理，是预测和评价耐火材料使用性能的最优方法之一。

目前，国内外普遍采用的耐火材料抗侵蚀试验检测方法主要有静态坩埚法、回转渣蚀法、浸渣通气法等。这些方法在评价耐火材料受高温熔渣的侵蚀、渗透、冲刷方面均各有优劣，但对一些耐火材料应用环境较为复杂的领域，仍有一些欠缺，无法贴切地模拟耐火材料的实际应用环境，因而试验结果的实用性受限。

静态坩埚法是将耐火材料制成坩埚状，坩埚内装有炉渣，置于炉内，高温下炉渣与坩埚试样发生反应。以炉渣对试样剖面的侵蚀量（深度、面积及面积百分率）和渗透量（深度、面积及面积百分率）评价材料抗渣性的优劣。静态坩埚法根据需要可在空气气氛下进行，也可以在保护气氛下进行，但其无法实现渣液的及时更换；而且试验过程中渣液几乎静止不动，也无法实现渣液对耐火材料的冲刷作用。

回转渣蚀法是将试样组成断面呈多边形的试验镶板，作为回转圆筒炉内衬。加热到试验温度，并按规定时间承受炉渣的侵蚀与冲刷作用。测量试验前后试样的厚度变化，以比较其抗渣性优劣。回转抗渣法可以及时更新渣液，实验过程中渣液对耐火材料也有一定的冲刷作用，但目前该方法只能通过燃气加热，需在敞开的空气环境中进行，无法实现保护气氛下的抗渣试验。

浸渣通气法是在敞开的炉膛内放置一盛渣坩埚，将测试试样作成中心带孔的圆柱体，通过圆柱体试样中心的孔向熔渣中通入氮气搅动熔渣，试样可静止也可以按规定的速度进行正反转动， 经一定的时间后，测定试样被炉渣侵蚀的深度和面积。该种方法可以实现惰性气氛下的抗渣，同时熔渣对耐火材料也有一定的冲刷作用，但该方法无法实现渣液的及时更新，而且每次仅能试验一个试样，多组试样的平行对比试验由于重现性差而可信度低。

美国检验与材料协会（ASTM）曾颁布ASTM C768-1999 耐火材料的抗渣性试验方法——高温滴渣法。该法将耐火材料制成坩埚状，坩埚外壁切有流渣槽，将试验样置于气氛炉内，试验过程中持续不断地向坩埚内加入炉渣，多余炉渣将沿流渣槽流入集渣器。以炉渣对坩埚试样的侵蚀和渗透评价材料抗渣性的优劣。该方法炉内气氛可控，渣液可流动而且可实现渣液的实时更新。该方法的实践性不强，利用该方法进行抗渣试验在公开文献中鲜有报道，而且ASTM C768-1999目前也已经被撤销。

发明内容

本发明的目的是提出一种耐火材料高温抗侵蚀试验方法及试验装置，利用该试验方法和装置能够较好的模拟耐火材料的实际应用环境，实现渣液的动态流动，及时更新渣液，高温模拟实际环境下的气氛，并且人为设置一些温度波动，实现热波动下的抗渣性测试，从而能更为直观、真实地反映耐火材料在实际应用中的损毁情况，较为准确的评价耐火材料在实际应用过程中的抗侵蚀性能。

本发明为完成上述发明任务采用如下技术方案：