CN105181509B - 一种耐火材料使用性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐火材料使用性能的检测方法，能够预测耐火材料的使用效果。该方法的步骤包括：检测耐火材料抵抗热应力的能力，采用可控温的电阻炉，炉门上预留有放置样品的凹槽；将待测的耐火材料制镶嵌在两个金属炉门上的凹槽内；通过炉外电动升降装置将两个插板升起，关闭前后两个金属炉门；通过冷热交替，观察试样表面并进行详细记录；检测耐火材料热传导性能及烧结梯度，将待测的耐火材料镶嵌在两个金属炉门凹槽内；启动温度自动控制仪，开始升温、恒温及降温；将试样纵向切开，利用X光衍射仪、电子显微镜测定距离热面不同距离处的矿物组成、显微组织结构。本发明提方法操作简单，维护方便，有利于大范围推广应用。

Description

一种耐火材料使用性能的检测方法

技术领域

本发明涉及耐火材料检测方法。特别是一种耐火材料使用性能的检测方法。

背景技术

耐火材料质量是决定热工窑炉炉衬寿命的重要因素,研究耐火材料在使用过程中由于温差产生的热应力及对耐火材料结构的破坏，对于预测和提高耐火材料的使用效果具有非常重要的意义。众所周知，材料随温度的升降，产生膨胀或收缩，如果膨胀或收缩受到约束不能自由发展时，材料内部会的产生应力。此种因材料的热膨胀或收缩而引起的内应力称为热应力。热应力不仅在均质材料中出现温度梯度，非均质固体中各相之间的热膨胀系数的差别，甚至单相多晶体中热膨胀系数各向异性，都是产生热应力的根源。耐火材料是非均质的脆性材料，与金属制品相比，由于它的热膨胀率较大，热导率和弹性较小，以及抗张强度低等，抗热应力而不破坏的能力差，导致其抗热震性较低。目前检测耐火材料热震稳定性的方法主要有：YB/T376.1-1995水急冷法、TB/T376.2-1995空气急冷法及TB/T376.3-2004水冷却裂纹判定法等。这些方法由于采用的实验温度及条件与实际应用有很大差别，对于预测耐火材料在使用过程中可能出现的剥落损毁意义不大。特别是对于抗热应力损毁能力相差不大的耐火材料，无法通过实验进行判断，成为制约研发具有优异抵抗热应力损毁能力新型耐火材料瓶颈问题。

耐火材料绝大部分是单面受热，即工作面温度高而非工作面温度低甚至是室温。非工作面温度的高低，主要取决于砌筑耐火材料的厚度及导热系数。因此，耐火材料的导热系数成为设计热工窑炉必不可少的热工参数。同时，耐火材料的导热系数与剥落损毁联系密切。但是，目前所有针对耐火材料导热系数的测定方法，都不能够全面客观真实的反应耐火材料在使用条件下的热传导状况，导致绝大部分耐火材料特别是新型耐火材料在不同温度下的导热系数数据空白。

随着不定形及不烧定型耐火材料的快速发展，对于其内部在使用过程中所发生的矿物变化研究越来越深入。研究方法基本采用在不同温度下将测试耐火材料进行全加热，冷却后进行矿相测定及微观组织结构观察等检测。这种研究方法，实验周期长、结果与实际相差大，得出的结论对于指导研发、生产及使用作用有限。

发明内容

本发明提供了一种耐火材料使用性能的检测方法，能够预测耐火材料的使用效果。

本发明提供的一种耐火材料使用性能的检测方法包括以下步骤：

一.检测耐火材料抵抗热应力的能力

a.采用最高加热温度1700℃的可控温的电阻炉,电阻炉加热炉膛内设置前后两个金属炉门，炉门上预留有放置样品的凹槽，凹槽尺寸为100×65×65mm，电阻炉发热体与前、后炉门之间设置两个由耐火材料制成的插板，通过炉外电动升降装置控制插板升降；

