泡沫玻璃化砖耐磨性、抗热震性检测与分析

李寅雪 ，李 震 ，杨 刚 ，赵宇航

（1.中国电力科学研究院，北京市，102401；2.北京电力设备总厂，北京市，102401）

0 引言

近年来，随着国家对环境保护要求的日益提高，燃煤电厂均采取有效的措施以解决烟尘排放对环境的污染。为控制烟气排放中的SO2含量，多采用烟气脱硫方法。虽然烟气湿法脱硫后烟气中的SO2含量大为降低，但其烟气温度降低，湿度增大，易结露，形成腐蚀性很强的稀硫酸液，使烟囱运行工况发生变化。根据国内外脱硫工程的运行情况，湿法脱硫的烟囱防腐蚀采用在烟囱内衬贴泡沫玻璃化砖。

泡沫玻璃化砖是用于湿烟囱防腐的硼硅质泡沫玻璃砖、普通泡沫玻璃砖和泡沫玻璃化陶瓷砖的简称。泡沫玻璃化砖是分别以硼硅玻璃或普通玻璃或陶瓷类材料为主要原料，加入发泡剂、外掺剂，经过隧道窑炉高温焙烧发泡成型的一种轻质多孔玻璃材料。泡沫玻璃化砖发泡成型时形成的内部独立封闭气孔结构，集传统隔热保温于一体，它具有抗渗透效果好、导热系数小、阻燃、抗老化、耐酸碱（氢氟酸除外）、耐高温等优点，可适用于急冷、急热工况及高强度的腐蚀环境，是目前湿法脱硫烟囱良好的内衬材料。

泡沫玻璃化砖由粘合材料直接粘贴于烟囱内筒表面，并由粘合材料对玻璃砖间的缝隙勾缝，阻断了烟气对内筒结构的腐蚀。泡沫玻璃砖有优良的绝热、耐腐蚀性能。

目前，国内泡沫玻璃化砖在性能、质量、价格等方面差别很大，能否恰当选用，对工程质量和烟囱寿命至关重要。普通泡沫玻璃砖过去主要用于保温、保冷等行业，对强度、耐磨性、抗温度的急冷急热性能没有要求或要求不高。因此，在泡沫玻璃化砖的选用上，存在如下的问题：(1)耐磨性差是泡沫玻璃化砖的一项重要缺陷，烟囱中的烟气中含有大量的粉尘，随烟气高速流动，对烟囱内壁冲刷磨损很大，又由于烟囱长期连续运行（要求20年或30年以上连续运行），长期的磨损要求内衬材料要有优良的耐磨性能；(2)根据国内外烟囱的实际运行，特别是经过长期高温运行和经过多次温度高低变化后，如何适应烟囱实际工况下的冷热交替应力的变化这一点尤其重要，只有这样才能保证烟囱长期可靠运行。

笔者根据湿烟囱运行工况，结合多年的研究成果，对泡沫玻璃化砖增设了耐磨性和抗热震性的检测项目，这将更有利于控制防腐系统的整体质量，以提高其使用寿命。对于泡沫状轻质保温绝热材料而言，目前这2项试验不论是国家标准还是其他行业标准，都没有适用的检测方法。笔者根据多方调研，并做了大量的探索和调整工作，规定了泡沫玻璃化砖的耐磨性、抗热震性及其检测方法，解决了泡沫玻璃材料耐磨性、抗热震性检测的问题。可供其他轻质保温绝热材料的耐磨性、抗热震性检测参考。

1 耐磨性检测与分析

1.1 试验方法

耐磨性试验方法适当采用GB/T 18301耐火材料常温耐磨性试验方法，并做了一些参数调整。该试验的原理为：将规定形状尺寸试样的试验面垂直对着喷砂管，用压缩空气将磨损介质通过喷砂管吹到试样上，测量试样的磨损体积。

设备：磨损试验机。

磨损介质：国产36号粒度黑色碳化硅。

试样：每次试验需取2块试样进行平行试验或经有关方面协商。试样尺寸一般为100 mm×100 mm×供货样品厚度，试样的试验面应平整，无肉眼可见的裂纹；试验结束，如果试样被磨穿，本次试验无效。

