一种耐火材料传热性能测试装置及其应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种耐火材料传热性能测试装置及其应用方法，属于高温耐火材料传热性能测试设备开发技术领域。本发明专利技术所开发的设备包括红外热流发射系统和由三个相同的平行排列的数据采集单元构成的测量采集系统。本发明专利技术所开发的设备可用于同时测定稳态或非稳态条件下多个不同种类的耐火材料或同一个种耐火材料不同厚度的传热性能，具有测量数据准确可信，操作简单方便，运行平顺稳定，成本相对低廉，且通过一次实验就可获得不同温度条件下多个样品的多项热流数据等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种耐火材料传热性能测试装置及其应用方法
本专利技术涉及一种耐火材料传热性能测试装置及其应用方法，属于高温耐火材料传热性能测试设备开发

技术介绍
随着科学技术的进步发展，我国耐火材料工业迅速发展，耐火材料产量已经多年位居世界第一，但是耐火材料产业整体的技术水平和产品结构等方面与国际先进水平相比差距很大。面对我国高温工业技术的飞速发展和加入WTO后对我国耐火材料工业所形成的机遇和挑战，我国耐火材料工业也将不断地寻找出路向前发展。在高温工业的发展和技术进步的促进下，人们对耐火材料性能的认识将越来越深，要求越来越高，不断地有新的性能项目来表达耐火材料的质量和耐用性。因此，要求测定耐火材料的性能项目会越来越多。目前关于耐火材料性能的研究特别是传热性能，研究得最多的是测定耐火材料的导热系数，因为导热系数是耐火材料重要的热学性能参数，也是炉窑设计重要的热工技术参数。一般而已，耐火材料的传热与实际过程有关，可以划分稳态和非稳态两种情况，当前按照测量元件的不同，国内外耐火材料导热系数的测定方法主要有水流量平板法、十字热线法、平行热线法以及闪光法。国内的水流量平板法仅适用于测量热面温度200-1300℃,导热系数为0.03-2.00W/(m.K)的耐火材料，即使是最先进的美国ASTM水流量平板法也仅仅适用于测量温度为205-1540℃，导热系数小于等于28.8W/(m.K)的耐火材料,而且这两种测量方式的实验室精度误差约为10％，均属于稳态条件下的一维传热。而十字热线法仅适用于测量温度小于等于1250℃，导热系数小于等于1.5W/(m.K)的耐火材料，实验测量误差为10％-30％，该测量方法属于非稳态导热法；平行热线法与十字热线法一样，也是属于非稳态导热法，仅适用于测量温度小于等于1250℃，导热系数小于等于25W/(m.K)的耐火材料，实验测量误差为10％-30％。此外，闪光法仅适合于测量-200-2000℃，导热系数为0.05-2000W/(m.K)的耐火材料，属于非稳态导热法。由此看来，测试耐火材料的导热系数时，需要选择不同的方法，对于轻质耐火材料而言，一般宜选用水流量平板法，对于非含碳和非导电的重质耐火材料而言，一般宜选用十字热线法和平行热线法，而对于含碳和导电的耐火材料来说，适宜选用闪光法进行测量。总之，采用以上这些方法进行耐火材料导热系数测定时，通过一次试验无法同时对稳态和非稳态条件下耐火材料的导热系数进行测定，而且还与耐火材料类型有很大的关系，除此之外，实验测量产生的误差也很大，无法满足现代耐火材料性能项目特别是传热性能的研究。因此，需要开发新的方法来弥补这些方法存在一定的不足和劣势，更加精确地测量和表征耐火材料的传热性能，为现代工业科技服务。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种能同时测量多个耐火材料传热性能的装置和方法。该方法优势明显，能完全再现实际过程中耐火材料实际的传热性能，具有广泛的应用前景，可为生产实际和学术科研提供可靠的理论依据和技术保障。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；包括红外热流发射系统和测量采集系统。