星辉石炉衬试验与验证方法

文档信息 #

1 适用范围 #

本文件规定了星辉石炉衬在冶炼炉、精炼炉及魔导炼金高温反应容器中使用的试验与验证方法。适用于新建炉衬的工艺验证、在役炉衬的定期复验、修补后的局部验证及失效分析时的对比试验。具体适用对象包括但不限于以下炉型及部位：

• 冶炼炉：氧枪转炉、电弧炉、钢包炉的工作层炉衬，渣线及侧壁区域；
• 精炼炉：RH 真空循环脱气装置、VOD 真空氧脱碳炉、AOD 氩氧脱碳炉的侵蚀严重区域；
• 魔导炼金高温反应容器：合成反应器、熔盐电解槽、高能矩阵试验舱等设备的炉衬或保护层。

适用温度范围通常为 800°C 至 1600°C，魔导载荷密度按持续魔力载荷密度（CML）和峰值短时载荷（PTL）分别考核。本文件不适用于炉体钢结构强度校核、普通耐火浇注料通用评价以及非星辉石炉衬类型的直接套用。对于组合炉衬（如工作层为星辉石炉衬，永久层为其他材料），本文件仅针对星辉石炉衬部分，永久层按相应标准执行。此外，本文件不涉及炉衬安装施工工艺评定，仅规定试样级别的实验室试验与验证方法。在役炉衬的现场检测可参照本文件规定的判据进行，但取样方法需结合现场条件由材料工程中心另行确认。

当炉衬实际运行工况与本文件规定的标准试验条件存在显著差异时（如更极端的温度波动、特殊腐蚀介质或更高魔导载荷密度），可在本文件基础上增加补充试验项目或调整试验参数，但任何偏离均应在试验报告中明确记录并说明理由。补充试验不得替代本文件规定的必做项目，除非经过标准化委员会书面批准。对于首次使用的新型星辉石炉衬配方或经过重大工艺调整的炉衬，应进行全项试验，不可仅进行单项或抽样验证。在役炉衬修补区域的局部验证可采用缩小试样尺寸或减少循环次数的方式，但必须保证判定阈值按面积或体积归一化后不低于本文件要求。

2 规范性引用文件 #

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

• MTM-MAT-GEN-001 梅特梅林材料产品与牌号体系概览
• MTM-MAT-AFF-101 高魔力亲和合金的基础性能与适用边界
• MTM-MAT-THM-204 阵纹热形变与基材残余应力控制

上述文件均为梅特梅林集团现行有效的公开技术文件，可在技术资料库中检索获取。若引用文件发生换版，应依据新版进行适用性评估。当本文件与引用文件在试验方法、设备参数或判定阈值上出现冲突时，以本文件为准，除非新版引用文件有明确替代声明。任何引用文件的使用不应导致本文件所规定的安全要求或验证目标被削弱。

3 术语和定义 #

• 星辉石炉衬：以星辉石伴生矿物为主要骨料，经高压成型、高温烧结和界面处理制成的炉衬材料。
• 热震稳定性：材料抵抗急冷急热作用而不发生开裂或剥落的能力，以规定循环次数后的表面剥落面积和残余强度保持率表示。
• 炉衬剥落：炉衬工作层在热应力、机械应力或化学反应作用下局部或成片脱离基体的现象。
• 残余应力：材料在无外载条件下内部保持的应力场，由热梯度、相变或成型过程引入。
• 阵纹热形变：炉衬内嵌铭刻阵面或人工接口在温度场变化下产生的几何漂移，包括线宽变化、节点位移和相位路径偏差。
• 亲和衰减：炉衬表面或嵌入式接口材料在长期运行后对标准激励响应的下降量，以相对于初始值的百分比表示。
• 验证批次：在同一生产批次中随机抽取的用于试验的炉衬试样组。
• 见证件：与炉衬同批次、同工艺制作的独立试块，用于在炉役期间或停炉后替代性评价。
• 工作层：炉衬中直接接触高温熔体、熔渣或魔导载荷的部分，通常由星辉石炉衬构成。
• 永久层：位于工作层外侧、靠近炉壳的隔热或结构层，不直接接触工艺介质。
• 炉役：炉衬从投入使用到需要更换或大修的一个完整运行周期。
• 侵蚀深度：熔渣或熔体向炉衬内部渗透、溶解或反应造成的最大深度或平均深度。
• 体积变化率：试样在试验前后体积的相对变化百分比，用于评价不可逆膨胀或收缩。
• 标准激励源：用于亲和性测量和魔导载荷试验的已校准魔力输出装置，其输出特性稳定且可追溯。
• 阵法执行精度（AE）：实际阵面几何及相位对编译目标的符合程度，以百分比或几何/相位误差表示。
• 持续魔力载荷密度（CML）：在规定温升和寿命条件下允许的连续载荷，单位 kWm/cm²。
• 峰值短时载荷（PTL）：有严格脉宽、间隔和日循环限制的瞬时载荷，单位 kWm/cm²，必须同时给出时间条件。