试验步骤：(1)试验前在105～110℃温度下，将试样干燥至恒重。(2)称量试样，精确至0.1 g；按GB/T 2998规定测量试样长、宽、厚，计算试样体积。(3)将试样的试验面与喷砂管成垂直的方向，置于距喷砂管端部203 mm位置。(4)关闭试验箱门，接通压缩空气，将压力调至0.1 MPa处，磨损介质为150 g。(5)从试验箱内取出试样，扫去粉尘后，称量精确至0.1 g。(6)试验数据处理。

根据重量与体积，计算出试样的体积密度。

式中：B为体积密度，g/cm3；M1为试验前试样质量，g；M2为试验后试样质量，g；M为试样质量损失，g。

1.2 性能分析

在检测试验中发现体积密度低的产品，耐磨性也差，而体积密度越高，耐磨性能也越好。

通过对近20家生产厂不同批次的产品进行检测，总结出耐磨性指标的评定标准。在国网北京电力建设研究院（现更名为“中国电力科学研究院”）企业标准Q/FSDYS013—2009《火电厂湿烟囱（烟道）用泡沫玻璃化砖、弹性密封粘结剂与基材处理剂》中对泡沫玻璃化砖耐磨性指标的规定如表1。

2 抗热震性检测与分析

2.1 试验方法

抗热震性试验方法采用YB/T376.1耐火制品抗热震性试验方法（水急冷法）。试验温度为250℃±10℃。该试验的原理为：在规定的试验温度和水冷介质条件下，一定形状和尺寸的试样，在经受急热急冷的温度突变后，通过测量其受热端面破损程度来确定试样的抗热震性。

表1 泡沫玻璃化砖的技术条件Tab.1 Foamed vitrified brick technical specifications

设备：抗热震稳定性试验炉和流动水槽。

试样：每次试验需取3块试样进行平行试验或经有关方面协商。试样尺寸 （230～240）mm×（70～120）mm×厚度，不得有因制样而造成的裂纹等缺陷，否则需重新制样。

试验步骤：(1)试验前在105～110℃温度下，将试样干燥至恒重。(2)装样。要保证试样50 mm长能够经受急冷急热。用方格网测量试样受热端面的方格数。(3)试样急热过程。将加热炉加热到250℃±10℃保温15 min后，迅速将试样移入炉膛内。试样在250℃下保持20 min。(4)试样急冷过程。试样急热后，迅速将其受热端浸入5～35℃流动的水中，试样在水槽中急剧冷却3 min后立即取出，在空气中放置时间5 min。试样急冷时，应及时关闭炉门，使炉温保持在250℃±10℃。(5)试样反复进行急热急冷过程，直至破坏或达到规定的急热急冷次数后，试验结束。(6)试验数据处理。

试样受热端面破损率的计算，用方格网直接测量试验前试验受热端面的方格数A1和试验后破损的方格数A2，按公式(2)计算试样的受热端面破损率：(2)式中：P为试样的受热端面破损率，%；A1为试验前试验受热端面的方格数；A2为试验后破损的方格数。

破损率取整数，当P=（50±5）%时，称试样受热端面破损一半。在急冷过程中，试样受热端面破损一半时，该次急冷急热循环作为有效计算。

2.2 性能分析

在检测试验中发现体积密度低的产品，抗热震性也差，而体积密度越高，其强度也高，从而抑制了破坏应力的作用，抗热震性能也越好。另外，从目前检测情况看，抗热震性存在不可忽视的问题，就是由于生产厂家对烧成工序冷却阶段的降温工艺控制不稳定，使产品内部的热应力消除的不好，在第1次急热过程中就出现爆裂等现象，造成抗热震性不合格，应当引起各方的高度重视。

耐磨性、抗热震性对火电厂湿烟囱用泡沫玻璃化砖来讲是很重要的技术指标，其考核方法和评定标准还需要进一步的探讨。同时也希望各生产单位能进一步提高产品的生产工艺，提高产品质量，有效保证湿烟囱防腐体系的安全运行和使用寿命。

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[2]赵宇航，徐丽，李震，等.脱硫烟囱防腐材料产品检测与分析[C].火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会技术交流论文.

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