JP6841478B1 - 応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】反応過程の試料の温度場、雰囲気場及び応力場を相乗的に制御することで、実際の使用環境により近い条件で耐火材料の高温反応挙動を原位置で試験することができる応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置及び方法を提供する。【解決手段】装置は、試料２を挟持し、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に圧縮応力負荷を与えるための応力負荷システム３と、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に熱応力を与えるための空冷式熱衝撃システム４と、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料を加熱するための加熱システム５と、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に真空又は異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気制御システム６と、前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出するための検出システム７と、を含む。【選択図】図１
Description
本発明は、無機非金属材料の性能の研究の技術分野に属し、特に応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置及び方法に関する。
耐火材料は、鉄鋼、非鉄金属、ガラス、セメント、セラミック、石油化学工業、電力及び軍事産業などの国民経済のさまざまな分野で広く使用されており、これらの産業の生産運転や技術発展を確保するために不可欠な基礎材料であり、かつ高温産業の生産の発展にもかけがえのない重要な役割を果たしている。しかし、実際の用途において、耐火材料は、頻繁な温度の急激な変化、異なる反応媒体による洗い流し及び圧縮に晒される場合が多いので、熱応力、圧縮応力及び熱と圧縮が結合した複雑な応力の影響を避けられず、微視的構造の変化が生じ、マイクロクラック及び孔、さらにクラック、剥離が発生し、それによる材料の破損は、産業事故の大きなリスクになることを回避できない。したがって、応力負荷条件での耐火材料の高温反応挙動及びメカニズムの研究は、そのような材料の広範囲かつ安全な適用を導くための重要な基礎である。
複雑な応力下での耐火材料の高温界面の反応挙動を正確に取得するために、多くの場合、試料の反応過程中に温度場、雰囲気場及び応力場を相乗的に調整することで、材料の使用環境を実際の環境により近づけ、材料の破損の性質をより反映する目的を達成する必要がある。ただし、従来の試験装置のほとんどは、耐火材料への応力の影響を考慮しておらず、影響を考慮した少ない試験装置は、反応過程の試料の品質及び微視的構造の変化のオンライン取得を両立できない。したがって、高温応力場での耐火材料の損傷挙動及びメカニズムを正確に特徴付けることは不可能である。
以上の従来技術に存在する欠点に対して、本発明は、反応過程の試料の温度場、雰囲気場及び応力場を相乗的に制御することで、実際の使用環境により近い条件で耐火材料の高温反応挙動を原位置で試験することができる応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置及び方法を提供する。
本発明の一態様は、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置を提供する：
試料を挟持し、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に圧縮応力負荷を与えるための応力負荷システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に熱応力を与えるための空冷式熱衝撃システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料を加熱するための加熱システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に真空又は異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気制御システムと、
前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出するための検出システムと、を含む。
試料を挟持し、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に圧縮応力負荷を与えるための応力負荷システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に熱応力を与えるための空冷式熱衝撃システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料を加熱するための加熱システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に真空又は異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気制御システムと、
