CN103063535B - 一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机及采用该试验机对耐火材料进行耐磨检测的方法。试验机主体为可在1650℃以下长期使用的电炉，电炉上安置一个在1650℃以下具有较高强度的圆柱形重结晶碳化硅质旋转体，旋转体的一端带有研磨凸起，另一端与旋转动力装置相联。旋转动力装置由旋转电机、电液推杆和位移传感器等组成。试验过程包括：装样、电炉升温和恒温、对试样加压、研磨、测量磨损深度及显示试验结果等步骤，除装样外，其他均由计算机自动控制。本发明与现行的喷砂法耐磨试验机相比，具有测试温度高，能准确反应耐火材料在实际使用状态下的耐磨性能。同时具有结构简单、成本低廉及操作方便等优势。

Description

一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机及方法

技术领域

本发明涉及耐火材料性能检测领域，具体地涉及一种检测各种耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机及其检测方法。

背景技术

重烧镁砂竖窑、二步煅烧镁砂窑、水泥回转窑、高炉及加热炉等高温设备用的耐火材料内衬多数以机械磨损为主要损毁机理。因此在研制、生产和选用这类高温窑炉用的耐火材料时，高温耐磨性是一项很重要的检测指标。目前，耐火材料耐磨性能检测普遍采用的是“喷砂法”，即将待测试样加热至设定温度（低于1300℃）后保温半小时，然后向试样上喷一定量的碳化硅颗粒作为耐磨介质，以待测试样的磨损体积量作为试样耐磨性的衡量指标。这种检测方法存在以下缺点：一是采用压缩空气喷砂，不能保证每个试样受到喷砂的冲击力的一致性，因此误差较大；二是耐磨试验后的试样的冲击区形成的磨损区域面积不规则，无法准确量化检测其磨损率，做平行试样对比也比较困难；三是由于现有技术采用碳化硅颗粒作为研磨介质，因此最高检测温度只能达到1300℃,而多数高温窑炉炉衬用耐火材料的使用温度在1300℃以上；四是只能在氧化气氛下使用，不能用于含碳或碳化硅等易氧化耐火材料。因此采用现有的耐磨性能检测设备不能真实反映耐火材料在使用条件下的高温耐磨性能，对于实际应用指导意义有限。

发明内容

为了检测耐火材料的高温耐磨性能，本发明提供一种可以检测各种耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机及应用该试验机检测耐磨性能的检测方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机，包括电炉及计算机控制系统，其特征是：在炉门处设有放置待测试样的凹槽，在炉体底部设有收集槽，炉体通过管路与氮气罐连接，在炉体内设有圆柱形旋转体，旋转体由旋转动力装置驱动，炉体与旋转动力装置之间设有水冷装置；所述的旋转动力装置包括旋转电机、电液推杆、位移传感器；旋转电机放置在滑车上，滑车与电液推杆连接，在滑车上设有位移传感器，旋转体的一端通过联轴器与旋转电机连接，另一端带研磨凸起，旋转体材质为重结晶碳化硅质材料。

一种采用上述试验机进行耐火材料高温耐磨性能的检测方法，其步骤如下：

1）预设试验参数：包括试验温度（1000~1650℃）、升温速率（1000℃之前为10~20℃/min，1000℃之后5~10℃/min）、恒温时间、试验压力及研磨时间或研磨位移；

2）试样摆放：将待测试样放置在炉门上预留的凹槽内，并将其固定，将旋转体调节到初始位置；

3）如果检测试样是含碳耐火材料，则开启氮气瓶的阀门，电炉内通入氮气，控制炉内气压高于大气压0.1Kpa；反之，则不开启氮气瓶的阀门；可在氧化条件下测试；

4）开启水冷装置及电炉开关，将试样加热到预定温度，启动电液推杆，当旋转体向前移动达到设定压力后，启动旋转电机；

5）旋转体在旋转电机的驱动下旋转，旋转体端部的研磨凸起开始研磨试样，达到预设研磨时间或研磨位移，研磨结束。

本发明试验机的工作原理：试验机的旋转动力装置由计算机自动控制。旋转电机开启后带动重结晶碳化硅质旋转体旋转，通过电液推杆推动旋转体前行，直至旋转体端部的研磨凸起与被测耐火材料表面接触，电液推杆内的压力感应系统和滑车上的位移传感器将压力和位移信号传给计算机，计算机处理这些信号后发送反馈信号给动力旋转动力装置，通过电液推杆控制旋转体的移动来保持试验过程中压力稳定，并即时显示耐火材料试样的磨损深度；为了防止试样被磨穿后研磨凸起将炉门磨损，设有自动保护程序，试验过程中当旋转体的研磨凸起与试样间的压力衰减率大于50%时，试验自动结束。

