CN101246103A - 一种热态耐磨性测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于物理测试设备。提出的一种热态耐磨性测试仪主要由加热炉、样品室(16)和低压室(18)、喷砂枪及供砂机构构成；用于放置试样的样品室(16)位于加热炉内其为密闭结构并通过稳压隔离孔与位于样品室(16)外的低压室(18)相通，与高压气源连接的喷砂枪其枪管的轴线与稳压隔离孔的轴线在一条直线上，喷砂枪其枪管的出口与稳压隔离孔之间具有间隙且二者之间的间距可调；供砂机构的供砂管(31)与喷砂枪相连通；喷砂枪的枪管出口位于低压室(18)内。本发明的热态耐磨性测试方法科学合理，其测试仪可在不同气氛中对试样进行测试，如氧化气氛、惰性气氛等，可不受环境约束能可靠准确地测量材料的热态相对耐磨性的测试。

Description

一种热态耐磨性测试仪及测试方法

技术领域

本发明属于物理测试设备，主要提出一种热态耐磨性测试仪及测试方法。

背景技术

本发明的测试仪主要为了解决一些耐热材料如耐火材料在热态中的耐磨性的测试问题。材料的热态耐磨性的研究与探索由来已久，因为耐热材料的热态耐磨性的好坏直接影响其在热态中的使用性能，对工业生产安全也有着极大影响，如水泥窑用耐火材料、火电厂锅炉用耐火材料、炼钢用各种窑炉用耐火材料的热态耐磨性能的好坏，将直接影响到窑炉的使用寿命和生产安全。

在以往的耐磨性研究中，在常温下往往采用冲蚀磨损的方法来测试，我国为此制定了GB/T18301-2001《耐火材料常温耐磨性试验方法》标准。该标准主要引用了美国ASTM C704-2001《耐火材料常温耐磨性试验方法》标准。该标准只适用于常温的耐火材料的耐磨性试验。其原理是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(即磨料)通过喷砂管喷吹到试样上，通过测量试样的磨损体积来评价试样的耐磨性。该方法原理清晰，操作方便，试验的可比性与重复性都较好，是常温下测试材料耐磨性的理想方法。但如果用该方法进行热态耐磨试验时，由于该方法的喷砂管与试样处于同一环境中，如果对试样加热，势必影响到喷砂管的使用，且由于试样与喷砂管处于同一气压下。当喷砂管对试样进行喷砂试验时，喷吹出的冷气会很快地将试样表面温度吹低，从而无法实现材料在热态中的耐磨性试验。

目前，我国的耐火材料耐磨性试验方法尚处于萌芽期，主要借鉴了国外的一些方法，发达国家的热态耐磨性试验方法主要有两种：一种是燃气加热试样，甩砂(砂子即为磨损介质)冲蚀磨损的方法如日本《BS 1902：saction 4.7：19851400℃高温下抗磨损指数的测定》标准。该方法的缺陷是试样的表面温度控制困难，甩砂冲蚀力小，结果的重现性不好，试样过程长且存在一定的危险。还有一种方法是将试样放在一个加热炉中加热，加热炉的上部有一种可供砂子流入的孔，当试样被加热到温度后，将位于相当高度(如二层楼高)的砂子从加热炉上方的孔中流入，靠砂子的位能冲蚀试样，该方法存在的缺陷是流砂的冲蚀效果有限、试验时间过长、试验受场地限制，所处环境的气压、温度、湿度及海拔高度都将对试验的结果产生影响。

发明内容

本发明提出的目的即是为了解决耐热材料在热态环境中的耐磨性测试问题，提供一种不受环境约束的能可靠、准确地测量材料的热态相对耐磨性的测试仪及测试方法。

本发明所提出的热态耐磨性测试仪主要由加热炉、样品室和低压室、喷砂枪及供砂机构构成；用于放置试样的样品室位于加热炉内其为密闭结构并通过稳压隔离孔与位于样品室外的低压室相通，与高压气源连接的喷砂枪其枪管的轴线与稳压隔离孔的轴线在一条直线上，喷砂枪其枪管的出口与稳压隔离孔之间具有间隙且二者之间的间距可调；供砂机构的供砂管与喷砂枪相连通；喷砂枪的枪管出口位于低压室内。