前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出するための検出システムと、を含む。
さらに、前記加熱システムは、
前記試料を載置する炉体と、
前記炉体内に設けられた加熱体及び温度検出機構を含む加熱機構と、を含み、
前記加熱体は、前記試料を加熱するために設けられ、前記温度検出機構は、前記炉体の温度を測定するために設けられる。
さらに、前記雰囲気制御システムは、
前記炉体に対して真空引き処理を行うための真空ポンプユニットと、
前記真空ポンプユニットに接続され、前記真空ポンプユニットの真空数値を表示するための真空圧力センサと、
前記炉体に接続され、前記炉体内に異なるガスを導入し、前記試料に異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気置換装置と、を含む。
前記試料を載置する炉体と、
前記炉体内に設けられた加熱体及び温度検出機構を含む加熱機構と、を含み、
前記加熱体は、前記試料を加熱するために設けられ、前記温度検出機構は、前記炉体の温度を測定するために設けられる。
さらに、前記雰囲気制御システムは、
前記炉体に対して真空引き処理を行うための真空ポンプユニットと、
前記真空ポンプユニットに接続され、前記真空ポンプユニットの真空数値を表示するための真空圧力センサと、
前記炉体に接続され、前記炉体内に異なるガスを導入し、前記試料に異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気置換装置と、を含む。
さらに，前記空冷式熱衝撃システムは、
前記炉体に接続され、前記試料が前記炉体のチャンバーから離れるように前記炉体を移動させるための移動レールと、
前記炉体のチャンバーから離れた前記試料にエアブローして急冷処理を行うためのエアブローノズル及び前記エアブローノズルの移動を制御する移動機構を含むエアブロー装置と、を含む。
前記炉体に接続され、前記試料が前記炉体のチャンバーから離れるように前記炉体を移動させるための移動レールと、
前記炉体のチャンバーから離れた前記試料にエアブローして急冷処理を行うためのエアブローノズル及び前記エアブローノズルの移動を制御する移動機構を含むエアブロー装置と、を含む。
さらに，前記応力負荷システムは、
第１押さえ棒及び第２押さえ棒を含み、前記試料を前記第１押さえ棒と第２押さえ棒との間に挟持するための挟持機構と、
前記第１押さえ棒又は第２押さえ棒に接続され、前記試料に対する前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒の圧縮応力負荷を調整するための載荷機構と、
前記載荷機構に接続され、前記試料負荷に対する前記載荷機構の圧力の数値を表示するための圧力センサと、を含む。
第１押さえ棒及び第２押さえ棒を含み、前記試料を前記第１押さえ棒と第２押さえ棒との間に挟持するための挟持機構と、
前記第１押さえ棒又は第２押さえ棒に接続され、前記試料に対する前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒の圧縮応力負荷を調整するための載荷機構と、
前記載荷機構に接続され、前記試料負荷に対する前記載荷機構の圧力の数値を表示するための圧力センサと、を含む。
さらに，前記検出システムは、
前記試料の反応挙動を試験するときに、前記試料の質量をリアルタイムで原位置監視するために設けられ、前記試料、前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒を載置するための秤量フレーム及び前記秤量フレームの底部に位置する秤量装置を含む質量秤量手段と、
前記試料の反応挙動を試験するときに、前記試料の微視的形態をリアルタイムで原位置記録するために設けられ、前記試料の形態変化を観察するためのＣＣＤカメラ及び前記ＣＣＤカメラの位置を移動させるための三次元並進ステージを含む画像収集手段と、を含む。
前記試料の反応挙動を試験するときに、前記試料の質量をリアルタイムで原位置監視するために設けられ、前記試料、前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒を載置するための秤量フレーム及び前記秤量フレームの底部に位置する秤量装置を含む質量秤量手段と、
前記試料の反応挙動を試験するときに、前記試料の微視的形態をリアルタイムで原位置記録するために設けられ、前記試料の形態変化を観察するためのＣＣＤカメラ及び前記ＣＣＤカメラの位置を移動させるための三次元並進ステージを含む画像収集手段と、を含む。
本発明の別の態様は、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法を提供し、
加熱システムにより試料を所定の温度に加熱し、前記試料の温度をリアルタイムで監視することと、
応力負荷システムにより温度変化過程にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷することと、
雰囲気制御システムにより温度変化過程にある前記試料に所定の雰囲気の試験環境を提供することと、