其中红外热流发射系统位于测量采集系统的正上方；所述红外热流发射系统由24根真空密闭的钨合金丝灯组成的灯组(9)、红外热流发射功率控制装置(1)、倒“U”型反光灯罩(2)、挡光板(3)、通光孔(4)、通光孔盖板(16)和空气冷却装置(13)组成；所述通光孔(4)设置在挡光板(3)上；所述空气冷却装置(13)用于保护倒“U”型反光灯罩(2)；所述测量采集系统由三个相同的平行排列的数据采集单元构成，其中的一个数据采集单元(17)包括第一热电偶(10)、第二热电偶(11)、第三热电偶(15)，侧壁包覆有绝热材料(6)并与水冷却装置(8)相连的铜模模具(7)、数据采集器(12)和铜模模具升降控制装置(14)；所述铜模模具(7)位于通光孔垂直投影的正下方，铜模模具内至少设有2个在同一条垂直线上的第一热电偶(10)和第二热电偶(11)，侧壁包覆有绝热材料(6)且铜模模具(7)的底部与水冷却装置(8)连通，所述铜模模具(7)的顶端用于放置耐火材料样品(5)；所述数据采集器(12)与第三热电偶(15)、第一热电偶(10)和第二热电偶(11)相连。本专利技术所用热电偶优选为K型铠装热电偶。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述红外热流发射系统的真空密闭的钨合金丝灯组(9)采用发射功率可连续调节的真空密闭的钨合金丝灯，由至少12根平行排列的真空密闭的钨合金丝灯组成一排水平设置在通光孔(4)上部，且钨合金丝灯组(9)与通光孔(4)两者之间的垂直距离为3-5cm。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述红外热流发射系统中的空气冷却装置(13)用于冷却倒“U”型反光灯罩(2)；所述红外热流发射系统中的通光孔(4)设置在挡光板(3)上；所述红外热流发射系统中的通光孔(4)垂直投影于铜模模具(7)顶部的耐火材料样品(5)上。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述红外热流发射系统中的通光孔(4)设置在挡光板(3)上,用于防止样品中的挥发份腐蚀真空密闭的钨合金丝灯；本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述通过孔(4)设置有通光孔盖板(16)，能自行选择开和关，可以同时实现对多个样品进行测量。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述钨合金丝灯(9)以组的形式设在倒“U”型反光灯罩(2)的下方，灯罩将钨合金丝灯泡所产生的发散光转变为垂直向下的平行均匀光束，然后通过长方形的通光板(4)垂直均匀地照射到耐火材料样品(5)上。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述铜模模具(7)底部与水冷装置(8)接触，侧壁包覆有绝热材料(6)，热流发射系统与耐火材料样品(5)与铜模模具(7)之间的传热可以处理为单方向的一维传热。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述耐火材料样品(5)为圆柱型，直径为3-5cm，厚度为0.5-6.0cm。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述铜模模具(7)内设有2个在同一条垂直线上的K型铠装第一热电偶(10)和第二热电偶(11)；第一热电偶(10)和第二热电偶(11)测温点均处于铜模模具的正中心位置，且第一热电偶(10)到铜模模具(7)顶部的距离为0.5-2.5mm、优选为1mm；第二热电偶(11)到铜模模具(7)顶部的距离为2.5-6.0mm、优选为4mm。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；所述耐火材料样品为各种承受高温的设备(如钢包、矿热炉、转炉、回转炉窑等)炉衬用耐火材料。本专利技术一种耐火材料传热测试装置；装置工作时，所述数据采集系统(12)能连续不断地采集K型铠装第三热电偶(15)以及设置在铜模模具(7)内的K型铠装第一热电偶(10)、第二热电偶(11)所测的温度数据。