术语中未定义的通用概念可参考梅特梅林材料产品与牌号体系概览及阵纹热形变与基材残余应力控制文件。对于现场使用的俗称或区域性称呼，应以本文件定义为准。

4 材料与设备要求 #

4.1 试样要求 #

试样应取自星辉石炉衬工作层，尺寸为 150 mm×150 mm×50 mm 的板状试块，或 40 mm×40 mm×160 mm 的长条试块。试块表面应平整，无明显裂纹、孔洞或污染。验证批次每组不少于 6 块；见证件每炉役至少 3 块。

取样时应避开炉衬的可见缺陷区域、边缘部位及修补区域。试块应使用金刚石切割工具加工，切割后表面粗糙度 Ra ≤ 3.2 μm，平行度 ≤ 0.1 mm，垂直度 ≤ 0.1 mm。每块试样应标记唯一编号，记录批次号、生产日期、取样位置及加工方法。试样在试验前应置于温度 20±5°C、相对湿度 ≤ 60% 的环境中平衡至少 24 h，以消除表面吸附水分的影响。

见证件的制备应与炉衬本体同批次、同工艺、同热处理制度，并具有相同的物理和化学性能特征。见证件应单独存放，避免混淆。对于含嵌入式阵面的炉衬试样，阵面区域应位于试块中央，边缘距试块边界不小于 20 mm，以避免边界效应影响测量结果。

4.2 主要试验设备 #

• 箱式电阻炉：额定温度 1600°C，炉膛均温性 ±10°C，升温速率可调范围 5–20°C/min。应每 6 个月进行一次温度均匀性和控温精度校准。
• 热震试验装置：包含 1200°C 恒温区和 20°C 冷却水槽，转移时间不超过 5 s。转移时间应定期校验，确保试样从炉内取出到完全浸入水槽的时间满足要求。
• 热循环试验箱 MTM-TC-20：温度范围 -20°C 至 1200°C，控温精度 ±2°C，升降温速率 1–30°C/min。设备内部温度均匀性应每年校准一次。
• 激光散斑残余应力仪 MTM-SD-8：测量范围 0–800 MPa，分辨率 1 MPa，适用温度 20–300°C。使用前应使用标准应力试块进行校准，校准周期不超过 3 个月。
• 光学坐标测量机 MTM-OM-5：测量行程 600 mm×400 mm，精度 ±(2+L/300) μm。应每年由具备资质的计量机构进行校准。
• 红外热像仪 MTM-IR-2A：温度范围 300–2000°C，热灵敏度 ≤0.05°C，空间分辨率 640×480。应每 12 个月使用黑体炉进行温度标定。
• 真空热处理炉 MTM-HT-3000：用于模拟无氧化环境下的高温运行。适用于需要避免表面氧化的试验。
• 标准亲和基准块 MTM-REF-03：用于魔力亲和对比测量，规定 AI=100.0。基准块应妥善保存，避免污染和划伤，每 2 年送检一次。

所有试验设备应建立设备档案，记录使用、校准、维修情况。试验前应确认设备处于校准有效期内，功能正常。用于魔导载荷试验的激励源应定期进行输出稳定性校验，确保载荷密度偏差不超过 ±5%。对于自动记录数据的设备，应定期检查数据采集系统的时钟同步和存储可靠性。

4.3 辅助材料 #

• 标准侵蚀渣：组成按质量分数为 CaO 45%、SiO2 35%、Al2O3 8%、FeO 7%、MgO 3%、MnO 2%，粒度≤0.15 mm。配制时应充分混匀，并在 110°C 烘干 2 h 后密封保存。使用前应再次混匀，防止偏析。
• 去离子水：电导率 ≤5 μS/cm。用于水淬和清洗，应现用现取，避免长期存放污染。
• 碳化硅垫板：用于支撑试样，防止与炉底板粘连。垫板表面应平整，无裂纹，厚度不小于 5 mm。