検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的作用での温度変化状態にある前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出すること、を含む。
加熱システムにより試料を所定の温度に加熱し、前記試料の温度をリアルタイムで監視することと、
応力負荷システムにより温度変化過程にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷することと、
雰囲気制御システムにより温度変化過程にある前記試料に所定の雰囲気の試験環境を提供することと、
検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的作用での温度変化状態にある前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出すること、を含む。
本発明のさらなる態様は、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法を提供し、
加熱システムにより不活性ガス保護での試料を所定の温度に加熱し、前記試料の温度をリアルタイムで監視することと、
応力負荷システムにより所定の温度にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷することと、
雰囲気制御システムにより所定の温度にある前記試料に所定の雰囲気試験環境を提供することと、
前記試料に対する冷却速度が５０〜１０００℃／ｍｉｎである空冷式熱衝撃システムにより所定の温度にある前記試料を急冷処理し、前記試料に所定の熱応力を負荷することと、
検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的作用での所定の温度にある急冷処理過程における前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出すること、を含む。
加熱システムにより不活性ガス保護での試料を所定の温度に加熱し、前記試料の温度をリアルタイムで監視することと、
応力負荷システムにより所定の温度にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷することと、
雰囲気制御システムにより所定の温度にある前記試料に所定の雰囲気試験環境を提供することと、
前記試料に対する冷却速度が５０〜１０００℃／ｍｉｎである空冷式熱衝撃システムにより所定の温度にある前記試料を急冷処理し、前記試料に所定の熱応力を負荷することと、
検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的作用での所定の温度にある急冷処理過程における前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出すること、を含む。
本発明に係る応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置及び方法は、前記試料の反応挙動を試験するときに試料に温度場と雰囲気場を提供するとともに、試料に圧縮応力負荷及び熱応力負荷を与えることで、反応過程の試料の温度場、雰囲気場及び応力場を相乗的に制御し、さらに実際の使用環境により近い条件で耐火材料の高温反応挙動を原位置試験することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の具体的な実施形態を詳細に説明するが、本発明の保護範囲は、具体的な実施形態により限定されないことを理解すべきである。
特に明記しない限り、明細書及び特許請求の範囲を通して、「含む」、又はその変形である「包含する」又は「含んでいる」などの用語は、説明される要素又は構成部分を含むが、他の要素又は構成部分を排除しないことを理解すべきである。
実施例１
図１に示すように、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置は、密閉キャビティ１内に設けられた応力負荷システム３、空冷式熱衝撃システム４、加熱システム５、及び密閉キャビティ１に接続された雰囲気制御システム６、検出システム７を含む。応力負荷システム３は、試料２を挟持し、試料２の反応挙動を試験するときに試料２に圧縮応力負荷を与えるために設けられる。空冷式熱衝撃システム４は、試料２の反応挙動を試験するときに試料２に熱応力を与えるために設けられる。加熱システム５は、試料２の周辺を取り囲み、試料２の反応挙動を試験するときに試料２を加熱するために設けられる。雰囲気制御システム６は、試料２の反応挙動を試験するときに試料２に真空又異なる雰囲気の試験環境を提供するために設けられる。検出システム７は、試料２の反応挙動をリアルタイムで原位置検出するために設けられる。
図１に示すように、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置は、密閉キャビティ１内に設けられた応力負荷システム３、空冷式熱衝撃システム４、加熱システム５、及び密閉キャビティ１に接続された雰囲気制御システム６、検出システム７を含む。応力負荷システム３は、試料２を挟持し、試料２の反応挙動を試験するときに試料２に圧縮応力負荷を与えるために設けられる。空冷式熱衝撃システム４は、試料２の反応挙動を試験するときに試料２に熱応力を与えるために設けられる。加熱システム５は、試料２の周辺を取り囲み、試料２の反応挙動を試験するときに試料２を加熱するために設けられる。雰囲気制御システム６は、試料２の反応挙動を試験するときに試料２に真空又異なる雰囲気の試験環境を提供するために設けられる。検出システム７は、試料２の反応挙動をリアルタイムで原位置検出するために設けられる。