本发明所提出的热态耐磨性测试方法为：使试样位于密闭的加热炉样品室内并被加热到所需温度，样品室的温度由加热控制系统闭环控制将其控制在设定的试验温度范围；给喷砂枪通入高压气体使高压气体由喷砂枪喷出，其一部分通过稳压隔离孔进入样品室内并使样品室内的压力与喷砂枪所喷出气体的压力逐渐达到平衡；在样品室内的压力与温度稳定后，供砂机构给砂，使与供砂管连通的喷砂枪将砂粒吸入并由枪管喷出，使砂粒在高压气体作用下穿过稳压隔离孔进入样品室内，喷到试样的试验面上，对试样产生冲蚀作用，由低压室的排气孔将进入到低压室内的气体排出。

喷砂枪喷出的高压气体的一部分通过稳压隔离孔进入样品室，由于稳压隔离孔的作用使样品室内的压力逐渐增加至与喷砂枪所喷出的高压气体压力达到平衡并保持稳定，此后高压气体基本不再继续进入样品室内，供砂机构给砂，磨料(砂)被吸入喷枪内并在高压气体作用下从枪管管口喷出，由于从枪口喷出的砂子具有高密度高动能的特点，其将穿过稳压隔离孔周围的气体屏蔽区进入样品室内，喷到试样的试验面上，对试样产生冲蚀作用。由于喷砂枪的枪管口位于低压室内，其喷出的高压气体由排气孔排出，避免低压室内压力增高，对试验产生影响。

本发明测试仪的高压室压力可通过调整进气压力来调整，低压室的压力可通过调整排气阀来调整，枪口与稳压隔离孔的间距可调，通过调整该间距或改变稳压隔离孔的孔径可以改变样品室的压力，砂子流量可调如通过改变漏斗限量嘴即可调整流量；通过改变喷砂枪内文氏管内的间隙可以改变进砂管的真空度，当以上调整参数设定并调整后，测试结果的重现性将是非常好的。如果采用相同的磨损介质(如36#SiC砂)，其测试结果的相对可比性也能得到保证。

本发明的热态耐磨性测试方法科学合理，其测试仪可在不同气氛中对试样进行测试，如氧化气氛、惰性气氛等，可不受环境约束能可靠准确地测量材料的热态相对耐磨性的测试。

附图说明

图1为本发明测试仪的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为本发明的喷枪结构示意图。

图4为喷枪水平安装时的结构示意图。

图5为喷枪45°角安装时的结构示意图。

图6为用反射板反射冲蚀试样的示意图。

图中，1、压力表，2、高压室，3、低压板室密封圈，4、低压室压力表，5、稳压隔离环，6、保护管，7、样品室压力表，8、炉盖密封圈，9、炉盖冷却水槽，10、耐热框，11、发热体，12、隔热层，13、框架，14、试样座，15、试样，16、样品室，17、排气口，18、低压室，19、小漏斗，20、真空压力表，21、限流嘴，22、大漏斗，23、排气阀，24、热电偶，25、后盖冷却水槽，26、后盖密封圈，27、接线柱，28、炉门密封圈，29、炉门冷却水槽，30、文氏管，31、供砂管，32、枪管，33、进气管，34、炉壳，35、炉门、36、炉盖，37、低压室外壳，38、低压室盖板，39、炉体进气阀，40、反射板。

