一種基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于質(zhì)量檢驗(yàn)領(lǐng)域，特別涉及一種利用聲學(xué)原理進(jìn)行高爐用炭磚質(zhì)量的檢 驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代大型高爐的壽命與爐襯耐火材料質(zhì)量狀況緊密相關(guān)，尤其是爐缸爐底使用的 炭磚，因?yàn)闋t缸爐底長年累月盛聚著烙融液態(tài)渣鐵，受到的侵蝕最嚴(yán)重且難W修補(bǔ)，該部位 是制約高爐長壽的主要環(huán)節(jié)，因此爐缸爐底炭磚的質(zhì)量尤為關(guān)鍵。根據(jù)相關(guān)資料(張壽榮 等，長壽高爐使用真正的微孔炭磚的必要性，鋼鐵，2012年11期）記載，2008~2012年，國 內(nèi)有10余座高爐爐缸燒穿或短壽，其中多座高爐壽命不足4年，其中最主要原因便是使用 的炭磚質(zhì)量太差，一些高爐使用了假冒偽劣的微孔炭磚或半石墨炭磚，該些炭磚所用的原 料和生產(chǎn)工藝完全違背炭磚生產(chǎn)原理和核也技術(shù)：炭磚原料未用高溫電鍛無煙煤，而是加 入大量電極石墨W提高導(dǎo)熱系數(shù)；未加娃微粉或少加娃微粉；不經(jīng)高溫賠燒，所加的娃粉 完全不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等等，導(dǎo)致炭磚質(zhì)量大打折扣。
[0003] 雖然高爐用炭磚有國家或行業(yè)規(guī)定的相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，而且我國也已經(jīng)掌握了生 產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高爐炭磚的工藝和技術(shù)，例如公開號(hào)CN1769239提供的"一種煉鐵高爐爐襯用炭 磚及其制備方法"、CN102432316A提供的"一種高爐爐底爐缸用炭磚及其制備方法"，W及 CN102992805A公開的"一種高導(dǎo)熱超微孔炭磚及其制備方法"等，均是關(guān)于炭磚制備方法 的專利技術(shù)。但目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)監(jiān)管炭磚產(chǎn)品質(zhì)量，難W阻止劣質(zhì)甚至 假冒產(chǎn)品進(jìn)入市場。另一方面，目前針對(duì)高爐炭磚質(zhì)量有體積密度、顯氣孔率、耐壓強(qiáng)度、抗 折強(qiáng)度、透氣度、平均孔徑、<lum孔容積率、導(dǎo)熱系數(shù)、鐵水烙蝕指數(shù)、抗堿性、氧化率、抗渣 性、巖相分析等系列指標(biāo)的檢測評(píng)價(jià)方法，W及對(duì)應(yīng)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但該些評(píng)價(jià)方法基 本都是制取一定尺寸大小的炭磚試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)整塊炭磚整體結(jié)構(gòu)的均質(zhì)程度或內(nèi)部缺 陷不能有效檢測，容易導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果W偏概全。另外上述檢驗(yàn)過程繁瑣復(fù)雜，必須專業(yè)人員 操作，往往一個(gè)試樣、一項(xiàng)檢測就需要數(shù)小時(shí)，檢驗(yàn)較多試樣、多個(gè)指標(biāo)時(shí)將會(huì)耗費(fèi)大量時(shí) 間。此外。個(gè)別檢測方法依靠檢驗(yàn)者的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，抽樣檢驗(yàn)過程中還存在漏檢或送假 樣檢驗(yàn)等各種問題，每批炭磚都進(jìn)行充分可靠的檢測幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。
[0004] 綜上，在現(xiàn)有炭磚生產(chǎn)管理W及質(zhì)量評(píng)價(jià)框架下，目前鋼鐵企業(yè)很難對(duì)高爐用炭 磚進(jìn)行快速及時(shí)和充分可靠的質(zhì)量檢測，也因此導(dǎo)致高爐長壽無法從根本上得到保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法，旨在利用聲學(xué)原理對(duì) 高爐炭磚進(jìn)行測試，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐用炭磚質(zhì)量的快速、無損檢測，并作出及時(shí)可靠的質(zhì)量評(píng) 價(jià)。
