CN116399129A - 一种耐火材料隔热性能试验炉及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐火材料隔热性能试验炉及试验方法，属于耐火材料试验设备领域，包括框架、炉体、测温装置和加热装置，炉体可拆卸地连接在框架内，测温装置设置在炉体中，加热装置穿过框架设置在炉体内，框架是拼装式结构，炉体包括多个侧炉壁、顶炉壁和底炉壁，多个侧炉壁和底炉壁均与框架的内壁抵接，顶炉壁设置在框架的顶部，多个侧炉壁、顶炉壁和底炉壁形成封闭空间，测温装置包括多个测量头，部分测量头设置在侧炉壁中，部分测量头设置在顶炉壁中，通过拼装的方式组装炉体和框架，在保证炉体可靠的前提下，降低试验的操作难度，可以根据实际情况调整尺寸及耐火材料的种类及层次，可以一次性试验多种耐火材料。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料试验设备领域，具体涉及一种耐火材料隔热性能试验炉及试验方法。
背景技术
耐火材料是指耐火度不低于1580℃的一类无机非金属材料，耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。仅以耐火度来衡量耐火材料的性能已经不满足实际使用需求了。现在指为物理化学性质允许其在高温环境下使用的材料称为耐火材料，耐火材料广泛应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域，以优秀的隔热性能，在工业热工装备中也得到广泛应用，现在生产出的耐火材料在出厂前需要对其隔热性能进行测试和验证，现有的试验一般由专业的检测机构检测得出耐火材料在特定温度条件下的导热系数，然后根据经验公式计算得出结果，如：各层耐火材料之间温度、外表面温度等，从设计使用到工程现场验证效果间隔较长的时间，验证周期较长且仅验证的参数少，导致与实际设备的使用情况有区别，造成后期设备的隔热能力不达标，进行整改的难度也大。
现有公布号为CN107462596A的专利申请公开了一种膨胀型防火涂层隔热性能实验装置，包括炉体、加热组件、试件及数据采集组件，所述试件为布置有待测防火涂层的钢板，所述试件放置于炉体内且底部设置有让位部；所述加热组件对炉内试件进行加热；所述数据采集组件包括电信号连接的检测单元、校验单元和数据处理单元；所述检测单元包括至少二高温摄像机，所述校验单元包括炉膛测温热电偶和试件测温热电偶，所述试件经加热，所述检测单元将采集的图像信息发送至数据处理单元，从而计算出防火涂层的导热系数理论值；所述校验单元将采集的温度信息发送至数据处理单元，反向计算出防火涂层的导热系数测量值，并对由检测单元所采集信息的计算结果进行验证，从而得到所述试件隔热性能的测试结果，该隔热性能实验装置一次仅能试验一组耐火材料且仅能试验单层耐火材料，试验过程繁琐，不能模拟实际工况下的耐火材料组合配置，跟实际的热传递情况有区别。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种耐火材料隔热性能试验炉，解决了现有隔热性能试验一次仅能试验一组耐火材料导致试验效率低的问题。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种耐火材料隔热性能试验炉，包括框架、炉体、测温装置和加热装置，所述炉体可拆卸地连接在所述框架内，所述测温装置设置在所述炉体中，所述加热装置穿过所述框架设置在所述炉体内，所述框架是拼装式结构，所述炉体包括多个侧炉壁、顶炉壁和底炉壁，多个所述侧炉壁和所述底炉壁均与所述框架的内壁抵接，所述顶炉壁设置在所述框架的顶部，多个所述侧炉壁、所述顶炉壁和所述底炉壁形成封闭空间，所述炉体由待试验的耐火材料砌筑通过拼装的方式组装所述炉体和所述框架，在保证所述炉体可靠的前提下，降低试验的操作难度，可以根据实际情况调整尺寸及耐火材料的种类及层次，可以一次性试验多种耐火材料。
进一步的，所述加热装置包括第一加热管和第二加热管，所述第一加热管和所述第二加热管平行设置且穿透所述侧炉壁伸出到所述炉体的外部，所述测温装置包括多个测量头，部分所述测量头设置在所述侧炉壁中，部分所述测量头设置在所述顶炉壁中，用于快速升温和实时检测每层耐火材料的温度变化情况。
