隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法技术

本发明专利技术公开隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，测定隔热耐火材料不同温度下的导热系数，做出导热系数‑温度曲线，拟合成直线，导热系数偏离线性规律的最低温度，即为隔热耐火材料的最佳使用温度；对隔热耐火材料进行热疲劳循环试验，测定隔热耐火材料的导热系数，经

Test method for optimum service temperature and thermal fatigue life of insulating refractories

【技术实现步骤摘要】
隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法
本专利技术属于隔热耐火材料
，具体涉及隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法。
技术介绍
我国是耐火材料生产大国,所生产各种耐火材料当中，隔热耐火材料将占据越来越重要的地位。2018年1-9月，全国耐火材料产量1468.59万吨，同比增长3.25％。其中致密定形耐火材料910.32万吨，同比增长2.27％；隔热耐火材料44.32万吨，同比增长21.74％；不定形耐火材料513.95万吨，同比增长3.64％。由此可见隔热耐火材料增长远大于其他品种耐火材料。导热系数是隔热耐火材料最重要的性能指标。材料的导热系数与温度的关系在不同条件下会呈现不同的模式，如可能是线性增加，也可能是二次函数降低。因此通过研究导热系数在长时间或热疲劳条件下的变化，能反映材料结构和性能的变化，进而可以掌握材料的能够长期使用的最高温度即最佳使用温度，也可以判断材料在多次热疲劳条件下是否达到寿命极限，这对于窑炉的停窑操作和维修计划，具有极其重要的指导意义。随着高温行业智能装备水平的不断提升，对优质高效、长寿命和功能性耐火材料需求量显著增加，如何评价隔热耐火材料的最佳使用温度，尤其是如何对比分析或预测隔热耐火材料的使用寿命，对其合理选材、合理使用和延长使用寿命至关重要，对优化窑衬的维修周期和节能降耗起着关键作用；另外使用要求不同，评价侧重点不同，结果可能有偏差。目前最佳使用温度的判断方法包括：(1)建立数据库：通过实际的使用经验积累，记录下使用的耐火材料的使用情况，使用温度，年限，窑次等。优点：确保了得到数据的准确定性。缺点：需要大量物力财力以及时间积累才能建立起较为完备的数据库。(2)物相组成分析：通过得到耐火材料的各个物相组成比例分析其最佳使用温度及相关寿命。优点：时间成本较小且所需时间较短。缺点：准确度不确定且会由于杂质的存在使得分析得到最佳使用温度偏高而实际达不到。(3)经验公式计算：通过大量公式计算，综合考虑气孔率，成分组成以及结构等对最佳使用温度的影响建立函数关系。优点：可不通过试验分析，仅通过相关公式推导。缺点：由于最佳使用温度及相关寿命是一个综合作用下的结果，影响因素众多，目前没有精确的经验公式可以计算。因此，目前国内外没有简单且有效的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决国内外没有简单且有效的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法的问题，提供了一种隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，简单、有效且结果准确可靠，既弥补采用经验公式计算带来的实际误差和物相组成分析的准确度不确定，也避免了建立数据库方法消耗的大量时间和财力物力。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术提供了一种隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，测定隔热耐火材料不同温度下的导热系数，做出导热系数-温度曲线，拟合成直线，导热系数偏离线性规律的最低温度，即为隔热耐火材料的最佳使用温度Topt；在相同的起始温度、加热速率、保温时间、冷却速率和终止降温温度下，对隔热耐火材料进行热疲劳循环试验，测定隔热耐火材料的导热系数，经Nmax+1次热循环后，导热系数出现显著变化，则最大热循环次数Nmax为隔热耐火材料在该热疲劳条件下的热疲劳寿命Nmax。进一步地，所述导热系数出现显著变化是指导热系数变化超过规定允许误差。所述误差指的是热疲劳测试时，将热疲劳后的导热系数(第N次升温,N≥2)与第一次测试(第1次升温)的导热系数值进行对比，即导热系数增长百分比(也称为导热系数增长率)，为(第N次导热系数值-第1次导热系数值)除以第1次导热系数值再乘以100％。进一步地，所述规定允许误差为10％。进一步地，所述隔热耐火材料导热系数的测定采用水流量平板法。进一步地，所述采用水流量平板法测定隔热耐火材料的导热系数的具体步骤包括：(1)干燥及热处理：将隔热耐火材料试样和垫板在110℃±5℃下干燥至恒重，或按耐火材料的工艺要求进行处理；所述试样为n块，n≥2，每块试样的两个端面应平整，平行度高于1mm；(2)测量试样的厚度；(3)将试样和垫板装入电加热炉：在电加热炉的量热器上铺满两层玻璃纤维布，在纤维布上放置垫板，将第一支测温热电偶T1端点放置在垫板中心处，然后将第一块试样放置在垫板上，再将第二支测温热电偶T2热端设置在第一块试样的上表面中心，然后放置第二块试样；依次类推，放置第n-1支测温热电偶Tn-1，第n-1块试样，第n支测温热电偶Tn，第n块试样，第n块试样上表面中心放置第n+1支测温热电偶Tn+1，再放置均热用的均热板；(4)加热并测量：从室温逐渐加热至试验温度，在试验温度下恒温至少60min，测定不同温度下的导热系数。进一步地，步骤(2)测量试样的厚度的具体步骤为：试样为硬质材料时，用游标卡尺测量四个边长中点的厚度，反复测量三次，然后取其平均值；试样为软质材料或散状料时，用测厚仪测试其厚度，测量厚度精确到0.02mm。进一步地，步骤(3)在垫板上或者试样放置测温热电偶的具体步骤为：在垫板或者试样上表面沿测温热电偶放置处刻一个宽度为0.5mm、深度为0.5mm的热电偶设置槽，将测温热电偶热端放置在垫板或者试样的中心处，使用被测试样研磨的细粉，加糊精和水，把测温热电偶固定在热电偶设置槽内。进一步地，n为2或3或4；当n为2时，步骤(3)为：将试样和垫板装入电加热炉：在电加热炉的量热器上铺满两层玻璃纤维布，在纤维布上放置垫板，将第一支测温热电偶T1端点放置在垫板中心处，然后将第一块试样放置在垫板上，再将第二支测温热电偶T2热端设置在第一块试样的上表面中心，然后放置第二块试样；第二块试样上表面中心放置第三支测温热电偶T3，再放置均热用的均热板；当n为3时，步骤(3)为：将试样和垫板装入电加热炉：在电加热炉的量热器上铺满两层玻璃纤维布，在纤维布上放置垫板，将第一支测温热电偶T1端点放置在垫板中心处，然后将第一块试样放置在垫板上，再将第二支测温热电偶T2热端设置在第一块试样的上表面中心，然后放置第二块试样；依次类推，放置第3支测温热电偶T3，第3块试样，第3块试样上表面中心放置第四支测温热电偶T4，再放置均热用的均热板；当n为4时，步骤(3)为：将试样和垫板装入电加热炉：在电加热炉的量热器上铺满两层玻璃纤维布，在纤维布上放置垫板，将第一支测温热电偶T1端点放置在垫板中心处，然后将第一块试样放置在垫板上，再将第二支测温热电偶T2热端设置在第一块试样的上表面中心，然后放置第二块试样；依次类推，放置第3支测温热电偶T3，第3块试样，第4支测温热电偶T4，第4块试样，第4块试样上表面中心放置第五支测温热电偶T5，再放置均热用的均热板；进一步地，所述步骤(4)的加热速率和恒温时间为：当隔热耐火材料为定形隔热耐火材料时：试验温度≤1250℃，室温加热至低于试验温度的50℃时，加热速率为3～5℃/min；距离试验温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，/n测定隔热耐火材料不同温度下的导热系数，做出导热系数-温度曲线，拟合成直线，导热系数偏离线性规律的最低温度，即为隔热耐火材料的最佳使用温度