[0006] 為此，本發(fā)明所采取的解決方案是：
[0007] -種基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法，其具體方法和步驟為：
[000引 1.獲取定制炭磚對(duì)應(yīng)的參照波速：
[0009] 使用沖擊鍵在定制炭磚表面施加瞬時(shí)機(jī)械沖擊，產(chǎn)生向炭磚內(nèi)部傳播的應(yīng)力波， 同時(shí)使用接收傳感器對(duì)反射回波信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣得到的信號(hào)進(jìn)行濾波、增益、傅立葉 變換（FFT)頻譜處理，根據(jù)頻譜信息計(jì)算出波速，取不少于10次測試結(jié)果的平均值作為參 照波速。
[0010] 2.獲取被檢測炭磚的對(duì)應(yīng)檢巧IJ波速：
[0011] 采用步驟1同樣的測試方法對(duì)被檢炭磚進(jìn)行測試，并獲得對(duì)應(yīng)的檢測波速。
[0012] 3.根據(jù)參照波速評(píng)價(jià)被檢測炭磚質(zhì)量：
[0013] W檢測波速不小于參照波速作為判斷炭磚合格的標(biāo)準(zhǔn)，若檢測波速小于參照波 速，說明檢測炭磚整體均質(zhì)程度欠佳，或不夠致密，或內(nèi)部存在裂隙、空洞結(jié)構(gòu)缺陷，則判定 為被檢測炭磚質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。
[0014] 所述定制炭磚執(zhí)行該種炭磚的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)炭磚體積密度為執(zhí)行標(biāo) 準(zhǔn)中規(guī)定的體積密度指標(biāo)下限值即允許負(fù)偏差不超過1%。
[0015] 所述的應(yīng)力波為壓縮P波；所述的波速為應(yīng)力波在炭磚中的傳播速度，波速 v=2hf，式中，h為測試方向炭磚的厚度，f為頻譜圖中最顯著幅值峰對(duì)應(yīng)頻率。
[0016] 本發(fā)明的有益效果為：
[0017] 本發(fā)明高爐用炭磚質(zhì)量的檢測方法，充分利用應(yīng)力波在不同介質(zhì)界面發(fā)生反射的 原理，通過檢測音頻信號(hào)對(duì)炭磚質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一種無損檢測方法，被檢炭磚不會(huì)受到破 壞，可繼續(xù)作為產(chǎn)品使用；其測試操作簡便靈活，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠綜合整塊炭磚W及內(nèi) 部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面質(zhì)量評(píng)價(jià)，并可實(shí)現(xiàn)多試樣甚至每批每塊炭磚試樣的快速檢測。
【附圖說明】
[0018] 圖1是高爐用炭磚質(zhì)量檢測方法測試原理圖；
[0019] 圖2是采樣得到的時(shí)域信號(hào)譜圖；
[0020] 圖3是經(jīng)FFT處理后的頻域信號(hào)譜圖。
[0021] 圖中；沖擊鍵1、傳感器2、炭磚3、內(nèi)部缺陷4。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 目前關(guān)于炭磚的質(zhì)量檢測大都是理化性能之類的檢測，需要在整塊炭磚上截取一 定尺寸的炭塊作為試樣，該種檢測方式對(duì)整塊炭磚的均質(zhì)程度、裂紋/氣泡等內(nèi)部構(gòu)造缺 陷不能有效判斷，同時(shí)檢驗(yàn)過程繁瑣復(fù)雜，耗費(fèi)大量時(shí)間，必須專業(yè)人員操作，個(gè)別檢測方 法依靠檢驗(yàn)者的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，抽樣檢驗(yàn)過程中還存在漏檢或送假樣檢驗(yàn)等各種問題，每 批炭磚都進(jìn)行充分可靠的檢測幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。