所有辅助材料应有质量证明文件或批次检验记录。标准侵蚀渣的化学成分每批次应抽样分析，确保主要组分质量分数偏差不超过 ±1%。去离子水应每日检测电导率，超标时立即更换。碳化硅垫板每次使用前应检查，如出现明显氧化或开裂应报废。

5 技术原理 #

星辉石炉衬在运行环境中同时承受高温熔体、热梯度、普通电热及魔导热载荷。失效的本质是热应力与魔导载荷叠加引起基材内部微裂纹萌生与扩展，进而导致结合相弱化、界面极化或嵌入式阵面几何漂移。试验采用热震、热循环、静态侵蚀和残余应力测量等手段，模拟实际热工与魔导条件，通过对比试验前后物理性能、几何精度和亲和性变化，建立炉衬可用性与剩余寿命的判定依据。

星辉石炉衬的显微结构由星辉石伴生矿物骨料、结合相和气孔组成。在温度剧烈变化时，由于骨料和结合相热膨胀系数不同，产生局部热应力。当热应力超过结合相的断裂强度时，微裂纹在界面处萌生。多次热循环后，裂纹扩展并相互连接，最终导致剥落。魔导载荷通过附加焦耳热和界面极化效应加剧了这一过程。魔导热流密度升高使局部温度梯度增大，进一步增大热应力；同时，极化效应可能改变晶界电荷分布，降低结合相强度。

魔导热载荷不作为独立无损载荷处理。按魔导工程量模型，热流密度以持续魔力载荷密度（CML）和峰值短时载荷（PTL）表达，单位 kWm/cm²。CML 用于长时间稳态考核，PTL 必须绑定脉宽、日循环次数和恢复窗口。炉衬内温差梯度和魔导热流共同产生热弹性应力，当应力超过结合相断裂强度时形成微裂纹，进而引发剥落或阵纹漂移。

试验设计中，热震试验模拟炉衬在加料、出钢或急冷过程中承受的瞬态热冲击；热循环试验模拟正常生产周期中的反复升降温；抗渣侵蚀试验模拟炉渣对炉衬的化学溶解和渗透；残余应力测量评估炉衬内部应力分布状态；魔导 CML 和 PTL 试验分别考核炉衬在连续魔导加热和脉冲魔导载荷下的耐受能力；阵纹热形变试验则针对嵌入炉衬的阵法铭刻层，评估温度变化对几何精度的影响。

各试验项目之间存在关联性。例如，热震试验产生的微裂纹会加速侵蚀介质的渗透，因此在侵蚀试验前进行热震预处理的试样更能反映实际耦合损伤。残余应力的存在会降低热震稳定性，因此在热震试验前后测量残余应力有助于分析失效原因。魔导载荷试验不仅考察炉衬的热机械耐受性，还直接监测亲和衰减和阵纹漂移，从而建立载荷与性能退化的定量关系。

6 试验参数 #

表 1 星辉石炉衬关键试验参数

注：AE 为阵法执行精度，按相对初始值的百分比变化评价。

6.1 热震稳定性参数说明 #

热震试验选择 1200°C 保温 30 min 后 20°C 水淬，循环 12 次。这一条件模拟炉衬在冶炼过程中可能遇到的急剧温度变化，如加料、出钢或吹氧时的冷却冲击。12 次循环代表一个炉役中可能发生的最恶劣热冲击累积次数。表面剥落面积 ≤5% 和残余抗折强度保持率 ≥70% 的判据确保炉衬在多次热冲击后仍能保持结构完整性和足够强度，不会发生大面积剥落。

残余抗折强度保持率的计算方式为：热震试验后试样的常温抗折强度与同批未热震试样的抗折强度之比，以百分比表示。抗折强度测定可按常规三点弯曲法进行，跨距 100 mm，加载速率 0.5 mm/min。

6.2 热循环体积稳定性参数说明 #

热循环试验采用 800°C 保温 60 min，然后空冷至 200°C，循环 500 次。该参数模拟炉衬在正常生产周期中的反复升降温过程。800°C 是许多冶炼操作的中温区间，保温 60 min 模拟炉衬在工作温度下的停留时间。循环 500 次对应一个较长炉役的负荷周期。体积变化率 ≤0.5% 的限值防止炉衬因不可逆膨胀或收缩导致结构失稳或与炉壳配合间隙异常。