本发明的有益效果：与现行的喷砂法耐磨试验机相比，试验后试样研磨区域是规则的几何体，能进行准确的量化计算；电炉内的旋转体由重结晶碳化硅制成，最高试验温度可达1650℃，能够达到绝大部分耐火材料的使用温度；试验时升温和研磨过程由计算机自动控制，研磨压力和转速稳定，降低了试验误差。另外，本发明具有测试温度高，更加准确反应耐火材料在实际使用状态下的耐磨性能，同时具有结构简单，成本低廉，操作方便及无噪音、粉尘污染等优势。

附图说明

图1是本发明试验机的结构示意图。

图2是计算机控制系统内置的试验控制软件的流程图Ⅰ。

图3是计算机控制系统内置的试验控制软件的流程图Ⅱ。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机，主体是在室温~1650℃范围内可按程序自动控制升温、恒温和降温的电炉。在炉门2处设有放置待测试样的凹槽3，在炉体6底部设有收集槽5，用以防止炉体内粉体粘结堆积；炉体6通过管路与氮气瓶13连接，在炉体6内设有圆柱形旋转体1，旋转体1由旋转动力装置8驱动，为了保护旋转动力装置8，在炉体6与旋转动力装置8之间设有水冷装置7，旋转动力装置8包括旋转电机9、电液推杆11、位移传感器14，旋转电机9放置在滑车15上，滑车15与电液推杆11连接，在滑车15上设有位移传感器14，旋转体1的一端通过联轴器10与旋转电机9连接，旋转体1的另一端带有圆柱形研磨凸起4，旋转体1为重结晶碳化硅质材料制成，高温下具有较高的强度和硬度。其中电液推杆11为可选用行程范围5~300mm，最大推力1750N的产品。

计算机控制系统12用以设定旋转电机、电液推杆的开启关闭时间，推力范围、旋转速度等相关试验参数，并控制电炉升温速度及试验温度；并接收电液推杆、位移传感器的反馈数据信息，计算耐火材料磨损体积，分析相关试验数据。

本实施例中计算机控制系统内置的试验控制软件流程如图2所示：

a：输入参数，开始；

b：控制炉膛升温，判断是否达到设定温度；“是”则启动液压推杆控制旋转体向前移动，结果为“否”则继续控制炉膛升温；

c：判断是否达到设定压力，“是”则启动旋转电机开始研磨试验，记录旋转体研磨起始点；“否”则液压推杆继续向前移动；   

d：当压力衰减大于50%时，试验结束；

e：判断是否到达设定研磨时间，“是”，则试验结束，记录研磨终止点，“否”则继续试验。

采用上述试验机进行耐火材料高温耐磨性能的检测方法，其步骤如下：

1 试样的制备：试样的尺寸为114mm×114mm×65mm。定型耐火材料试样采用切割成试样规格，不定形耐火材料采用浇注或捣打成型。试样的试验面应平整，无肉眼可见的裂纹；

2. 基本试验参数设置：包括试验温度1650℃、保温时间60分钟、升温速率1000℃之前为10℃/min，1000℃之后5℃/min，研磨时间20分钟，研磨压力1000N；

3.试样的摆放：将事先准备好的待测试样放置到炉门上预留的凹槽里并将其固定，关上炉门将旋转体调节到初始位置；

4．打开氮气通道：通氮气约5分钟后，通过调节气阀使设备内气压略高于大气压0.1Kpa左右；

5.开启水冷装置，接通电源开关，将试样加热到预定温度，通过计算机自动启动动力装置开始试验；

6．旋转体在旋转电机的驱动下旋转，旋转体端部的研磨凸起开始研磨试样，达到预设研磨时间，研磨结束。

实验过程中可以通过旋转体研磨位移确定研磨深度，通过计算机计算出试样被研磨掉的体积。为了准确得出实验数据，在电炉冷却后取出试样，用千分尺测量试样被研磨的直径和深度，计算其体积：V=π·(D/2)²·H，其中：V、D、H—分别代表试样被研磨的体积、直径和深度。

本实施例所述旋转接触式高温耐磨试验机最高试验温度可达1650℃，该实施例适用于含碳耐火材料的高温耐磨性能检测，如转炉、电炉及钢包用镁碳砖等含碳耐火材料，以及其他易氧化的耐火材料。

实施例2

   一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机，结构及软件流程同实施例1。

采用该试验机进行耐火材料高温耐磨性能的检测方法，其步骤如下：

1. 试样的尺寸为114mm×114mm×65mm。定型耐火材料试样采用切割成试样规格，不定形耐火材料采用浇注或捣打成型。试样的试验面应平整，无肉眼可见的裂纹；

2. 基本试验参数设置：包括实验温度1600℃，升温速率1000℃之前为15℃/min，1000℃之后8℃/min,恒温时间90分钟；研磨压力850N；研磨时间25分钟；