进一步的，所述炉体包括第一侧炉壁、第二侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁，所述第一侧炉壁、所述第二侧炉壁、所述第三侧炉壁和所述第四侧炉壁围绕所述加热装置设置成矩形，所述第一侧炉壁与所述第三侧炉壁相对，所述第二侧炉壁与所述第四侧炉壁相对，所述第一侧炉壁与所述第三侧炉壁相对的侧面抵接于所述第二侧炉壁的两侧与所述第四侧炉壁的两侧，所述第一侧炉壁、所述第二侧炉壁、所述第三侧炉壁和所述第四侧炉壁均由多层待测试的耐火材料堆叠而成，各个所述侧炉壁之间连接紧密，防止热量泄漏，提高升温效率和温度控制准确性。
作为优选的，所述测温装置包括第一测量头、第二测量头、第三测量头、第四测量头和第五测量头，所述第一测量头，第一测量头穿透所述第一侧炉壁伸入到所述第四侧炉壁中，所述第二测量头伸入到所述第一侧炉壁中，所述第三测量头穿透所述第三侧炉壁伸入到所述第二侧炉壁中，所述第四测量头伸入到所述第三侧炉壁中，所述第五测量头设置在所述顶炉壁中，将所述测量头直接放置到耐火材料中采集到的数据准确且灵敏，同时减少对所述框架的破坏。
作为优选的，所述测温装置还包括第六测量头，所述第六测量头穿透所述第二侧炉壁伸入到所述炉体内，用于监控所述加热装置的加热情况，实现准确的升温、降温和保温控制。
作为优选的，所述框架包括多个侧框、顶框和底框，多个所述侧框首尾连接组合形成框体，所述侧框的一端向内侧延伸，使得所述框体的一端的开口小于另一端的开口，所述底框设置在所述框体的一端上，所述顶框设置在所述框体的另一端上，所述侧框可以直接承载耐火材料，防止其跌落，造成损伤，方便所述框架由下至上的安装到所述炉体上。
所述顶框包括排气管，所述排气管贯穿所述顶炉壁，且所述排气管设置在所述顶框上，用于排出所述炉体内的气体，防止压力过大导致所述炉体开裂，还可以用于快速降低所述炉体内的温度，提高反复试验的效率。
作为优选的，还包括多个支腿，部分所述支腿设置在所述框架的底部，部分所述支腿与所述框架的侧面相连，用于支撑所述框架及所述炉体的重量，将所述框架的底部与地面隔开，使得所述炉体各个面的外部环境一致，提高测试数据的准确性。
作为优选的，多个侧炉壁、顶炉壁和底炉壁可由同种类或者不同种类待测试的耐火材料组成，可以一次性测量多种耐火材料的隔热能力。
本发明的目的之二是提供一种耐火材料隔热性能试验方法，解决了现有隔热性能试验方法试验效率低和得到的参数与实际情况偏差大的问题。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
由所述的耐火材料隔热性能试验炉实现，包括以下步骤：
S1.选料建炉：选择需要进行试验的同种或者不同种类的耐火材料砌筑成部分炉体；
S2.拼装：所述部分炉体砌筑完成后，将框架拼装到所述部分炉体的外壁上，所述框束紧所述部分炉体；
S3.开孔：在所述部分炉体上开孔；
S4.装传感器：安装测量头到所述部分炉体的孔内；
S5.封顶：在所述部分炉体的顶部安装顶炉壁，使所述炉体封闭；
S6. 测试：启动所述炉体内的加热装置对所述炉体进行加热、降温和保温操作；
S7.测量：分别记录多个所述测量头的温度曲线，分析得到同种或者不同种类的耐火材料的导热参数，通过砌筑和拼装实现耐火材料性能的灵活试验，使用起来方便得到的数据更加贴近实际情况。
本发明的有益效果为：
（1）该耐火材料隔热性能试验炉上的炉体与框体分体式组装而成，可以根据实际试验的耐火材料的种类和尺寸进行拼装，适用快速试验使用，既能测量单一材料的隔热性能，也能同时测试多种耐火材料以及多块耐火材料的隔热性能，加热装置设置在炉体内，各面耐火材料受到的热量一致，可以对比试验不同耐火材料的隔热性能，加热装置由穿透炉体的第一加热管和第二加热管组成，通过加热管通入导热剂或者电加热的方式可以快速提高炉体内的温度，加热安全且效率高。
（2）该耐火材料隔热性能试验炉的炉体为侧炉壁、底炉壁和顶炉壁，每个炉壁均可由不同的耐火材料附着到框架上组成，侧炉壁围成框体，底炉壁安装到框体的下端，顶炉壁最后安装到框体的上端，通过在炉体的耐火材料打孔来安装测量头，可以测量不同壁上单片隔热材料的温度变化，收集每个测量头的数据得到耐火材料的温升曲线，通过在同一侧壁上安装不同的耐火材料可以得到不同耐火材料间的升温曲线，测温灵活且组装方便，对使用环境的要求低。
（3）该耐火材料隔热性能试验炉还设有支腿和排气管，支腿设置在框架的底部和侧壁下方，通过支腿使炉体不与地面直接接触，保证各个面的散热环境相同，提高试验的准确性，排气管可以排出炉体内膨胀的空气，防止炉体内增压造成热量泄漏同时也能让炉体内快速降温，提高重复测量数量的效率。
附图说明
图1为本发明提供的耐火材料隔热性能试验炉的轴测图；