本专利技术一种耐火材料传热性能测试装置的应用方法包括下述步骤：步骤一制备耐火材料样品将待测炉衬用耐火材料进行切割，然后按照金相制样的流程进行打磨，最后进行抛光处理，从而制备出直径与铜模直径相同，耐火材料样品上下表面平行，厚度为0.5-6.0cm的耐火材料样品(5)；步骤二测量准备工作将制备好的1-3个耐火材料样品(5)置于不同铜模模具(7)的顶部后，通过升降控制装置调节铜模模具(7)与通光孔(4)之间的距离，然后选择打开相应的通光盖板，让通光孔的垂直投本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐火材料传热性能测试装置；其特征在于：该测试装置包括红外热流发射系统和测量采集系统；其中红外热流发射系统位于测量采集系统的正上方；所述红外热流发射系统由24根真空密闭的钨合金丝灯组成的灯组(9)、红外热流发射功率控制装置(1)、倒“U”型反光灯罩(2)、挡光板(3)、通光孔(4)、通光孔盖板(16)和空气冷却装置(13)组成；所述通光孔(4)设置在挡光板(3)上；所述空气冷却装置(13)用于保护倒“U”型反光灯罩(2)；所述测量采集系统由三个相同的平行排列的数据采集单元构成，其中的一个数据采集单元(17)包括第一热电偶(10)、第二热电偶(11)、第三热电偶(15)，侧壁包覆有绝热材料(6)并与水冷却装置(8)相连的铜模模具(7)、数据采集器(12)和铜模模具升降控制装置(14)；所述铜模模具(7)位于通光孔垂直投影的正下方，铜模模具内至少设有2个在同一条垂直线上的第一热电偶(10)和第二热电偶(11)，侧壁包覆有绝热材料(6)且铜模模具(7)的底部与水冷却装置(8)连通，所述铜模模具(7)的顶端用于放置耐火材料样品(5)；所述数据采集器(12)与第三热电偶(15)、第一热电偶(10)和第二热电偶(11)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种耐火材料传热性能测试装置；其特征在于：该测试装置包括红外热流发射系统和测量采集系统；其中红外热流发射系统位于测量采集系统的正上方；所述红外热流发射系统由24根真空密闭的钨合金丝灯组成的灯组(9)、红外热流发射功率控制装置(1)、倒“U”型反光灯罩(2)、挡光板(3)、通光孔(4)、通光孔盖板(16)和空气冷却装置(13)组成；所述通光孔(4)设置在挡光板(3)上；所述空气冷却装置(13)用于保护倒“U”型反光灯罩(2)；所述测量采集系统由三个相同的平行排列的数据采集单元构成，其中的一个数据采集单元(17)包括第一热电偶(10)、第二热电偶(11)、第三热电偶(15)，侧壁包覆有绝热材料(6)并与水冷却装置(8)相连的铜模模具(7)、数据采集器(12)和铜模模具升降控制装置(14)；所述铜模模具(7)位于通光孔垂直投影的正下方，铜模模具内至少设有2个在同一条垂直线上的第一热电偶(10)和第二热电偶(11)，侧壁包覆有绝热材料(6)且铜模模具(7)的底部与水冷却装置(8)连通，所述铜模模具(7)的顶端用于放置耐火材料样品(5)；所述数据采集器(12)与第三热电偶(15)、第一热电偶(10)和第二热电偶(11)相连。2.根据权利要求1所述的一种耐火材料传热性能测试装置；其特征在于：所述通光孔(4)的直径为5cm，一共三个，平行排列分布，均位于反光灯罩产生平行光的区域中心，通光孔盖板可以通过旋转进行开关，与挡光板都是采用高温绝热材料。3.根据权利要求1所述的一种耐火材料传热性能测试装置；其特征在于：所述挡光板(3)距离灯罩(2)反射面的垂直距离为5cm。所述钨合金丝灯组(9)由24根钨合金丝灯组成，平行紧密分布，相互之间的距离为0.5cm，其红外发射的功率可以调节，发射的光束通过倒“U”型的灯罩(2)反射后形成平行光，并通过通光孔垂直照射到耐火材料样品(5)上，最高温度可达1900℃。4.根据权利要求1所述的一种耐火材料传热性能测试装置；其特征在于：所述铜模模具(7)的半径与通光孔(4)的相同，铜模模具表面距离挡光板下表面的垂直距离为0-10cm，热电偶(10)和(11)的垂直距离为2mm，热电偶(10)距离铜模上表面为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万林，谢森林，高尔卓，余杰，李欢，张磊，李红超，黄道远，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43