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耐火材料静态坩埚法抗渣试验的数据处理
耐火材料静态坩埚法抗渣试验的数据处理
在工业炉中，耐火材料的损坏有50%～60%是由熔渣侵蚀引起的，因此，耐火材料抗侵蚀性的优劣是影响耐火材料使用寿命的重要因素，也是判断其质量优劣的重要指标。测试耐火材料抗渣性的试验方法可分为静态法和动态法两种。静态法有熔锥法、坩埚法、浸渍法等；动态法包括回转抗渣法、转动浸渍法等。静态坩埚法是将耐火材料制成小坩埚或直接在耐火制品上钻1个凹孔，装入一定量的炉渣，置于电炉中加热到一定温度后保温一定时间，然后取出观察侵蚀情况，也可剖开断面测量侵蚀深度。静态坩埚法的优点：试验条件如温度、气氛、侵蚀介质与较多实际条件接近，而且设备和操作方法较简单，重复性好，节约材料、费用和时间，具有广泛的适用性，是目前试验室最常用的研究耐火材料侵蚀机理的方法之一。耐火材料与熔渣的反应是一个十分复杂的过程，材料被熔渣侵蚀后表面形状复杂，在确定侵蚀系数时需要一定的经验。本文主要依据GB/T 8931—2007分析静态坩埚法抗渣试验的步骤及数据处理。
1）将定形耐火材料制品试样制成坩埚，沿试样成型方向，用钻床在试样顶面的中心，钻取相同内径、深度的圆柱形坩埚孔，将坩埚的内壁和底部磨平，内部不允许存在裂纹。2）坩埚预先在（110±5）℃烘干2 h，或至恒量。3）测量试样坩埚孔内腔的原始直径d0和高度h0，精确至0.1 mm。4）将熔渣破碎、磨细至0.1 m以下，混合均匀后在（110±5）℃烘干2 h，或至恒量。5）称取等量的熔渣装入坩埚孔内，并捣实捣平至顶端。 1）在试验炉的炉膛底端铺一层不与试样反应的粗颗粒垫砂，将坩埚水平地放入试验炉的均温区。坩埚间距应≥20 mm，目的是使炉膛内热气流自由流动。所有坩埚的顶端应处于水平位置，以避免试验后的测量误差。2）根据实际需要选择试验温度，按5～10℃/min速率升至比试验温度低50～100℃时，再按1～2℃/min速率升至试验温度，保温3 h。 抗渣试验坩埚在炉内自然冷却至室温，用切割机将坩埚沿垂直方向从中心切开；或在垂直方向沿多个半径方向切开，确保检查样品是标准半圆柱。渣蚀前后坩埚尺寸及剖面如图1所示。
1）侵蚀深度。侵蚀深度是指以与炉渣接触的坩埚原表面为起点，坩埚剖面被侵蚀的长度。但是坩埚材料与熔渣反应后，表面形成一个凹凸面，形状复杂，各个水平方向上及同一水平不同方向的侵蚀深度相差很大，因此，侵蚀深度不能准确地表征材料抵抗熔渣的侵蚀性能。 2）侵蚀面积百分率。侵蚀面积百分率是指坩埚剖面被炉渣侵蚀的面积与试样剖面总面积之比的百分率。无论坩埚与熔渣反应后表面如何复杂，面积包括了整个被侵蚀的区域，因此，侵蚀面积百分率能够较准确形象地表征材料抵抗熔渣的侵蚀性能。 1）传统方法。把试样剖开，在透明纸上描出侵蚀或者渗透的轮廓线，然后把纸覆盖在坐标纸上，再计算出其面积。该手工测量方法计算面积比较直观，但是计算过程费时费力，精确度不高。 2）计算机测量。(1)选择侵蚀区域。选择侵蚀区域时把距离坩埚上边缘线的5 mm处作为侵蚀区域的上边缘线；把底部侵蚀最低点处的水平线作为侵蚀区域的下边缘线。(2)在切开的坩埚剖面上标出侵蚀区域的上下边缘线，然后将坩埚的剖面图扫描到计算机中。(3)在计算机中打开扫描图片，在图片编辑中查看图像的属性，显示出图片的实际高度和宽度，记录下来算出图片的面积，记作S0输入计算机中。(4)把图片导入AutoCAD软件中，利用多线段命令选中坩埚剖面的侵蚀线，并和侵蚀区域的上下边缘线组成一个封闭区域，选中整个封闭区域，查看对象特性，即可看到侵蚀区域的面积，记作S1。以同样的方式选中整个图片，查看它此时的面积，记作S2。(5)利用下面公式计算侵蚀区域的实际面积S3:
式中：S3为侵蚀区域的实际面积（包括坩埚内腔的面积），mm2;S0为扫描图片的实际面积，d×h;S1为CAD中侵蚀区域的面积（包括坩埚内腔的面积），mm2;S2为CAD中扫描图片的面积，mm2;d0为坩埚内腔的初始直径，mm;h0为坩埚内腔的初始高度，mm。 由此可见，相对于手工测量侵蚀面积，计算机测量更简便、更准确，避免了许多偶然误差。 随着冶金行业的迅速发展，耐火材料的工作环境愈加恶劣，抗渣性能成为评价耐火材料的重要参数。介绍了静态坩埚法测试耐火材料的试验方法、抗渣性能的表征参数以及侵蚀面积的测量方法，与传统的手工测量相比，计算机测量更加简便、准确。
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