图2为本发明提供的耐火材料隔热性能试验炉的正视图；
图3为本发明提供的耐火材料隔热性能试验炉的侧视图；
图4为本发明提供的耐火材料隔热性能试验炉的俯视图；
图5为本发明提供的耐火材料隔热性能试验炉的组装图一；
图6为本发明提供的耐火材料隔热性能试验炉的组装图二。
附图标记：
1、框架；11、侧框；12、顶框；121、壁板；122、排气管；13、底框；2、炉体；21、侧炉壁；22、顶炉壁；23、底炉壁；3、测温装置；31、第一测量头；32、第二测量头；33、第三测量头；34、第四测量头；35、第五测量头；36、第六测量头；4、加热装置；41、第一加热管；42、第二加热管；43、燃烧室；5、支腿；6、观察窗；7、接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-图6所示，本发明公开了一种耐火材料隔热性能试验炉，包括框架1、炉体2、测温装置3和加热装置4，炉体2可拆卸地连接在框架1内，可以根据耐火材料的规格进行组装，提高了试验的灵活性，测温装置3设置在炉体2中，加热装置4穿过框架1设置在炉体2内，框架1是拼装式结构，炉体2包括多个侧炉壁21、顶炉壁22和底炉壁23，多个侧炉壁21和底炉壁23均与框架1的内壁抵接，顶炉壁22设置在框架1的顶部，多个侧炉壁21、顶炉壁22和底炉壁23形成封闭空间，加热装置4包括第一加热管41和第二加热管42，第一加热管41和第二加热管42平行设置且穿透侧炉壁21伸出到炉体2的外部，测温装置3包括多个测量头，部分测量头设置在侧炉壁21中，部分测量头设置在顶炉壁22中，可以灵活测量各个面及各个面内不同层间的温度。
其中，在第一加热管41和第二加热管42中通入导热剂如导热油可以对炉体2内进行加热，通过控制导热油的油温和流量可以控制炉体2内的温升，另外还可以在第一加热管41和第二加热管42内通入可燃性气体至燃烧室43内，由燃烧室43发生燃烧反应来快速升温，燃烧室43与炉体2的内壁接触，用于将热量传递到耐火材料上，提高试验的效率缩短测试时间，导热剂及燃气可以由接头7通往到炉体2内，由外部供给方便实时控制炉体2内的升温。
此外，在第一加热管41和第二加热管42中插入电加热棒可以起到提高炉体2内温度的作用，免于在炉壁上钻孔。
优选地，加热装置4还可以采用伸入到炉体2内的燃气烧嘴或者喷枪进行升温。
进一步地，炉体2包括第一侧炉壁、第二侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁，第一侧炉壁、第二侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁围绕加热装置4设置成矩形，第一侧炉壁与第三侧炉壁相对，第二侧炉壁与第四侧炉壁相对，第一侧炉壁与第三侧炉壁相对的侧面抵接于第二侧炉壁的两侧与第四侧炉壁的两侧，第一侧炉壁、第二侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁均由多层耐火材料堆叠板而成，每层侧炉壁21可以堆叠同一种类的耐火材料或者混装不同种类的耐火材料，用来测试同种材料以及不同材料的隔热能力。
进一步地，测温装置3包括第一测量头31、第二测量头32、第三测量头33、第四测量头34和第五测量头35，第一测量头31，第一测量头31穿透第一侧炉壁伸入到第四侧炉壁中，第二测量头32伸入到第一侧炉壁中，第三测量头33穿透第三侧炉壁伸入到第二侧炉壁中，第四测量头34伸入到第三侧炉壁中，第五测量头35设置在顶炉壁22中，测量头安装在构成侧炉壁21耐火材料的内孔中，方便钻孔和减少对炉体2的损伤，每层耐火材料中均安装有测量头，通过收集不同深度的测量头温度数据可以得到温度的变化曲线，按归设温度曲线对耐热材料进行升温，记录环境温度、炉内温度和各层材料间的温度，通过分析得到耐火材料的隔热参数，测量头采用热电偶传感器。
优选地，测温装置3还包括第六测量头36，第六测量头36穿透第二侧炉壁伸入到炉体2内，第六测量头36用于检测加热装置4的温度，起到控制炉体2内温度的作用。
优选地，框架1包括多个侧框11、顶框12和底框13，所多个侧框11首尾连接组合形成框体，侧框11的一端向内侧延伸成L形，使得框体的一端的开口小于另一端的开口，底框13设置在框体的一端上，顶框12设置在框体的另一端上，可以提高框架1的承载能力，利用吊装设备可以快速的完成组装。