ここで、密閉キャビティ１は、試料２を密閉キャビティ１外の環境から隔離するために設けられる。
好ましい実施形態として、加熱システム５は、炉体５０１及び加熱機構を含む。炉体５０１は、密閉キャビティ１内に設けられ、試料２を載置するために設けられる。加熱機構は、炉体５０１内に設けられた加熱体５０２及び温度検出機構を含む。加熱体５０２は、試料２の周辺に配置され、試料２を加熱するために用いられ、温度検出機構は、炉体５０１の温度を測定するために用いられる。本実施形態では、温度検出機構は、熱電対５０３であることが好ましく、試料２に対する加熱機構の加熱速度は１〜１５℃であり、試料２に対する加熱範囲は２００〜１６００℃である。さらに、加熱体５０２は配電装置によって給電される。
好ましい実施形態として、雰囲気制御システム６は、真空ポンプユニット、真空圧力センサ及び雰囲気置換装置を含む。真空ポンプユニットは、密閉キャビティ１に接続され、密閉キャビティ１の真空引き処理を行うことで、炉体５０１の真空引き処理を実現する。真空圧力センサは、真空ポンプユニットに接続され、真空ポンプユニットが密閉キャビティ１の真空度を容易に制御できるように真空ポンプユニットの真空数値を表示するために設けられる。雰囲気置換装置は、炉体５０１に接続され、炉体５０１内に異なるガスを導入することで、試料２に異なる雰囲気の試験環境を提供するために設けられる。本実施形態では、雰囲気置換装置は、炉体５０１内に酸素ガス、空気、アルゴンガスや水蒸気などのガスを導入することで、試料２に異なる雰囲気を与えることを実現する。好ましくは、真空圧力センサは、真空ポンプユニットが安全に作動できるように、さらにガス漏れを防止するための安全弁に接続され、さらに、雰囲気置換装置は、炉体５０１の限界真空度が１×１０−２Ｐａであることを満たすことができ、炉体５０１内の空気、酸素ガス、アルゴンガスの分圧が０〜１ａｔｍであることを満たし、水蒸気とキャリアガスの結合雰囲気中の水蒸気の分圧が０．１〜０．８ａｔｍであり、かつキャリアガスの分圧が０．２〜０．９ａｔｍであることを満たす。
好ましい実施形態として、空冷式熱衝撃システム４は、移動レール４０１及びエアブロー装置を含む。移動レール４０１は、炉体５０１の底部に接続され、試料２が炉体５０１のチャンバーから離れるように炉体５０１を移動させるために設けられる。エアブロー装置は、炉体５０１のチャンバーから離れた試料２にエアブローして急冷処理を行うためのエアブローノズル４０２及び密閉キャビティ１内でのエアブローノズル４０２を移動させる移動機構を含む。本実施形態では、空冷式熱衝撃システム４は、試料２の冷却速度を５０〜１０００℃／ｍｉｎにすることができる。
好ましい実施形態として、応力負荷システム３は、挟持機構、載荷機構３０３及び圧力センサ３０４を含む。挟持機構は、第１押さえ棒３０１及び第２押さえ棒３０２を含み、試料２を第１押さえ棒３０１と第２押さえ棒３０２との間に挟持するために設けられる。載荷機構３０３は、第１押さえ棒３０１又は第２押さえ棒３０２に接続され、試料２に対する第１押さえ棒３０１及び第２押さえ棒３０２の圧縮応力負荷を調整するために設けられる。圧力センサ３０４は、載荷機構３０３に接続され、試料２負荷に対する載荷機構３０３の圧力の数値を表示するために設けられる。本実施形態では、第１押さえ棒３０１及び第２押さえ棒３０２は、密閉キャビティ１内に垂直に設けられ、試料２が第１押さえ棒３０１と第２押さえ棒３０２との間に置かれ、載荷機構３０３は、試料２に対する圧縮応力負荷の調整を実現するように、第１押さえ棒３０１の垂直方向での移動を制御する。好ましくは、載荷機構３０３は、スクリュー及びサーボモータを含む。スクリューは、第１押さえ棒に接続され、試料２に対する圧縮応力負荷の調整を実現するように、サーボモータスクリューの垂直方向での長さを制御することで、第１押さえ棒３０１の垂直方向での移動を制御する。ここで、試料２に対する応力負荷システムの圧縮応力の調整範囲は０〜５０ＭＰａである。
さらに、検出システム７は、質量秤量手段７０１及び画像収集手段７０２を含む。質量秤量手段７０１は、試料の反応挙動を試験するときに、試料２の質量をリアルタイムで原位置監視するために設けられる。質量秤量手段７０１は、秤量フレーム７０１１及び秤量装置７０１２を含む。秤量装置７０１２は、秤量フレーム７０１１の底部に位置する。ここで、秤量フレーム７０１１は、試料２、第１押さえ棒３０１及び第２押さえ棒３０２を載置するために設けられる。ここで、質量秤量手段７０１は、質量１０〜２０００ｇの試料２を連続的に測定することができ、その分解能は０．０１ｇである。画像収集手段７０２は、試料２の反応挙動を試験するときに試料２の微視的形態をリアルタイムで原位置記録する。画像収集手段７０２は、試料２の形態変化を観察するためのＣＣＤカメラ７０２１及びＣＣＤカメラ７０２１の位置を移動させるための三次元並進ステージ７０２２を含む。画像収集手段７０２は、試験対象の試料２の表面形態に対する拡大可能な倍率が１〜４０倍であり、三次元並進ステージ７０２２は、ＣＣＤカメラ７０２１のレンズを試料２の位置に移動させ、試料２の微視的形態を原位置記録することができる。本実施形態では、秤量装置７０１２は、秤量フレーム７０１１の下方に位置する秤量天秤、秤量天秤に接続されて秤量天秤をキャリブレーションするための較正装置、及び秤量天秤に接続されて秤量天秤の測定を停止する離脱装置を含む。また、画像収集手段７０２は、ＣＣＤカメラ７０２１のレンズに接続されて炉体５０１内の高温放射線干渉をフィルタリングするための赤外線フィルタ、レンズユニット及び特定光発生装置をさらに含む。