b.将待测的耐火材料制成两个外形尺寸为100×65×65mm试样，牢固镶嵌在电阻炉前后两个金属炉门上的凹槽内；

c.通过炉外电动升降装置将两个插板升起，关闭前后两个金属炉门；

d.设置测试参数，测试参数包括：升温曲线、最高温度和恒温时间；

e.启动温度自动控制仪，开始升温、恒温；

f.将两个插板下降到加热炉膛内，迅速打开加热炉膛前后两个金属炉门，使试样内表面完全暴露在空气中，待试样冷却一定时间及炉膛温度升至实验温度，再次关闭炉门，同时将两个插板撤出，如此对试样进行1-20次冷热冲击，每次冷热交替后，观察试样表面并进行详细记录；

g.关闭温度自动控制仪，待炉温降到室温后取下试样，对试样进行体积密度、耐压强度和线变化性能检测，结合测试观察结果，综合评价耐火材料抵抗热应力性能；

二.检测耐火材料热传导性能及烧结梯度

a.将待测的耐火材料制成两个外形尺寸为100×65×65mm试样，牢固镶嵌在电阻炉前后两个金属炉门凹槽内；

b.将两个插板提升到炉外保温套内，关闭两个金属炉门；

c.设置测试参数，测试参数包括：升温曲线、最高温度、恒温时间和降温速度；

d.启动温度自动控制仪，开始升温、恒温及降温；

e.利用表面热流仪自动记录试样外表面温度变化及热流情况；

f.测试结束后将试样纵向切开，利用X光衍射仪、电子显微镜测定距离热面不同距离处的矿物组成、显微组织结构。

进行本项测试时，能够在炉膛内放置其他试样进行耐火材料全加热烧结测试。

工作原理：镶嵌在炉门上的试样在测试时单面受热，非受热面的热量主要是靠热传导获得的，由傅立叶定律(如式1和式2)可以计算出待测样品的导热系数。

Q＝KA△T/d (1)

R＝A△T/Q (2)

式中：Q：热量W；K：热导率W/m·K；A：接触面积；d：热量传递距离；△T：温度差；R：热阻值。

本发明的显著有益效果体现在：可以在平行条件下同时测定多种耐火材料的应用性能，测定结果与实际使用条件接近，能进行准确的判断所测试的耐火材料在使用时可能出现的情况；对于开发新型耐火材料及判断耐火材料的损毁原理，提供了十分有效的检测手段；本发明提方法操作简单，维护方便，有利于大范围推广应用。

附图说明

图1是一种耐火材料使用性能的检测方法采用的装置示意图。

图中编号：1-试样；2-金属炉门；3-插板；4-电动升降装置；5-加热炉膛；6-保温套筒；7-活动纤维毡炉门；8-温度自动控制仪；9-表面热流仪；11-保温层。

图2是检测耐火材料抵抗热应力的能力的金属炉门组装示意图，图中12为活动纤维毡块。

图3是检测耐火材料热传导性能及烧结梯度的金属炉门组装示意图。

具体实施方式

下面结合附图用实施例具体描述本发明。

一种耐火材料使用性能的检测方法，该方法的步骤如下：

一.检测耐火材料抵抗热应力的能力

a.如图1所示，采用最高加热温度1700℃的可控温的电阻炉，电阻炉加热炉膛5内设置前后两个金属炉门2，炉门上预留有放置试样1的凹槽，凹槽尺寸为100×65×65mm，电阻炉发热体与前、后金属炉门2之间设置两个由耐火材料制成的插板3，通过炉外电动升降装置4控制插板3升降；

b.将待测的耐火材料制成两个外形尺寸为100×65×65mm的试样1，牢固镶嵌在电阻炉前后两个有保温层11和活动纤维毡块12的金属炉门2上的凹槽内，组装方法见图2；

c.通过电动升降装置4将两个插板3升起，放入保温套筒6内，关闭前后两个金属炉门2；

d.在温度自动控制仪8内设置测试参数，升温曲线：5～20℃/分钟、最高温度：1550℃、恒温时间：10～30分钟；

e.启动温度自动控制仪8，开始升温、恒温；

f.达到规定的恒温时间后将两个插板3下降到加热炉膛5内；迅速打开前后两个装有试样的金属炉门2，使两个试样1内表面完全暴露在空气中，冷却时间10～30分钟；打开炉门后立即用活动纤维毡炉门7紧贴插板3的外表面封闭炉膛5，对插板砖保温，减少炉膛内热量损失；待试样1达到室温、炉膛内温度恢复到测定温度后，先用适当工具将活动纤维毡炉门7取出，然后关闭加热炉膛5前后两个装有试样的金属炉门2，同时将两个插板3通过升降装置4提升到电阻炉外保温套筒内6内；根据需要和试样外观状态，反复上述动作1-20次，每次冷热交替一个周期后，观察试样表面并进行详细记录；

