锡槽底砖主要指标的含义与比较

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1、锡槽底砖主要指标的含义与比较　摘要：本文讨论了锡槽底砖的氢扩散度、透气度、应变率指标及其相互关系，并比较了国内外底砖的指标差异。　关键词：锡槽底砖，氢扩散度，透气度，应变率　1.前言锡槽底砖是用于砌筑锡槽槽体内衬的特殊耐火材料，对其的质量要求着重在尺寸精度、结构均匀性、低发泡性及低渗透性等方面，对于耐压强度等一些常规的指标则无特殊要求。实际生产中发生的由底砖质量问题引起的事故主要有如下几方面：(1)锡槽底砖冒泡，气泡上浮冲击未硬化的玻璃带，在玻璃下表面形成凹坑。(2)玻璃释放的Na2O渗入底砖结构中，反应生成霞石类矿物，伴随20%左右的体积膨胀，反应层剥落上浮。(3)砖体水平

2、断裂，上半块上浮。目前衡量底砖发泡倾向的指标为氢扩散度，一般认为氢扩散度小于150mmH2O即可防止冒泡。透气度则用于判断底砖抗Na2O的渗透能力，从一个侧面间接判断抗霞石化的能力，透气度越小，抗Na2O渗透能力越好。防止砖体水平断裂上浮的指标常用应变率，即砖体通过变形释放内应力的能力。本文在介绍氢扩散度，透气度，应变率及其相互关系之后，对国内外产品的性能指标作了比较讨论。　2.底砖的一些性能指标　为了解决上述三方面的问题，相应对锡槽底砖提出了三方面的质量指标要求。　2.1氢扩散度　以被试样所封闭的气室的压力与大气压力之差来表示，如图所示。测试时，先打开放空阀，再打开进气阀，

3、此时U形计指示为零，进气持续几分钟后，同时关闭两阀(或略微超前关闭进气阀，再关放空阀)。此时可以观察到U形计指示的气室内压力迅速下降，到最低点后回升，最低点的读数即是通常所指的氢扩散度，一般认为此值只要小于1471Pa(150mmH2O)即可保证不冒泡。氢扩散度实质上是氢向外扩散与空气向内扩散两种相反过程作用的平衡点。初期，由于氢分子小，扩散能力强，氢扩散速度远远高于空气扩散速度，净结果是气室中气体数量减少，压力下降。随着扩散的进展，气室中的氢气越来越少，扩散推动力渐渐消退，扩散速度逐渐放慢，逐渐接近空气向内的扩散速度，两者相等时，U形压力计指示达最低点(即最大负压)。此后，

4、空气向内扩散速度高于氢气向外扩散速度，故压力出现回升。可见，氢扩散度指标并非代表氢气通过一定面积和厚度的试样的能力，而是代表氢气与空气通过该试样的相对能力，其数值受氢扩散速度及空气扩散速度两因素的制约。氢扩散度小，并不一定表示氢气通过试样的能力弱。我们曾使用二种完全不同的耐火材料试样进行氢扩散度测定，得到数值却基本相同。一种试样是电熔砖样品，其气孔率极低，显然氢气透过此样品的能力是极微的。另一种用经300oC高温烘干处理的耐火混凝土样品，样品中大量水烘走后，形成许多可供氢扩散的快速通道，有很强的氢透过能力。两种样品的氢扩散度测定值均很低，只有几个毫米水柱。显然，第一种样品气孔

5、率极低，氢及空气的通过能力均很弱，气室中气体量变化很小，因此压力变化也很小，氢扩散度指标很低。而第二种样品中烘干以后留下的微孔直径较大，为空气及氢气提供了同样的快速通道，结果是氢往外渗透很快，空气往里扩散也很快，气室中气体量同样变化很小，氢扩散度指标读数当然也很小。如果机械地从氢扩散度字面及数值理解，势必得出“氢通过第二种试样扩散的能力也很弱”的错误结论。　2.2透气度　透气度是指有压差的气体透过耐火材料的能力。根据流体力学原理，在层流条件下，当气体通过试样时，流过气体的体积(V)与试样两端的压力差(P)、试样的截面积(F)以及通气时间(t)成正比，和试样的高度(h)及气体粘

6、度(n)成反比。即：V=KPtF/(nh),比例常数K即为透气度，K=Vnh/(PtF)。一般用空气进行透气度测定。不同种类烧结耐火材料的透气度指标差别较大，范围可达零点几nPm至几十nPm。透气度指标一般用于衡量耐火材料抗渗透侵蚀的能力。透气度大，说明耐火材料中贯通的导流型气孔较多，孔径偏大，侵蚀介质易渗入耐火材料中。具体对底砖耐火材料，就是氧化钠较易渗入砖体引起霞石化剥落。如不考虑其他因数，单从抗霞石化角度出发，底砖的透气度越小越好。　2.3应变率　测定锡槽底砖应变率，一般采用60mmX60mmX130mm的试样，将其竖直放置于材料试验机上加压，记录载荷下试样高度的变形量

7、，试样达到极限屈服前的最大变形量与其原高度之比的百分数即为应变率。应变率较大的底砖，其砖体弹性较好，受热膨胀产生的较高挤压应力能通过变形得到部分释放，避免了应力蓄积引起砖体断裂浮起。国外70年代多次发生底砖“7英寸断裂上浮”事故，当时所使用底砖的应变率一般小于0.5%，砖与砖之间的胀缝也较小，砖体承受极大应力，导致沿固定螺栓孔锥台处水平断裂，砖体上半部分浮起。改用高应变率的机压砖和更高级的真空浇注砖后，尽管仍沿用小胀缝，此类事故再也没有出现。国外最新机压砖的应变率已超过0.7%,真空浇注砖的应变率则高达