図２に示すように、本実施例は、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法をさらに提供し、下記のＳ１００ａ〜Ｓ４００ａを含む。
Ｓ１００ａ：加熱システムにより試料を所定の温度に加熱し、試料の温度をリアルタイムで監視する。
具体的には、試料を第１押さえ棒と第２押さえ棒の間に固定し、加熱システムの加熱体で試料を加熱し、熱電対で加熱炉内の試料の温度をリアルタイムで測定する。
Ｓ２００ａ：応力負荷システムにより温度変化過程にある試料に所定の圧縮応力を負荷する。
具体的には、試料に対する圧縮応力負荷の調整を実現するように、載荷機構により第１押さえ棒の垂直方向での移動を制御する。
さらに、試料に対する圧縮応力負荷の調整を実現するように、サーボモータスクリューの垂直方向での長さを制御することで、第１押さえ棒の垂直方向での移動を制御する。
Ｓ３００ａ：雰囲気制御システムにより温度変化過程にある試料に所定の雰囲気の試験環境を提供する。
具体的には、雰囲気制御システムにより、炉体内に酸素ガス雰囲気、又は水蒸気雰囲気、又は酸素ガスと水蒸気の結合雰囲気を所定の雰囲気分圧となるように導入することで、試料に所定の雰囲気の試験環境を提供することを実現する。
ここで、雰囲気制御システムは、炉体の限界真空度が１×１０−２Ｐａであることを満たすことができ、炉体内の空気、酸素ガス、アルゴンガスの分圧が０〜１ａｔｍであることを満たす。また、水蒸気とキャリアガスの結合雰囲気中の水蒸気の分圧が０．１〜０．８ａｔｍであり、かつキャリアガスの分圧が０．２〜０．９ａｔｍであることを満たすことができる。
Ｓ４００ａ：検出システムにより温度場、雰囲気場和及び圧縮応力場の相乗的な作用での温度変化状態にある試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出する。
具体的には、検出システムにおける画像収集手段を制御することにより、温度変化過程の試料の微視的形態の変化を原位置観察し、検出システムにおける質量測定手段により、温度変化過程の試料の質量の変化を連続的に原位置記録する。
ここで、質量秤量手段は、質量１０〜２０００ｇの連続的な測定を満たすことができ、分解能は０．０１ｇである。画像収集手段は、試験対象の試料の表面形態に対する拡大倍率が１〜４０倍であることを満たすことができる。
好ましい実施形態として、加熱システムは、試料に対する加熱の昇温速度は１〜１５℃であり、所定の温度は２００〜１６００℃である。
好ましい実施形態として、試料負荷に対する応力負荷システムの所定の圧縮応力は０〜５０ＭＰａである。
本実施例は、加熱システム、応力負荷システム、雰囲気制御システム及び空冷式熱衝撃システムにより、異なる温度場、雰囲気場及び応力場の設定を制御することで、温度変化過程の耐火材料試料の反応過程中の温度場、雰囲気場及び応力場を相乗的に制御することを実現し、かつ質量測定手段及び画像収集手段により、実際の使用環境により近い条件で耐火材料の高温反応挙動をオンラインで原位置試験することができる。
実施例２
図３に示すように、本実施例は、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法を提供し、以下のＳ１００ｂ〜Ｓ５００ｂを含む。
図３に示すように、本実施例は、応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法を提供し、以下のＳ１００ｂ〜Ｓ５００ｂを含む。
Ｓ１００ｂ：加熱システムにより不活性ガス保護での試料を所定の温度に加熱し、試料の温度をリアルタイムで監視する。
具体的には、試料を第１押さえ棒と第２押さえ棒の間に固定し、雰囲気制御システムを制御することにより、炉体内にアルゴンガスを導入して試料をアルゴンガス雰囲気で保護した後、加熱炉を所定の温度に昇温するように加熱システムを制御する。
Ｓ２００ｂ：応力負荷システムにより所定の温度にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷する。
具体的には、載荷機構は、第１押さえ棒の垂直方向での移動を制御することで、試料に対する圧縮応力負荷の調整を実現する。
さらに、試料に対する圧縮応力負荷の調整を実現するように、サーボモータスクリューの垂直方向での長さを制御することで、第１押さえ棒の垂直方向での移動を制御する。
Ｓ３００ｂ：雰囲気制御システムにより所定の温度にある試料に所定の雰囲気試験環境を提供する。
具体的には、雰囲気制御システムにより、炉体内に酸素ガス雰囲気、又は水蒸気雰囲気、又は酸素ガスと水蒸気の結合雰囲気を所定の雰囲気分圧となるように導入することで、試料に所定の雰囲気の試験環境を提供することを実現する。