体积变化率通过测量试样在试验前后的长、宽、高尺寸，计算体积相对变化百分比。测量应在室温下进行，每个方向至少取 3 个测点取平均值，以减小形状不规则带来的误差。

6.3 高温抗折强度参数说明 #

高温抗折强度在 1400°C 下测定，加载速率 0.5 mm/min，要求强度 ≥12 MPa。该参数反映炉衬在工作温度下抵抗机械弯曲的能力，确保在炉料和熔体的静压力或冲击下不发生断裂。

高温抗折强度试验应采用专用高温抗折试验机，试样为 40 mm×40 mm×160 mm 长条试块，跨距 100 mm，三点弯曲。试验前试样应随炉升温至 1400°C 并保温 30 min 后开始加载。

6.4 静态抗渣侵蚀参数说明 #

静态抗渣侵蚀试验在 1350°C 保温 4 h，使用标准侵蚀渣覆盖。1350°C 是典型钢渣反应的温度，保温 4 h 相当于一个炉役中炉渣与炉衬的累计接触时间。最大侵蚀深度 ≤3 mm 和平均侵蚀深度 ≤1.5 mm 的限值保证炉衬在工作期间不会因化学侵蚀过度减薄而失效。

侵蚀深度通过纵切试样后，在显微镜或卡尺下测量侵蚀界面至原始表面的距离。平均侵蚀深度应取多个截面（至少 3 个）测量值的算术平均值，以反映整体侵蚀均匀性。

6.5 魔导 CML 试验参数说明 #

魔导 CML 试验在表面温度 1000°C 下施加连续魔力载荷密度 80 kWm/cm² 持续 60 min。CML 代表炉衬在长期魔导加热下的稳态热流负荷。试验后亲和衰减 ≤10% 和阵纹线宽漂移 ≤0.02 mm 的判据确保炉衬在持续魔导载荷下仍能保持稳定的亲和性能和阵纹几何精度。

亲和衰减通过对比试验前后试样对标准激励的响应幅值计算，使用 MTM-REF-03 标定测量系统。阵纹线宽漂移使用 MTM-OM-5 在室温下测量指定阵纹线的宽度变化绝对值。

6.6 魔导 PTL 试验参数说明 #

魔导 PTL 试验采用峰值短时载荷 240 kWm/cm²，脉宽 5 s，间隔 10 min，日循环 8 次。该参数模拟炉衬在脉冲式魔导加热下的瞬态热冲击和应力循环。无宏观裂纹和 AE 下降 ≤2% 的判据保证炉衬在峰值载荷下不发生宏观破损，阵面执行精度损失在可接受范围内。

AE 值的测量需在试验前后使用专用阵面执行精度测试装置进行，以基准测试向量激励阵面，记录执行误差百分比。试验期间应使用红外热像仪监测试样表面温度分布，防止局部过热。

6.7 残余应力测定参数说明 #

残余应力测定使用 MTM-SD-8 激光散斑残余应力仪，在板状试样表面选取不少于 9 个测量点，要求最大残余拉应力 ≤30 MPa，最大残余压应力 ≤50 MPa。残余应力过大可能导致炉衬在热循环或机械振动下开裂。该限值基于星辉石炉衬结合相的强度特征，确保内部应力处于安全范围。

测量点应均匀分布于试样表面，避开边缘 20 mm 区域。每个测量点应进行 3 次重复测量取平均值，以减小随机误差。

6.8 阵纹热形变参数说明 #

阵纹热形变使用 MTM-OM-5 光学坐标测量机，在 20°C、400°C、800°C 三个温度点分别测量，每个温度点保持 2 h。节点位移 ≤0.05 mm 和线宽变化 ≤±0.01 mm 的判据确保嵌入式阵面在温度变化下几何漂移不会影响阵法执行精度。