[0023] 另一方面，在炭素行業(yè)已經(jīng)使用超聲波對(duì)石墨電極類炭制品進(jìn)行無損檢測，利用 超聲波在制品內(nèi)部傳播時(shí)的界面反射、缺陷反射等特性，通過波速的測量來評(píng)價(jià)制品均質(zhì) 質(zhì)量和內(nèi)部缺陷，但由于炭制品材料晶粒粗大，超聲波在傳播時(shí)的散射和衰減嚴(yán)重，當(dāng)測量 較厚的制品時(shí)比較困難，對(duì)尺寸較大的炭磚就無法使用。而通過機(jī)械沖擊產(chǎn)生的應(yīng)力波(壓 縮P波）比常規(guī)超聲波具有更高能量，波長也更長，能夠在粗晶介質(zhì)中傳播。應(yīng)力波通過介 質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的彈性振動(dòng)傳遞能量，其波速大小由介質(zhì)彈性模量和密度決定，同時(shí)與介質(zhì)均質(zhì)程 度w及內(nèi)部質(zhì)量關(guān)系密切，當(dāng)炭磚不夠致密、整體均質(zhì)程度較差或存在裂隙/空洞等內(nèi)部 缺陷時(shí)，必然導(dǎo)致應(yīng)力波通過的時(shí)間延長，表現(xiàn)為測得的波速相對(duì)偏低。
[0024] 下面結(jié)合【附圖說明】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0025] 參見圖1所示，本發(fā)明評(píng)價(jià)高爐用炭磚質(zhì)量的檢測方法，其測試原理如下：
[0026] 使用沖擊鍵1在炭磚3表面施加一瞬時(shí)機(jī)械沖擊，同時(shí)使用接收傳感器2對(duì)音頻 信號(hào)進(jìn)行采樣，瞬時(shí)沖擊產(chǎn)生向炭磚3內(nèi)部傳播的應(yīng)力波（P波)，在遇到與其它介質(zhì)形成的 界面(例如炭磚3底面或內(nèi)部缺陷4界面）時(shí)將發(fā)生反射，應(yīng)力波在炭磚3表面與反射面之 間來回重復(fù)反射形成瞬態(tài)共振。因反射回波在采樣信號(hào)中占主要成分，其頻率幅值峰在頻 譜圖中會(huì)相對(duì)突出，對(duì)應(yīng)頻率即共振頻率，其倒數(shù)為應(yīng)力波從炭磚3表面到反射面來回反 射一次的周期，根據(jù)炭磚3厚度可計(jì)算出應(yīng)力波在炭磚中的波速。
[0027] 實(shí)施例：
[0028] 1.獲取定制炭磚對(duì)應(yīng)的參照波速：
[0029] 使用沖擊鍵1在定制炭磚3表面施加一瞬時(shí)機(jī)械沖擊，產(chǎn)生向炭磚3內(nèi)部傳播的 應(yīng)力波，使用接收傳感器2對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣。定制炭磚執(zhí)行《YB/T141-2009高爐用微孔 炭磚》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，體積密度為1. 63g/cm3,測試方向炭磚3厚度為1130mm，對(duì)采樣得到的信號(hào) 進(jìn)行濾波、增益、傅立葉變換（FFT)等頻譜處理。圖2和圖3分別為采樣獲得的時(shí)域信號(hào)和 FFT處理后的頻域信號(hào)譜圖，由圖3可知，明顯的頻率幅值峰出現(xiàn)在0. 996曲Z處，該正是應(yīng) 力波在炭磚3表面和底面間多次重復(fù)反射形成的振幅加強(qiáng)所致。根據(jù)v=2hf可W計(jì)算出應(yīng) 力波在該種炭磚3中的對(duì)應(yīng)波速為2250m/s。進(jìn)行10次測試，取測試結(jié)果的平均值2250m/ S作為參照波速。
[0030] 2.獲取被檢測炭磚3的對(duì)應(yīng)檢測波速：
[0031] 采用步驟1同樣的測試方法對(duì)被檢測炭磚3進(jìn)行測試，并獲得對(duì)應(yīng)的檢測波速。
[0032] 3.將檢測波速與參照波速進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)被檢測炭磚3的質(zhì)量：
[0033] W檢測炭磚3的波速不小于2250m/s作為判斷炭磚3合格的標(biāo)準(zhǔn)，若小于2250m/ S，則表明炭磚3整體均質(zhì)程度欠佳，或不夠致密，或存在裂隙、空洞等內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，質(zhì)量 未達(dá)標(biāo)。對(duì)判斷達(dá)標(biāo)炭磚3與判斷不達(dá)標(biāo)炭磚3分別隨機(jī)抽取2塊進(jìn)行常規(guī)理化指標(biāo)檢 巧1|，并對(duì)照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理化指標(biāo)范圍(表1)，抽檢發(fā)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明判斷達(dá)標(biāo)的炭磚3各 項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍，而判斷為不達(dá)標(biāo)的炭磚3有多項(xiàng)指標(biāo)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍， 表明本發(fā)明方法準(zhǔn)確可靠。