【技术特征摘要】
1.隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，
测定隔热耐火材料不同温度下的导热系数，做出导热系数-温度曲线，拟合成直线，导热系数偏离线性规律的最低温度，即为隔热耐火材料的最佳使用温度Topt；
在相同的起始温度、加热速率、保温时间、冷却速率和终止降温温度下，对隔热耐火材料进行热疲劳循环试验，测定隔热耐火材料的导热系数，经Nmax+1次热循环后，导热系数出现显著变化，则最大热循环次数Nmax为隔热耐火材料在该热疲劳条件下的热疲劳寿命Nmax。


2.根据权利要求1所述的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，所述导热系数出现显著变化是指导热系数变化超过规定允许误差。


3.根据权利要求1所述的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，所述规定允许误差为10%。


4.根据权利要求1所述的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，所述隔热耐火材料导热系数的测定采用水流量平板法。


5.根据权利要求4所述的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，所述采用水流量平板法测定隔热耐火材料的导热系数的具体步骤包括：
（1）干燥及热处理：将隔热耐火材料试样和垫板在110℃±5℃下干燥至恒重，或按耐火材料的工艺要求进行处理；所述试样为n块，n≥2，每块试样的两个端面应平整，平行度高于1mm；
（2）测量试样的厚度；
（3）将试样和垫板装入电加热炉：在电加热炉的量热器上铺满两层玻璃纤维布，在纤维布上放置垫板，将第一支测温热电偶T1端点放置在垫板中心处，然后将第一块试样放置在垫板上，再将第二支测温热电偶T2热端设置在第一块试样的上表面中心，然后放置第二块试样；依次类推，放置第n-1支测温热电偶Tn-1，第n-1块试样，第n支测温热电偶Tn，第n块试样，第n块试样上表面中心放置第n+1支测温热电偶Tn+1，再放置均热用的均热板；
（4）加热并测量：从室温逐渐加热至试验温度，在试验温度下恒温至少60min，测定不同温度下的导热系数。


6.根据权利要求5所述的隔热耐火材料最佳使用温度及热疲劳寿命的测试方法，其特征在于，步骤（2）测量试样的厚度的具体步骤为：试样为硬质材料时，用游标卡尺测量四个边长中点的厚度，反复测量三次，然后取其平均值；试样为软质材料或散状料时，用测厚仪测试其厚度，测量厚度精确到0.02mm。


7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨道媛，罗嘉华，陈静波，张书胜，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41