ここで、雰囲気制御システムは、炉体の限界真空度が１×１０−２Ｐａであることを満たすことができ、炉体内の空気、酸素ガス、アルゴンガスの分圧が０〜１ａｔｍであることを満たす。水蒸気とキャリアガスの結合雰囲気中の水蒸気の分圧が０．１〜０．８ａｔｍであり、かつキャリアガスの分圧が０．２〜０．９ａｔｍであることを満たすことができる。
Ｓ４００ｂ：試料に対する冷却速度が５０〜１０００℃／ｍｉｎである空冷式熱衝撃システムにより、所定の温度にある試料を急冷処理し、試料に所定の熱応力を負荷する。
具体的には、試料が炉体チャンバーから離れるように移動レールを介して炉体を移動させ、試料が炉体から離れた後、移動機構によりエアブローノズルの密閉キャビティ内での移動を制御することで、エアブローノズルが試料にエアブローして急冷処理を行う。
Ｓ５００ｂ：検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的な作用での所定の温度にある急冷処理中の試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出する。
具体的には、検出システムにおける画像収集手段を制御することにより、温度変化過程の試料の微視的形態の変化を原位置観察し、検出システムにおける質量測定手段により、温度変化過程の試料の質量の変化を連続的に原位置記録する。
ここで、質量秤量手段は、質量１０〜２０００ｇの連続的な測定を満たすことができ、分解能は０．０１ｇである。画像収集手段は、試験対象の試料の表面形態に対する拡大倍率が１〜４０倍であることを満たすことができる。
好ましい実施形態として、加熱システムは、試料に対する加熱の昇温速度は１〜１５℃であり、所定の温度は２００〜１６００℃である。
好ましい実施形態として、試料負荷に対する応力負荷システムの所定の圧縮応力は０〜５０ＭＰａである。
本実施例は、加熱システム、応力負荷システム、雰囲気制御システム及び空冷式熱衝撃システムにより、異なる温度場、雰囲気場及び応力場の設定を制御することで、所定の温度及び急冷処理にある耐火材料試料の反応過程中の温度場、雰囲気場及び応力場を相乗的に制御し、また、質量測定手段及び画像収集手段により、実際の使用環境により近い条件で耐火材料の高温反応挙動をオンラインで原位置試験することができる。
なお、以上の具体的な実施形態は、本発明の技術案を説明するためのものに過ぎず、限定的なものではない。実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の技術案の趣旨及び範囲を逸脱することなく、本発明の技術案を修正したり同等置換をしたりすることができ、これらはすべて本発明の特許請求の範囲に含まれることを理解できる。
１− 密閉キャビティ
２− 試料
３−応力負荷システム、３０１−第１押さえ棒、３０２−第２押さえ棒、３０３−載荷機構、３０４−圧力センサ
４−空冷式熱衝撃システム、４０１−移動レール、４０２−エアブローノズル
５−加熱システム、５０１−炉体、５０２−加熱体、５０３−熱電対
６−雰囲気制御システム
７−検出システム、７０１−質量秤量手段、７０２−画像収集手段、７０１１−秤量フレーム、７０１２−秤量装置、７０２１−ＣＣＤカメラ、７０２２−三次元並進ステージ。
２− 試料
３−応力負荷システム、３０１−第１押さえ棒、３０２−第２押さえ棒、３０３−載荷機構、３０４−圧力センサ
４−空冷式熱衝撃システム、４０１−移動レール、４０２−エアブローノズル
５−加熱システム、５０１−炉体、５０２−加熱体、５０３−熱電対
６−雰囲気制御システム
７−検出システム、７０１−質量秤量手段、７０２−画像収集手段、７０１１−秤量フレーム、７０１２−秤量装置、７０２１−ＣＣＤカメラ、７０２２−三次元並進ステージ。
Claims (8)
- 応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置であって、
密閉キャビティ内に、
試料を挟持し、前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に圧縮応力負荷を与えるための応力負荷システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に熱応力を与えるための空冷式熱衝撃システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料を加熱するための加熱システムと、
前記試料の反応挙動を試験するときに前記試料に真空又は異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気制御システムと、
前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出するための検出システムと、を含み、
前記加熱システムは、
炉体と、前記炉体内に設けられた加熱体及び温度検出機構を含む加熱機構と、を含み、
前記加熱体は、前記試料を加熱するために設けられ、前記温度検出機構は、前記炉体の温度を測定するために設けられ、
前記空冷式熱衝撃システムは、
前記炉体に接続され、前記密閉キャビティ内で、前記試料が前記炉体のチャンバーから離れるように前記炉体を移動させるための移動レールと、
前記炉体のチャンバーから離れた前記試料にエアブローして急冷処理を行うためのエアブローノズル及び前記エアブローノズルの移動を制御する移動機構を含むエアブロー装置と、を含み、
前記応力負荷システムは、