优选地，顶框12包括壁板121和排气管122，排气管122贯穿顶炉壁22，且排气管122设置在顶框12上，用于排出炉体2内的热气加快温度升降，缩短冷却时间，壁板121围绕顶框12设置，壁板121上设多排竖槽孔，通过竖槽孔拼装壁板121可以调节顶框12的尺寸，使其能够用于不同的规格的耐火材料使用，框架1的侧框11采用同样的组装方式。
优选地，顶炉壁22设置成拱形，拱形的顶炉壁22可以用于曲面的耐火材料试验使用，同时也能提高顶炉壁22的承载能力，防止耐火材料变形。
该试验炉上还设有多个支腿5，部分支腿5设置在框架1的底部，部分支腿5与框架1的侧面相连，支腿5可以将试验炉的底部与地面隔开，使各个面上的耐火材料的外部环境一致，防止外部环境影响试验结果。
优选地，该试验炉上还设有观察窗6，观察窗6设置在框架1侧面，观察窗6用于观察炉体2内的加热情况及各个面上的耐火材料的变形情况，方便测试人员。
该试验炉还包括温度控制系统，温度控制系统可以收集处个测量头的温度数据来控制加热装置4的发热量，使炉体2内的温度上升、下降或者保持恒定。
实施例二
本发明还公开了一种耐火材料隔热性能试验方法，包括以下步骤：
S1.选料建炉：选择需要进行试验的同种或者不同种类的耐火材料砌筑成部分炉体2，采用建筑工艺砌筑对场地要求小，耐火材料间的缝隙填充粘接剂保证无缝，防止热量局部外泄，耐火材料可以选择单层、多层及不同种类的多层复合耐火材料组合；
S2.拼装：部分炉体2砌筑完成后，将框架1拼装到部分炉体2的外壁上，框架1束紧部分炉体2，防止加热后炉体2膨胀变形而产生缝隙，由下往上将框架1附着到部分炉体2的外壁上，且保证框架1对部分炉体2有一定压力，以保持炉体2外形的稳定；
S3.开孔：在部分炉体2上开孔，对需要进行测量的各个耐火材料层上钻孔；
S4.装传感器：安装测量头到部分炉体2的孔内，并对间隙进行填充，防止测量头晃动或者接触不良；
S5.封顶：在部分炉体2的顶部安装顶炉壁22，使炉体2封闭，通过顶部框架1调节炉体2与框架1的安装余量；
S6.测试：启动炉体2内的加热装置4对炉体2进行加热、降温和保温操作，试验不同温度下耐火材料的隔热能力；
S7.测量：分别记录多个测量头的温度曲线，分析得到同种或者不同种类的耐火材料的导热参数，通过模拟实际情况下的高温热工设备的隔热结构，可以得到不同温度下的炉体2的温度变化情况，对高温设备的隔热性能数据贴近实际情况而更加准确。
该隔热性能试验炉的具体使用过程如下：
选择需要进行试验的耐火材料，在底框13上用耐炉材料砌筑成部分炉体2，先砌筑底炉壁23和侧炉壁21，再装入加热装置4到部分炉体2内，砌筑完成后在各个耐火材料上打孔，用于安装测量头，将框架1的侧框11拼装到炉体2的外侧壁上，穿过框架1装入测量头到部分炉体2上，再将顶炉壁22安装到炉体2的顶部使炉体2封闭，连接温度控制系统控制加热装置4升温，由测量头传递耐火材料的温度变化情况，记录升温及降温情况，多次测试进行验证保证数据的真实性。
该耐火材料隔热性能试验方法可采用耐火材料隔热性能试验炉实现。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对于本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种耐火材料隔热性能试验炉，包括框架（1）、炉体（2）、测温装置（3）和加热装置（4），所述炉体（2）可拆卸地连接在所述框架（1）内，所述测温装置（3）设置在所述炉体（2）中，所述加热装置（4）穿过所述框架（1）设置在所述炉体（2）内，其特征在于：所述框架（1）是拼装式结构，所述炉体（2）包括多个侧炉壁（21）、顶炉壁（22）和底炉壁（23），多个所述侧炉壁（21）和所述底炉壁（23）均与所述框架（1）的内壁抵接，所述顶炉壁（22）设置在所述框架（1）的顶部，多个所述侧炉壁（21）、所述顶炉壁（22）和所述底炉壁（23）形成封闭空间，所述炉体（2）由待试验的耐火材料砌筑。
2.根据权利要求1所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
所述加热装置（4）包括第一加热管（41）和第二加热管（42），所述第一加热管（41）和所述第二加热管（42）平行设置且穿透所述侧炉壁（21）伸出到所述炉体（2）的外部，所述测温装置（3）包括多个测量头，部分所述测量头设置在所述侧炉壁（21）中，部分所述测量头设置在所述顶炉壁（22）中。
3.根据权利要求2所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