具体实施方式

结合附图给出的实施例对本发明加以说明，但不构成对本发明的任何限制：

如图1、图2所示，本发明热态耐磨性测试仪主要由加热炉、位于加热炉内的样品室16、低压室18、喷砂枪及给砂机构构成；所述的加热炉主要具有炉壳34、炉门35、炉盖36、隔热层12、发热体11、热电偶24、炉盖密封圈8、炉盖冷却水槽9、炉体进气阀39；加热炉用于将试样加热到试样温度，并在试验过程中使试验温度稳定，样品室16通过稳压隔离孔与低压室18相通，当加热炉的炉门35关闭时，加热炉除稳压隔离孔外，其壳体密闭性良好，在内部形成一个样品室16。在炉盖36上开置的两个孔分别用于安装样品室压力表7和稳压隔离环5，稳压隔离环的环口构成稳压隔离孔，试样15位于加热炉炉膛的均温区即样品室16内，其试验面对着稳压隔离环5，稳压隔离环为一圆环结构，该实施例中其为由外至内缩径的环状结构，即其外口为喇叭形；在样品室内压力与喷砂枪所喷出压力达到平衡时，稳压隔离环5可以使喷砂枪喷出的冷空气不与加热炉内热气体产生交换，起到稳定炉内压力、温度及隔绝喷砂枪喷出的冷气进入炉内但可使砂子射入炉内(即样品室内)的作用。稳压隔离环5的下部联接有耐热材料制成的保护管6，其作用是为了防止磨料冲击到加热炉保温层12，试样15可放在一个试样座14上并置于一个耐热匣框10内，匣框10的主要作用是防止冲蚀到试样表面的磨料飞溅，起到保护炉膛及发热体11的作用，并为磨料的清理收集提供方便。炉体进气阀39可以通入不同的气体，并调节其流量，从而改变炉内气氛。

本发明的喷砂枪枪管32的一端即其枪管出口位于低压室18内，低压室位于加热炉外部其主要由低压室外壳37、低压室盖板38及排气孔17构成，起到调节和稳定喷砂枪枪口周围压力，并排出喷砂枪喷出的高压冷气的作用，其盖板38可作为喷砂枪的安装底座，在低压室外壳37上可安装低压室压力表4并开置排气孔17，喷砂枪的枪管32的一端和稳压隔离环5的一端位于低压室18内，枪管32的出口与稳压隔离环5之间有一定间隙，枪管的中心线与稳压隔离环5的中心线基本重合，形成同轴安装关系。参照图3，本发明的喷砂枪具有压力表1、进气管33、高压室2、文氏管30、供砂管31和枪管32；供砂管31与文氏管30相连通，喷砂枪的作用是吸入作为磨损介质的砂子并给其以动能，使砂子能通过稳压隔离环直接射到试样的表面，对试样的表面产生冲蚀作用。高压气体由进气管33通入高压室2产生高压，该压力被压力表1测得，高压室2中的高压气体将流经文氏管30由枪管32喷出，该气体流经文氏管30时将在文氏管内该高速气流的周围产生真空即可使供砂管31内产生真空从而将磨料吸入文氏管30内，被吸入的磨料在枪管32内被高压气体加速，获得动能后从枪管32中射出，通过稳压隔离环5射向被测试样15的受冲蚀面。

由于加热炉为一密封的腔体，其内部气体压力很容易被喷砂枪由稳压隔离环5喷入的气体所升高。稳压隔离环5的设置使加热炉内即样品室的气体压力与枪管32管口的压力达到一种平衡，并保持稳定，其内部的气体基本不与枪管32喷出的高压气体交换，使冷气无法到达试样15表面，从而保持试样15的温度不发生明显变化。保证热态耐磨试验的有效实现。当样品室16内气压达到稳定后，由喷砂枪枪管32喷出的高压气体将在低压室18内散开并从排气孔17排出，通过调节排气阀23可以调节低压室18内的压力，该压力由低压室压力表4测得，低压室18的压力大小会对枪管32喷出的高压气体的弥散速度产生影响。

