CN110470692A - 一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法 - Google Patents

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尚心莲
田响宇
刘国齐
李红霞
杨文刚
邵昕
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Sinosteel Nanjing Environmental Engineering Technology Research Institute Co.,Ltd.
Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
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Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means

Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，提出一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法。提出的一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法为：将石英灯或卤素灯管组装成灯管阵列并连接控制器作为红外辐射加热系统；将组装好的红外辐射加热系统中的灯管放置于管状样品内部或块状试样单侧或柱状试样四周；将至少一根热电偶均匀分布粘贴到待测样品受热面；开启加热系统通过控制系统设置升温制度，改变试样受热面温度；重复上述步骤至样品出现明显裂纹，以样品承受加热次数判定其抗热冲击性。本发明真实模拟了连铸系统间歇式操作过程，并且实现了对各种形状尺寸样品的测量。

Description

一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，主要涉及一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法。
背景技术
连铸功能用耐火材料是保证连铸工艺正常运行的重要功能性耐火材料；在连铸生产初期，耐火材料将直接接触高温钢水，由室温极速升至1000 ℃以上，在材料内部产生强大的热应力，从而易造成连铸功能用耐火材料热冲击损毁；因此，高效、准确的评价材料的抗热冲击性是连铸功能用耐火材料研发和生产的关键。
连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法可分为急冷法和急热法；急冷法中采用电阻炉将试样加热至一定温度后，通过水或压缩空气冷却降温；高温试样在急冷过程中产生由内到外的温度梯度导致试样表面受到压应力、内部受到张应力作用；但是，连铸功能用耐火材料由室温或一定温度直接接触高温钢水属于急热过程；急热过程中试样表面受到张应力，内部受到压应力作用；当热应力超过试样本身强度时，试样组织结构被破坏；因而，急冷方法并不适合连铸功能用耐火材料的抗热冲击性评价；急热法采用将试样浸入中频炉熔钢中，保温一段时间后取出，冷却至室温，通过观察试样裂纹情况评价材料的抗热冲击性。但中频炉熔钢危险大，能耗高，污染严重，成本高，对人体伤害大，因而评价连铸功能用耐火材料抗热冲击性不宜采用此方式。专利：CN102141530A报道了一种连铸用含碳耐火材料的热震评价方法，以Fe2O3粉和金属Al粉为铝热反应主要原料配制铝热剂，MgO粉或Al2O3粉或SiO2粉作为稀释剂，将混好的铝热剂装入管状含碳耐火材料的空腔内，底部垫一石墨板；或用铝热剂将实心含碳耐火材料包裹埋实；插上镁条，并在镁条周围放少许氯酸钾，点燃镁条使铝热反应发生；重复上述操作，以材料能承受的试验次数作为评价材料热震性能优劣的标准。该方法相对简单，但铝热反应产生的温度难以准确控制，无法真实模拟实际使用情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法，使其能解决浸钢法和铝热法污染大、成本高和温度不可控等缺点。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法，耐火材料抗热冲击性评价方法为：
1）将石英灯或卤素灯管组装成灯管阵列并连接控制器作为红外辐射加热系统；
2）将步骤1）组装好的红外辐射加热系统中的灯管放置于管状样品内部或块状试样单侧或柱状试样四周；
3）将至少一根热电偶均匀分布粘贴到待测样品受热面；
4）开启加热系统通过控制系统设置升温制度，改变试样受热面温度；
5）重复步骤4）至样品出现明显裂纹，以样品承受加热次数判定其抗热冲击性。
石英灯或卤素灯管的长度：10-120 cm，辐射通量：200-20000 uW/cm2，辐射源温度：20-3850 ℃，升温速率：0-250 ℃/s。