所述炉体（2）包括第一侧炉壁、第二侧炉壁、第三侧炉壁和第四侧炉壁，所述第一侧炉壁、所述第二侧炉壁、所述第三侧炉壁和所述第四侧炉壁围绕所述加热装置（4）设置成矩形，所述第一侧炉壁与所述第三侧炉壁相对，所述第二侧炉壁与所述第四侧炉壁相对，所述第一侧炉壁与所述第三侧炉壁相对的侧面抵接于所述第二侧炉壁的两侧与所述第四侧炉壁的两侧，所述第一侧炉壁、所述第二侧炉壁、所述第三侧炉壁和所述第四侧炉壁均由多层待测试的耐火材料堆叠而成。
4.根据权利要求3所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
所述测温装置（3）包括第一测量头（31）、第二测量头（32）、第三测量头（33）、第四测量头（34）和第五测量头（35），所述第一测量头（31），第一测量头（31）穿透所述第一侧炉壁伸入到所述第四侧炉壁中，所述第二测量头（32）伸入到所述第一侧炉壁中，所述第三测量头（33）穿透所述第三侧炉壁伸入到所述第二侧炉壁中，所述第四测量头（34）伸入到所述第三侧炉壁中，所述第五测量头（35）设置在所述顶炉壁（22）中。
5.根据权利要求4所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
所述测温装置（3）还包括第六测量头（36），所述第六测量头（36）穿透所述第二侧炉壁伸入到所述炉体（2）内。
6.根据权利要求1所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
所述框架（1）包括多个侧框（11）、顶框（12）和底框（13），多个所述侧框（11）首尾连接组合形成框体，所述侧框（11）的一端向内侧延伸，使得所述框体的一端的开口小于另一端的开口，所述底框（13）设置在所述框体的一端上，所述顶框（12）设置在所述框体的另一端上。
7.根据权利要求6所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
所述顶框（12）包括排气管（122），所述排气管（122）贯穿所述顶炉壁（22），且所述排气管（122）设置在所述顶框（12）上。
8.根据权利要求7所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
还包括多个支腿（5），部分所述支腿（5）设置在所述框架（1）的底部，部分所述支腿（5）与所述框架（1）的侧面相连。
9.根据权利要求1所述的耐火材料隔热性能试验炉，其特征在于：
多个侧炉壁（21）、顶炉壁（22）和底炉壁（23）可由同种类或者不同种类待测试的耐火材料组成。
10.一种耐火材料隔热性能试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.选料建炉：选择需要进行试验的同种或者不同种类的耐火材料砌筑成部分炉体（2）；
S2.拼装：所述部分炉体（2）砌筑完成后，将框架（1）拼装到所述部分炉体（2）的外壁上，所述框架（1）束紧所述部分炉体（2）；
S3.开孔：在所述部分炉体（2）上开孔；
S4.装传感器：安装测量头到所述部分炉体（2）的孔内；
S5.封顶：在所述部分炉体（2）的顶部安装顶炉壁（22），使所述炉体（2）封闭；
S6.测试：启动所述炉体（2）内的加热装置（4）对所述炉体（2）进行加热、降温和保温操作；
S7.测量：分别记录多个测量头的温度曲线，分析得到同种或者不同种类的耐火材料的导热参数。
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Denomination of invention: A testing furnace and testing method for thermal insulation performance of refractory materials Effective date of registration: 20231101 Granted publication date: 20230829 Pledgee: Guangdong Shunde Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Chencun sub branch Pledgor: Guangdong Keda New Energy Equipment Co.,Ltd. Registration number: Y2023980063667 |