在实施例中用的磨料选用了机械性能较好的SIC砂，试验时被倒入大漏斗22中的磨料由下方流出，其流速通过限流嘴21调整，从大漏斗22流出的磨料进入到小漏斗19后进入到供砂管31后被吸入文氏管30内。如果进行非氧化性试验，上述的给砂机构应置于惰性气氛环境中。

由上述可知枪管32，稳压隔离环5及保护管6工作时与磨料会产生接触，磨损较快，其使用次数有限，设计时应方便更换。

为操作方便加热炉可以安装于框架13上。

如图4所示，喷砂枪等可以是水平安装。

如图5所示，喷砂枪等也可以是斜向安装。

如图4、图5所示喷砂枪的安装方式不会与垂直安装产生巨大的结果差异。

如图6所示反射板40用于将磨料反射到试样上。

本发明的测试方法是：第一步，试样的准备，按规定的尺寸及试验面制备试样，然后将其放在干燥箱中干燥到恒重，试样的重量由天平称量。第二步，调整给料(磨料)漏斗的节流器，使砂子的流速达到试验要求。第三步，仪器调整：常温下，关闭炉门及低压室操作门，打开低压室排气孔，给喷砂枪通高压气体，此时，高压室压力表、低压室压力表、样品室压力表、真空表有显示值。这些值必需达到试验条件的要求，否则要进行相应的调整，如调整进气阀可以改变高压室的压力，调整喷砂枪枪口与稳压隔离环的间距，可以改变样品室的压力，调整低压室的排气阀，可以改变低压室的压力等。第四步，关闭高压空气，打开炉门，将已知重量的试样放到高温炉内的试验位置。关闭炉门，开始升温。加热炉的炉温始终由加热控制系统闭环控制，将其控制在所需测试温度。第五步，当温度升到实验温度后，打开高压气体，此时由于有冷气进入炉内，炉温会有所下降，而加热系统随时将炉温回升到试验温度。当炉内压力和温度稳定后，给供料漏斗加入磨料，并开始计时，此时磨料开始对试样产生冲蚀作用。在规定的时间磨料正好流完，试验结果才有效。在实验过程中观测炉内温度，温度的波动在允许值内才有效。待磨料流完本次试验结束。待试样冷却到室温后，测量其重量，推算出试样的体积损失，试验的耐磨性可以用重量损失量或体积损失量来表征。如：

A＝[(M1-M2)/B]＝M/B

式中：A-为试样的体积损失，cm3；

B-试样的体积密度，g/cm3；

M1-试验前的试样重量，g；

M2-试验后的试样重量，g；

M-试样的重量损失，g。

Claims (2)

1、一种热态耐磨性测试仪，其特征是：主要由加热炉、样品室(16)和低压室(18)、喷砂枪及供砂机构构成；用于放置试样的样品室(16)位于加热炉内其为密闭结构并通过稳压隔离孔与位于样品室(16)外的低压室(18)相通，与高压气源连接的喷砂枪其枪管的轴线与稳压隔离孔的轴线在一条直线上，喷砂枪其枪管的出口与稳压隔离孔之间具有间隙且二者之间的间距可调；供砂机构的供砂管(31)与喷砂枪相连通；喷砂枪的枪管出口位于低压室(18)内。

2、一种热态耐磨性测试方法，其特征是：使试样位于密闭的加热炉样品室内并被加热到所需温度，样品室的温度由加热控制系统闭环控制将其控制在设定的试验温度范围；给喷砂枪通入高压气体使高压气体由喷砂枪喷出，其一部分通过稳压隔离孔进入样品室内并使样品室内的压力与喷砂枪所喷出气体的压力逐渐达到平衡；在样品室内的压力与温度稳定后，供砂机构给砂，使与供砂管连通的喷砂枪将砂粒吸入并由枪管喷出，使砂粒在高压气体作用下获得动能后穿过稳压隔离孔进入样品室内，喷到试样的试验面上，对试样产生冲蚀作用。由低压室的排气孔将进入到低压室内的气体排出。

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