第１押さえ棒及び第２押さえ棒と、前記試料を前記第１押さえ棒と第２押さえ棒との間に挟持するための挟持機構と、を含み、
前記検出システムは、
前記試料の反応挙動を試験するときに、前記試料の質量をリアルタイムで原位置監視するために設けられ、前記試料、前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒を載置するための秤量フレーム及び前記秤量フレームの底部に位置する秤量装置を含む質量秤量手段を含み、
前記秤量フレームにおいて前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒により前記試料に圧縮応力負荷を与えた状態で、前記秤量フレームに対して前記炉体を移動させ、前記加熱体による前記試料の加熱と、前記エアブローによる前記試料の急冷処理を行い、前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出する、
ことを特徴とする応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置。 - 前記雰囲気制御システムは、
前記炉体に対して真空引き処理を行うための真空ポンプユニットと、
前記真空ポンプユニットに接続され、前記真空ポンプユニットの真空数値を表示するための真空圧力センサと、
前記炉体に接続され、前記炉体内に異なるガスを導入し、前記試料に異なる雰囲気の試験環境を提供するための雰囲気置換装置と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置。 - 前記応力負荷システムは、
前記第１押さえ棒又は第２押さえ棒に接続され、前記試料に対する前記第１押さえ棒及び第２押さえ棒の圧縮応力負荷を調整するための載荷機構と、
前記載荷機構に接続され、前記試料負荷に対する前記載荷機構の圧力の数値を表示するための圧力センサと、を含む、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置。 - 前記検出システムは、
前記試料の反応挙動を試験するときに、前記試料の微視的形態をリアルタイムで原位置記録するために設けられ、前記試料の形態変化を観察するためのＣＣＤカメラ及び前記ＣＣＤカメラの位置を移動させるための三次元並進ステージを含む画像収集手段を含む、
ことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載の応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験装置。 - 請求項１−４のいずれか一項に記載の原位置試験装置を用いる応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法であって、
加熱システムにより試料を所定の温度に加熱し、前記試料の温度をリアルタイムで監視することと、
応力負荷システムにより温度変化過程にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷することと、
雰囲気制御システムにより温度変化過程にある前記試料に所定の雰囲気の試験環境を提供することと、
検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的作用での温度変化状態にある前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出すること、を含む、
ことを特徴とする応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法。 - 請求項１−４のいずれか一項に記載の原位置試験装置を用いる応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法であって、
加熱システムにより不活性ガス保護での試料を所定の温度に加熱し、前記試料の温度をリアルタイムで監視することと、
応力負荷システムにより所定の温度にある前記試料に所定の圧縮応力を負荷することと、
雰囲気制御システムにより所定の温度にある前記試料に所定の雰囲気試験環境を提供することと、
前記試料に対する冷却速度が５０〜１０００℃／ｍｉｎである空冷式熱衝撃システムにより所定の温度にある前記試料を急冷処理し、前記試料に所定の熱応力を負荷することと、
検出システムにより温度場、雰囲気場及び圧縮応力場の相乗的作用での所定の温度にある急冷処理過程における前記試料の反応挙動をリアルタイムで原位置検出すること、を含む、
ことを特徴とする応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法。 - 前記加熱システムは、前記試料に対する加熱昇温速度は１〜１５℃／ｍｉｎであり、所定の温度は２００〜１６００℃である、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法。 - 前記試料負荷に対する前記応力負荷システムの所定の圧縮応力は０より大きくかつ５０ＭＰａ以下である、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の応力下での耐火材料の反応挙動の原位置試験方法。
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