本发明提出的一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法，通过石英灯或卤素灯红外辐射加热系统对连铸功能用耐火材料进行快速加热，以热电偶测量待测试样表面温度，通过调节加热系统功率实现对待测试样表面温度的控制；辐射传热是指高温物体向外发射辐射能，并以电磁波的形式传递至低温物体，低温物体吸收并将其转化为热能的过程。宏观表现为低温物体温度升高。石英灯、卤素灯辐射加热系统具有加热成本低、热惯性小、加热时间长、功率大和热效率高等特点，可实现对待测物瞬态加热，目前已报道的加热速率最高可达210 ℃/s，最高温度可达2000 ℃；相比于电阻炉加热-风冷或水冷表征材料的抗热冲击性，红外辐射加热更接近材料的实际使用情况；相比于浸钢法，红外辐射加热能耗低、污染小、操作简便（浸钢法需要3-5人操作，红外辐射加热仅需1-2人）；相比于铝热反应加热法，红外辐射加热升温速率可控，实现了真实模拟连铸系统间歇式操作过程；
本发明的显著特点是：通过调节石英灯或卤素灯管长度及灯阵布置情况可实现对不同尺寸、形状样品测量，包括连铸用长水口、整体塞棒、浸入式水口和其它部位材料等。
本发明中，红外辐射加热系统能耗低、污染小、操作简便、升温速率可控，能够真实模拟连铸系统间歇式操作过程，并且可实现对各种形状尺寸样品的测量。
附图说明
图1为本发明实施例1对长水口抗热冲击性的评价方法示意图。
图2为本发明实施例2对整体塞棒抗热冲击性的评价方法示意图。
图3为本发明实施例3对块状试样抗热冲击性的评价方法示意图。
图4为本发明中控制系统的结构示意图。
图中：1、PLC控制器，2、电功率调节器,3、试验样品，4、石英灯组，5、变送器，6、传感器，7、电源，8、控制上位机，9、热电偶，10、长水口，11、整体塞棒。
具体实施方式
实施例1：
对长水口抗热冲击性的评价：
按图1所示，将两根石英灯管串联（长度：100 cm，辐射通量：20000 uW/cm2，辐射源温度2000 ℃）形成石英灯组4，两根石英灯管沿长水口10轴向放置于其内部中心位置，分别在长水口10的碗部、颈部和直筒内壁放置一根热电偶9，设置升温制度，使得内壁在10 s内升至1600 ℃，保温1 h后逐渐减小功率，冷却至室温。重复此过程至长水口外壁出现明显裂纹，以材料能承受的试验次数作为评价材料抗热冲击性优劣的标准。
实施例2：
对整体塞棒抗热冲击性的评价；
按图:2所示，将10根石英灯管（长度：80 cm，辐射通量：18000 uW/cm2，辐射源温度1800℃）排列组装成石英灯管组4，整体塞棒11放置于长方体内部与灯管方向平行，分别在塞棒棒头、连接处和棒身放置一根高温热电偶。设置升温制度，使试样以100 ℃/min的升温速率升至1000 ℃并保温2 h，然后以100 ℃/s的升温速率升至1600 ℃，保温30 min后逐渐减小功率，冷却至室温。重复此过程至塞棒外壁出现明显裂纹，以材料能承受的试验次数作为评价材料抗热冲击性优劣的标准。
实施例3：
对块状试样抗热冲击性的评价:
按图:3所示，将4根石英灯管（长度：30 cm，辐射通量：15000 uW/cm2，辐射源温度1400℃）组装成长方体阵列，2块待测块状试样放置于灯管阵列下方5 cm处，设置升温制度，使得样块热面在10 s内升至1200 ℃，保温30 min后逐渐减小功率，冷却至室温。重复此过程至试样出现明显裂纹，以材料能承受的试验次数作为评价材料抗热冲击性优劣的标准。
如图4所示,本发明涉及的控制系统包含控制软件、PLC控制器1、电功率调节器2；加热系统包含石英灯或卤素灯阵列；数据采集系统包含传感器5与变送器5；测试前可以根据实际待测样品结构来布置石英灯组4；测试时在控制软件中输入所需升温制度，信号送去PLC控制器，通过传感器对样品实际表面温度进行反馈，计算得到控制量，然后驱动电功率调节器，调节加载到灯管阵列的电压，同时通过PLC记录测试数据，实现测试过程温度控制。

Claims (2)

1.一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法，其特征在于：耐火材料抗热冲击性评价方法为：
1）将石英灯或卤素灯管组装成灯管阵列并连接控制器作为红外辐射加热系统；
2）将步骤1）组装好的红外辐射加热系统中的灯管放置于管状样品内部或块状试样单侧或柱状试样四周；
3）将至少一根热电偶均匀分布粘贴到待测样品受热面；
4）开启加热系统通过控制系统设置升温制度，改变试样受热面温度；
5）重复步骤4）至样品出现明显裂纹，以样品承受加热次数判定其抗热冲击性。
2.如权利要求1所述的一种连铸功能用耐火材料抗热冲击性评价方法，其特征在于：石英灯或卤素灯管的长度：10-120 cm，辐射通量：200-20000 uW/cm2，辐射源温度：20-3850℃，升温速率：0-250 ℃/s。
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