测量时应使用耐高温夹具固定试样，避免试样移动造成测量误差。温度控制应精确，保持期间温度波动不超过 ±5°C。

7 操作程序 #

7.1 试样制备与初始检测 #

取验证批次试样，使用去离子水清洗表面，然后在 110°C 干燥箱中干燥 2 h。干燥后冷却至室温，记录质量、尺寸、外观。使用 MTM-OM-5 测量初始几何尺寸，包括长、宽、高，测点不少于 6 个，取平均值。使用 MTM-SD-8 测量初始残余应力，测量点布置在试样表面均匀分布的 9 个点。对含嵌入式阵面的炉衬试样，记录初始阵纹节点坐标与线宽，作为基准数据。所有初始数据应填写在试验记录表中，并由操作人员和审核人员签字确认。

初始检测前应检查试样是否有运输或加工损伤，如有明显缺陷应更换试样并记录。试样编号应清晰且不易脱落，可使用耐高温标记笔或激光打标。对于需要进行多次测量的试样，应固定测量位置和方向，以保证前后数据可比。

7.2 热震试验 #

将试样置于 1200°C 电阻炉中保温 30 min，炉温达到 1200°C 后开始计时。保温结束后，快速取出试样并浸入 20°C 水槽中，转移时间不超过 5 s。水淬后自然干燥，检查表面剥落情况，使用网格法或图像分析软件测量剥落面积，记录剥落面积占试样总表面积的百分比。重复上述循环，直到完成 12 次或出现提前失效。每次循环后应观察并记录裂纹产生和扩展情况。试验过程中若试样发生贯穿性开裂或剥落面积提前超过 5%，则终止试验并记录实际循环次数。

水淬过程中应避免试样相互碰撞。水槽中的水温应保持 20±2°C，必要时采用循环冷却或加入冰块调节。每次水淬后应检查水槽液位和水质，及时补充或更换。剥落面积的评定应采用统一标准，如网格法使用 10 mm×10 mm 网格板覆盖试样表面，统计剥落区域所占网格数。

7.3 热循环体积稳定性试验 #

将试样放入 MTM-TC-20 热循环试验箱，设定升温速率 10°C/min，升温至 800°C 保温 60 min，然后以 5°C/min 冷却至 200°C，再自然冷却至室温。每 100 次循环后取出试样冷却至室温，使用千分尺测量长、宽、高，每个方向测量 3 个点，取平均值，计算体积。试验过程中应记录每次中间测量的尺寸数据。循环至 500 次后，最终测量并计算体积变化率。

中间测量时应注意避免试样因温度梯度产生尺寸误差，应在试样充分冷却至室温且温度稳定后测量。测点位置应在每次测量时保持一致，可使用定位标记辅助。试验箱内应放置温度记录仪，记录实际温度循环曲线，以备数据分析。

7.4 应力和形变复测 #

完成热循环试验后，将试样冷却至室温，再使用 MTM-SD-8 和 MTM-OM-5 测量残余应力和几何尺寸。若要求阵纹热形变数据，则在 20°C、400°C、800°C 三个温度点测量，每个温度点保持 2 h 后再进行测量。测量时应保持环境温度稳定，避免振动干扰。

复测数据应与初始数据对比，计算残余应力变化量和几何尺寸变化量。对于阵纹热形变，应分别计算各温度点下的节点位移和线宽变化，并与初始室温数据比较。

7.5 魔导载荷试验 #

对指定炉衬试样，安装于专用试验台，采用标准激励源加载。先进行 CML 试验，表面控制在 1000°C。记录加载前后亲和量值，使用 MTM-REF-03 校准测量系统。CML 试验持续 60 min，期间每 10 min 记录一次温度、载荷密度和亲和读数。PTL 试验按表 1 参数执行，每日最多 8 次，单次间隔不少于 10 min。每次加载后目视及用红外热像仪检查异常热点。试验过程中应监测试样表面温度，确保不超过规定值。若发生异常温升或电火花，应立即停止试验并检查原因。

试验台应具备良好的电气绝缘和接地措施，防止杂散电流对测量造成干扰。加载前应确认试样与激励源之间的接触良好，避免接触电阻过大导致局部过热。试验结束后应让试样自然冷却至室温后再进行后续测量。

7.6 抗渣侵蚀试验 #

将 40 mm 立方试样置于石墨或刚玉坩埚内，填入标准侵蚀渣，渣量应完全覆盖试样上表面。坩埚放入箱式电阻炉，以 5°C/min 升温至 1350°C，保温 4 h，然后随炉冷却至 300°C 以下取出。将试样沿中心线纵切，使用卡尺或显微镜测量侵蚀深度，包括最大侵蚀深度和平均侵蚀深度。平均侵蚀深度取多个截面测量值的算术平均值。