g.实验结束关闭温度自动控制仪8，待炉温降到室温后取下试样1，对试样进行体积密度、耐压强度和线变化性能检测，结合测试观察结果，综合评价耐火材料抵抗热应力性能；

二.检测耐火材料热传导性能及烧结梯度

a.将待测的耐火材料制成两个外形尺寸为100×65×65mm试样1，牢固镶嵌在电阻炉加热炉膛5前后两个有保温层11的金属炉门2的凹槽内，安装方法示意见图3；

b.将两个插板3提升到炉外保温套筒6内，关闭两个装有试样的金属炉门2；

c.在计算机内设置参数，包括：升温5～25℃/分钟、最高温度1650℃、恒温时间1～25小时、降温速度1～5℃/分钟，或者自然降温；

d.启动温度自动控制仪8，开始升温、恒温及降温；

e.利用表面热流仪9自动记录两个试样外表面温度及热流数据，并且根据试样内外表面温度及热流数据计算试样的导热系数；

f.测试结束后将试样1纵向切开，利用X光衍射仪、电子显微镜测定距离热面不同距离处的矿物组成、显微组织结构，预测使用性能。

Claims (1)

1.一种耐火材料使用性能的检测方法，其特征是，耐火材料是单面受热，具体步骤为：

该方法包括以下步骤：

一.检测耐火材料抵抗热应力的能力

a.采用最高加热温度1700℃的可控温的电阻炉，电阻炉加热炉膛内设置前、后两个金属炉门，炉门上预留有放置样品的凹槽，凹槽尺寸为100×65×65mm，电阻炉发热体与前、后炉门之间设置两个由耐火材料制成的插板，通过炉外电动升降装置控制插板升降；

b.将待测的耐火材料制成两个外形尺寸为100×65×65mm试样，牢固镶嵌在电阻炉前、后两个金属炉门上的凹槽内；

c.通过炉外电动升降装置将两个插板升起，关闭前、后两个镶嵌了耐火材料试样的金属炉门；

d.设置测试参数，测试参数包括：升温曲线、最高温度和恒温时间；

e.启动温度自动控制仪，开始升温、恒温；

f.满足实验条件后，将两个插板下降到加热炉膛内，迅速打开加热炉膛前、后两个金属炉门，使试样内表面完全暴露在空气中；打开炉门后立即用活动纤维毡炉门紧贴插板的外表面封闭炉膛，对插板砖保温；待试样冷却一定时间及炉膛温度升至实验温度，先将活动纤维毡炉门取出,再次关闭炉门，同时将两个插板通过升降装置提升到电阻炉外保温套筒内，如此对试样进行1-20次冷热冲击，每次冷热交替后，观察试样表面并进行详细记录；

g.实验完成后，关闭温度自动控制仪，待炉温降到室温后取下试样，对试样进行体积密度、耐压强度和线变化性能检测，结合测试观察结果，检测耐火材料抵抗热应力性能；

二.检测耐火材料热传导性能

a.将待测的耐火材料制成两个外形尺寸为100×65×65mm试样，牢固镶嵌在电阻炉前、后两个金属炉门凹槽内，其中试样一端在电阻炉内，另一端在炉外；

b.将两个插板提升到炉外保温套内，关闭两个装有了试样的金属炉门；

c.设置测试参数，测试参数包括：升温曲线、最高温度、恒温时间和降温速度；

d.启动温度自动控制仪，开始升温、恒温及降温；

e.利用表面热流仪自动记录试样外表面温度变化及热流情况；

f.测试结束后将试样纵向切开，利用X光衍射仪、电子显微镜测定距离热面不同距离处的矿物组成、显微组织结构。