3.试样的摆放，将事先准备好的待测试样放置到炉门上预留的凹槽里并将其固定，关上炉门将旋转体调节到初始位置；

4.开启水冷装置，接通电炉开关，将试样加热到预定温度；然后通过计算机自动启动动力装置开始试验；

5.旋转体在旋转电机的驱动下旋转，旋转体端部的研磨凸起开始研磨试样，达到预设研磨时间,研磨结束。

实验过程中可以通过旋转体的研磨位移确定研磨深度，通过计算机计算出试样被研磨掉的体积。为了准确得出实验数据，在电炉冷却后取出试样，还可以用千分尺测量试样被研磨的直径和深度，计算其体积：V=π·(D/2)²·H，其中：V、D、H—分别代表试样被研磨的体积、直径和深度。

本实施例所述旋转接触式高温耐磨试验机最高试验温度可达1600℃，适用于检测重烧镁砂竖窑内衬、水泥回转窑衬砖、高炉衬砖以及高强度耐火浇注料等耐火材料的高温耐磨性能。

实施例3

一种检测耐火材料高温耐磨性能的旋转接触式试验机，结构同实施例1，试验控制软件流程如图3所示。

流程如下：

a：输入参数，开始；

b：控制炉膛升温，判断是否达到设定温度；“是”则启动液压推杆控制旋转体向前移动，结果为“否”则继续控制炉膛升温；

c：判断是否达到设定压力，“是”则启动旋转电机开始研磨试验，并开始研磨计时；“否”则液压推杆继续向前移动；   

d：当压力衰减大于50%时，试验结束；

e：判断是否到达设定研磨位移，“是”，则试验结束，停止研磨计时，“否”则继续试验。

采用该试验机进行耐火材料高温耐磨性能的检测方法，其步骤如下：

1. 试样的尺寸为114mm×114mm×65mm。定型耐火材料试样采用切割成试样规格，不定形耐火材料采用浇注或捣打成型。试样的试验面应平整，无肉眼可见的裂纹；

2. 基本试验参数设置：包括实验温度1500℃，升温速率1000℃之前为20℃/min，1000℃之后10℃/min,恒温时间120分钟；研磨压力500N；旋转体研磨位移35mm；

3.试样的摆放，将事先准备好的待测试样放置到炉门上预留的凹槽里并将其固定，关上炉门将旋转体手动调节恢复到初始位置；

4.开启水冷装置，接通电炉开关，将试样加热到预定温度；然后通过计算机自动启动动力装置开始试验；

5.旋转体在旋转电机的驱动下旋转，旋转体端部的研磨凸起开始研磨试样，达到预设研磨位移，研磨结束并记录研磨所用时间。

本实施例适用于对各种耐火材料耐磨性能进行平行对比时应用。记录各试样相同研磨位移时所用的研磨时间，以此评价各试样耐磨性能。

本实施例所述旋转接触式高温耐磨试验机最高试验温度可达1500℃，适用于检测高温下强度较低的耐火材料高温磨性能，如粘土砖、普通镁质耐火材料、硅铝系耐火浇注料等。

Claims (1)

1.一种检测耐火材料高温耐磨性能的方法，采用的试验机结构为：该试验机包括电炉及计算机控制系统，在炉门处设有放置待测试样的凹槽，在炉体底部设有收集槽，炉体通过管路与氮气罐连接，在炉体内设有圆柱形旋转体，旋转体由旋转动力装置驱动，炉体与旋转动力装置之间设有水冷装置；所述的旋转动力装置包括旋转电机、电液推杆、位移传感器；旋转电机放置在滑车上，滑车与电液推杆连接，在滑车上设有位移传感器，旋转体的一端通过联轴器与旋转电机连接，另一端带研磨凸起，旋转体材质为重结晶碳化硅质材料；

其检测步骤如下：

1）预设试验参数：包括试验温度、升温速率和试验压力、研磨时间或研磨位移；

2）试样摆放：将待测试样放置在炉门上预留的凹槽内并将其固定，将旋转体调节到初始位置；

3）如果检测试样是含碳耐火材料，则开启氮气瓶的阀门，电炉内通入氮气，控制炉内气压高于大气压0.1Kpa；反之，则不开启氮气瓶的阀门；

4）开启水冷装置及电炉开关，将试样加热到预定温度，启动电液推杆，当旋转体向前移动达到设定压力后，启动旋转电机；

5）旋转体在旋转电机的驱动下旋转，旋转体端部的研磨凸起开始研磨试样，达到预设研磨时间或研磨位移，研磨结束。