坩埚选择应避免与炉渣剧烈反应，石墨坩埚适用于还原性气氛，刚玉坩埚适用于氧化性气氛。试验前应检查坩埚无裂纹、无污染。渣量应至少覆盖试样上表面 10 mm 厚度，确保试样充分接触熔渣。纵切后应清洗切割面，去除切割碎屑，然后测量。

7.7 数据处理与报告 #

所有测量数据应记录在案，包括设备编号、环境温湿度、操作人员、日期。计算平均值、标准偏差。数据有效位数应与测量仪器精度一致。报告应包含试样编号、批次号、试验条件、前后对比数据、判定结论。数据报告由材料工程中心核准。报告格式可参照附录 B 提供的模板（略）。

数据处理过程中应剔除明显异常值，但剔除理由需在报告中说明。对于多组试样，应分别报告各组数据，不得仅报告平均值而隐藏离散性。所有原始记录应至少保存 5 年，以备追溯。

8 失效模式与判据 #

炉衬主要失效模式及对应判据：

• 热震剥落：热震循环后表面剥落面积达到 5% 或出现贯穿性裂纹，判为不合格。典型表现为试样表面出现网状或龟裂状裂纹，局部剥落。
• 侵蚀剥落：静态抗渣侵蚀平均深度超过 1.5 mm 或最大深度超过 3 mm，判为不合格。侵蚀区域可能出现熔蚀坑、渗透带或化学溶解。
• 体积失稳：热循环后体积变化率超过 0.5%，或出现不可逆膨胀/收缩导致炉衬间隙异常，判为不合格。体积变化可通过尺寸测量或排水法确认。
• 亲和衰减：魔导 CML 试验后亲和衰减超过 10%，或阵面执行精度下降超过 2%，判为不合格。亲和衰减表现为对标准激励的响应幅值降低。
• 阵纹漂移：阵纹节点位移超过 0.05 mm 或线宽变化超过 ±0.01 mm，且经校准后仍不可恢复，判为不合格。阵纹漂移可能导致阵法执行精度下降或错误触发。
• 结构剥落：在役炉衬出现成片剥落、深度超过 25 mm 或面积超过 0.3 m²，应立即停炉检修。

除上述失效模式外，若发现以下异常也应记录并评估：

• 污染失效：炉衬表面因外来物（如金属液滴、氧化物夹杂）附着导致局部过热或化学反应，形成异常侵蚀坑或热点。
• 机械冲击失效：由于炉料冲击或操作失误导致炉衬局部凹坑、断裂或贯穿性裂纹。

对于任何失效，应保留失效试样或现场照片，记录失效位置、形态、尺寸及可能原因，以便失效分析。失效分析报告中应包含失效模式识别、过程推断和改进建议，并归入质量档案。

9 安全警告 #

• 高温操作必须穿戴隔热防护服、面罩和耐高温手套。隔热防护服应符合相关标准，耐高温手套应能承受至少 300°C 的接触温度。
• 水淬过程会产生大量蒸汽，试验区域应保持通风并设置防烫伤屏障。操作人员应站在安全距离外，避免蒸汽烫伤。
• 魔导加载试验时，无关人员不得进入试验舱，操作人员必须接受相应资质培训，并了解紧急停机程序。
• 试验结束后，设备应断电、泄压、冷却至 40°C 以下方可清理。清理时应防止烫伤和触电。
• 标准侵蚀渣含碱性氧化物，避免与皮肤接触，防止吸入粉尘。配制和使用时应佩戴防尘口罩、护目镜和耐酸碱手套。
• 任何异常情况立即启动急停，并记录。急停按钮应位于操作人员易于触及的位置，并定期测试功能。
• 试验场所应配备消防器材，如干粉灭火器或二氧化碳灭火器，并定期检查。
• 涉及电气设备操作时，应确保接地良好，避免潮湿环境下操作。
• 使用激光散斑残余应力仪时，应避免激光直射眼睛，并设置警示标识。
• 高温炉附近应保持清洁，禁止存放易燃物品。
• 操作人员应定期接受安全培训，熟悉应急疏散路线和急救措施。

