董旋

摘 要 目前電解槽施工過(guò)程中，耐火材料、防滲材料（鋁用糊料）搗打施工后，往往對(duì)搗實(shí)密度無(wú)法把控，導(dǎo)致兩種材料在施工中缺失檢測(cè)。如果搗實(shí)密度過(guò)高，會(huì)影響電解槽啟動(dòng)時(shí)陰極炭塊的應(yīng)力釋放;如果搗實(shí)密度過(guò)低，會(huì)影響耐火材料和防滲材料的耐火、防滲的效果。但目前該類(lèi)產(chǎn)品的密度檢測(cè)一般以排水、排氣法測(cè)量，在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)難以進(jìn)行檢測(cè)，或者檢測(cè)周期較長(zhǎng)，直接影響施工的效率。本文將著重介紹一種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)密度的方法和原理。

關(guān)鍵詞 針入式密度計(jì) 鋁用陰極糊 檢測(cè)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TH835;O646 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）03-0019-02

1 針入式密度檢測(cè)原理

針入式檢測(cè)的主要方式是：將針或椎體以固定的動(dòng)量扎入材料內(nèi)部，同時(shí)記錄針入度及此時(shí)的溫度。對(duì)材料進(jìn)行取樣，并使用排水法或排氦氣法測(cè)量材料的密度，將針入度與材料此時(shí)的溫度、密度進(jìn)行對(duì)照，即可得到針入式密度計(jì)的檢測(cè)曲線。在正常施工時(shí)，即可使用該曲線迅速得到不同溫度下針入度對(duì)照的密度。

為得到固定的動(dòng)能，可用固定質(zhì)量的重物，從固定高度做自由落體運(yùn)動(dòng)，擊打針/椎體。針/椎體受到摩擦力與進(jìn)入材料的深度成正比，f=kh（k為常數(shù)，與材料性質(zhì)有關(guān)）（如圖1所示）將重物和針視為一個(gè)系統(tǒng)，則根據(jù)能量守恒得到：MGH=fh，其中f=kh，MGH=kh2常數(shù)k大小與材料性質(zhì)與搗打密度有關(guān)，搗打密度越高k值越大。綜上所述，針入式密度計(jì)深度與重錘之間的關(guān)系為：

但是針入度密度、摩擦系數(shù)兩者在不同溫度區(qū)間內(nèi)的關(guān)系不同，因此得考慮不同溫度區(qū)間內(nèi)針入度與密度的關(guān)系。筆者以某型號(hào)的鋁用冷搗糊為例，展示針入度在不同區(qū)間內(nèi)與密度的相關(guān)關(guān)系。

某型號(hào)的鋁用冷搗糊的粘結(jié)劑軟化點(diǎn)為T(mén)℃，其溫度變化區(qū)間分為兩部分：0—℃，—℃。其中0—℃區(qū)間，相關(guān)關(guān)系約為簡(jiǎn)單的復(fù)合函數(shù)：

其中t為施工停止后的材料溫度，h為針入度，ABCD均為參數(shù)。

—℃區(qū)間，某一固定溫度下，密度和針入度的相關(guān)關(guān)系為對(duì)數(shù)函數(shù)（如圖2）：

其中a、B均為常數(shù)，h為針入度。

簡(jiǎn)單復(fù)合函數(shù)的常數(shù)與材料本身性質(zhì)有關(guān)，需要生產(chǎn)商自行探究。對(duì)數(shù)函數(shù)的底數(shù)和常數(shù)除了和材料性質(zhì)有關(guān)，和溫度也有關(guān)系，一個(gè)固定的溫度往往只能對(duì)應(yīng)一條對(duì)數(shù)曲線，因此生產(chǎn)商需要根據(jù)常用施工溫度，自行研究參數(shù)大?。ㄈ鐖D3）。

2 針入式密度檢測(cè)設(shè)備

電解槽耐火、防滲材料的針入式密度檢測(cè)設(shè)備應(yīng)具備以下幾點(diǎn)要求：

（1）防磁。電解廠房中存在較大磁場(chǎng)，若檢測(cè)設(shè)備受磁場(chǎng)影響，則會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果;

（2）不用電線。電解槽底部多為炭素材料，容易導(dǎo)電，若檢測(cè)工具帶有電線，則存在安全隱患;

（3）能夠在不同平面上使用。若使用圖1的原理設(shè)計(jì)針入式檢測(cè)儀，則該檢測(cè)儀只能在水平面上進(jìn)行檢測(cè)。防滲材料在高于炭塊表面后，會(huì)搗打成斜面，圖1中的原型設(shè)備不能檢測(cè)材料在斜面上的密度。

根據(jù)上述要求，建議設(shè)計(jì)類(lèi)似充電式手持打釘槍的設(shè)備，可以保證每次檢測(cè)時(shí)對(duì)針/椎體施加的動(dòng)能一致，同時(shí)可以克服理論設(shè)備對(duì)水平面的要求，保證能夠?qū)π泵孢M(jìn)行正常測(cè)量。同時(shí)檢測(cè)器材料必須為不銹鋼等防磁材料，否則檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到電解槽的電磁影響，使針入度檢測(cè)密度偏大（如圖4）。

3 針入式密度計(jì)檢測(cè)條件

除了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器外，產(chǎn)品的均質(zhì)性是針入式檢測(cè)器能否適用的前提。針入式密度檢測(cè)器的計(jì)算參數(shù)均是由產(chǎn)品決定的，如果產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，則針入式檢測(cè)公式中的參數(shù)無(wú)法真實(shí)反映出該溫度下的材料密度。

其次施工質(zhì)量也對(duì)材料針入式密度檢測(cè)有直接影響，若施工時(shí)發(fā)生了偏析，細(xì)料到達(dá)材料表面，摩擦力會(huì)減小，材料針入度會(huì)增加。若施工時(shí)搗打過(guò)度，骨料發(fā)生了破碎，也會(huì)影響針入度的檢測(cè)（如圖5，圖6）。

4 針入式密度檢測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)使用建議

4.1 準(zhǔn)備建議

檢測(cè)時(shí)需準(zhǔn)備針入式密度檢測(cè)儀、水密度檢測(cè)儀（做對(duì)照）、針入式檢測(cè)表、測(cè)溫槍、石筆。

針入式密度檢測(cè)儀用來(lái)檢測(cè)針入度。水密度檢測(cè)儀應(yīng)對(duì)每層材料進(jìn)行比照性檢測(cè)，保證針入式檢測(cè)儀的準(zhǔn)確性。測(cè)溫槍用來(lái)檢測(cè)施工后的溫度。針入式檢測(cè)表用來(lái)統(tǒng)計(jì)針入度。石筆用來(lái)劃分不同施工人員的施工范圍。

4.2 過(guò)程建議

施工過(guò)程中，建議施工人員在固定的區(qū)域作業(yè)，以便監(jiān)督施工人員的施工質(zhì)量，責(zé)任到人。建議剛開(kāi)始檢測(cè)時(shí)，尤其是檢測(cè)曲線剛做好時(shí)，每層材料做一次對(duì)照，以便校正檢測(cè)曲線。

5 結(jié)語(yǔ)

鋁電解槽施工中長(zhǎng)期缺乏有效的質(zhì)量檢測(cè)，針入式密度檢測(cè)方便快捷，應(yīng)在電解槽施工中廣泛推廣。