[0034] 表1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理化指標(biāo)范圍
[00 巧]

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法，其特征在于，具體方法和步驟為： (1) .獲取定制炭磚對(duì)應(yīng)的參照波速： 使用沖擊錘在定制炭磚表面施加瞬時(shí)機(jī)械沖擊，產(chǎn)生向炭磚內(nèi)部傳播的應(yīng)力波，同時(shí) 使用接收傳感器對(duì)反射回波信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣得到的信號(hào)進(jìn)行濾波、增益、傅立葉變換 頻譜處理，根據(jù)頻譜信息計(jì)算出波速，取不少于10次測試結(jié)果的平均值作為參照波速； (2) .獲取被檢測炭磚的對(duì)應(yīng)檢測波速： 采用步驟（1)同樣的測試方法對(duì)被檢炭磚進(jìn)行測試，并獲得對(duì)應(yīng)的檢測波速； (3) .根據(jù)參照波速評(píng)價(jià)被檢測炭磚質(zhì)量： 以檢測波速不小于參照波速作為判斷炭磚合格的標(biāo)準(zhǔn)，若檢測波速小于參照波速，說 明檢測炭磚整體均質(zhì)程度欠佳，或不夠致密，或內(nèi)部存在裂隙、空洞結(jié)構(gòu)缺陷，則判定為被 檢測炭磚質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法，其特征在于，所 述定制炭磚執(zhí)行該種炭磚的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)炭磚體積密度為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的 體積密度指標(biāo)下限值即允許負(fù)偏差不超過1%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法，其特征在于，所 述的應(yīng)力波為壓縮P波；所述的波速為應(yīng)力波在炭磚中的傳播速度，波速v=2hf，式中，h為 測試方向炭磚的厚度，f?為頻譜圖中最顯著幅值峰對(duì)應(yīng)頻率。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于聲學(xué)原理檢驗(yàn)高爐用炭磚質(zhì)量的方法，用沖擊錘在定制炭磚表面施加瞬時(shí)機(jī)械沖擊，并用接收傳感器對(duì)反射回波信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行濾波、增益、傅立葉變換頻譜處理，根據(jù)頻譜信息計(jì)算出波速，取不少于10次測試結(jié)果的平均值作為參照波速。采用同樣測試方法對(duì)被檢炭磚進(jìn)行測試，獲得對(duì)應(yīng)的檢測波速。以檢測波速≥參照波速作為判斷炭磚合格的標(biāo)準(zhǔn)，否則即判定為被檢測炭磚質(zhì)量未達(dá)標(biāo)。本發(fā)明無損檢測方法，被檢炭磚不會(huì)受到破壞，可繼續(xù)作為產(chǎn)品使用；其測試操作簡便靈活，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠綜合整塊炭磚以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面質(zhì)量評(píng)價(jià)，并可實(shí)現(xiàn)多試樣甚至每批每塊炭磚試樣的快速檢測。
【IPC分類】G01N29/07
【公開號(hào)】CN104977358
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410143223
【發(fā)明人】張偉, 王再義, 張立國, 謝明輝, 郭天永, 鄧偉, 王亮
【申請(qǐng)人】鞍鋼股份有限公司
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月10日