10 维护与检测 #

在役星辉石炉衬应执行定期检测：

• 每 30 个炉役或运行 6 个月（以先到者为准）取芯进行热震和残余应力复验。取芯位置应避开关键承力区域和阵面嵌入区域，取芯后应进行修补。
• 每 10 个炉役使用 MTM-IR-2A 对炉衬工作面进行热像巡检，记录热点分布。热点温度超过正常值 30°C 以上应重点关注，分析原因。
• 停炉检修时，使用 MTM-OM-5 对嵌入式阵面进行几何复核，使用 MTM-REF-03 进行亲和对比。若亲和衰减超过 10%，应增加复验频率。
• 若发现局部剥落或侵蚀深度接近判据，应扩大检测范围并增加见证件试验频次。
• 检测数据应建立趋势分析，记录侵蚀速率、热点变化和亲和衰减曲线，用于预测炉衬剩余寿命。
• 维护和检测记录应至少保存一个炉役周期加 2 年，以便追溯。

现场取芯时应制定详细的取样方案，确保不影响炉体结构安全。取芯后应及时采用同材质修补料进行修复，并记录修补位置和面积。趋势分析应由材料工程中心定期审核，当预测剩余寿命不足下一个检修周期时，应提前安排更换计划。

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12 修订记录 #

附录A（资料性）案例化计算 #

A.1 热循环体积变化率计算 #

某批次星辉石炉衬长条试样初始尺寸为：长 L0 = 160.02 mm，宽 W0 = 40.01 mm，高 H0 = 40.00 mm。经过 500 次热循环后，在室温下测量尺寸为：长 L = 160.18 mm，宽 W = 40.08 mm，高 H = 40.05 mm。计算体积变化率：

初始体积 V0 = L0 × W0 × H0 = 160.02 × 40.01 × 40.00 = 256,096.04 mm³

最终体积 V = L × W × H = 160.18 × 40.08 × 40.05 = 257,940.68 mm³

体积变化率 = (V – V0) / V0 × 100% = (257,940.68 – 256,096.04) / 256,096.04 × 100% ≈ 0.72%

结论：0.72% > 0.5%，该批次炉衬体积变化率超出合格判据，判为不合格。应进一步分析原因，如结合相热分解、晶粒长大或异常相变。

A.2 抗渣侵蚀深度计算 #

取三个 40 mm 立方试样进行静态抗渣侵蚀试验，纵切后测量侵蚀深度，数据如下（单位 mm）：

计算最大侵蚀深度平均值 = (2.8 + 3.2 + 2.5) / 3 ≈ 2.83 mm 平均侵蚀深度平均值 = (1.3 + 1.6 + 1.2) / 3 ≈ 1.37 mm

虽然平均侵蚀深度 1.37 mm ≤ 1.5 mm，但单个试样最大侵蚀深度 3.2 mm 超过 3 mm 限值，故该批次侵蚀试验不合格。需检查炉衬成分、气孔率或渣成分是否偏离标准。

A.3 亲和衰减计算示例 #

某含阵纹炉衬试样在魔导 CML 试验前测得对标准激励的响应幅值为 98.5 mV，试验后响应幅值降至 87.6 mV。亲和衰减计算：

亲和衰减 = (初始响应 – 试验后响应) / 初始响应 × 100% = (98.5 – 87.6) / 98.5 × 100% ≈ 11.1%

11.1% > 10%，判为不合格。同时若阵纹线宽漂移测量为 0.025 mm，超过 0.02 mm 限值，进一步确认不合格。需检查炉衬是否发生界面极化或阵纹局部损伤。

A.4 残余应力判定示例 #

使用 MTM-SD-8 对某板状试样进行残余应力测量，9 个测点中最大拉应力为 28 MPa，最大压应力为 42 MPa。判据要求最大拉应力 ≤30 MPa，压应力 ≤50 MPa，故该试样残余应力合格。若后续热循环后复测发现最大拉应力升至 35 MPa，则不合格，提示热循环过程中产生了新的应力集中。

附录B（资料性）试验报告模板 #

B.1 报告封面 #

• 报告编号：
• 委托单位：
• 试样名称：
• 试样批次号：
• 试验项目：
• 试验依据：MTM-MAT-STD-313
• 试验日期：
• 报告日期：
• 试验单位：
• 批准人：

B.2 试验结果摘要 #

B.3 详细数据附页 #

附页应包含原始数据表格、测量曲线、照片等，并由试验人员签字。

模板仅供参考，实际报告可根据具体试验项目调整，但必须包含上述核心信息。