Refractories Load Softening Temperature Tester

耐火材料高温荷重软化温度测试仪技术方案

1 设备概述简介

耐火材料高温荷重软化温度测试仪：荷重软化温度试验炉

高温荷重软化温度测试仪是一种专门用于测定耐火材料在高温环境下抵抗荷重软化能力的关键检测设备。该耐火材料高温荷重软化温度测试仪通过模拟工业高温窑炉中耐火材料所承受的高温与机械应力双重作用,精确测定材料在恒定载荷下随着温度升高而发生形变的临界温度点,即荷重软化温度。这一参数对评估耐火材料在高温工业应用中的结构稳定性和使用寿命具有至关重要的指导意义,广泛应用于钢铁、水泥、玻璃、有色金属等高温工业领域耐火材料的质量检验、新品研发及工艺改进。

该耐火材料高温荷重软化温度测试仪采用先进的电加热技术和高精度形变测量系统,能够在最高1700℃的高温环境下,按照国际标准和国家标准规定的升温和加载条件,对标准尺寸的耐火材料试样进行精确测试,获取材料的开始变形温度、4%变形温度、溃败温度等关键参数。设备集成了精密机械传动、精确温度控制和实时形变监测等多重系统,确保测试结果的准确性和重复性,为耐火材料生产企业、使用单位和科研机构提供可靠的数据支持。

2 遵循标准

本设备严格遵循国内外耐火材料测试的相关标准规范,确保测试结果的国际互认性和行业认可度。设备设计遵循以下新标准要求:

设备遵循的标准规范

国家标准GB/T 5989-2023《耐火材料 荷重软化温度试验方法(示差升温法)》

国家标准GB/T 5989-2008《耐火材料 荷重软化温度试验方法 示差升温法》(全部被2023版代替)

行业标准YB/T 370-2016《耐火材料 荷重软化温度试验方法(非示差-升温法)》

国际标准ISO 1893:2007《耐火制品 荷重软化温度的测定 示差升温法》

制定中标准20254545-T-469《耐火泥浆 第11部分:荷重软化温度试验方法(非示差—升温法)》(制定中)

设备除了符合上述专用标准外,其电气安全性能符合GB/T 15478-2015《仪器仪表安全要求》,控制系统符合GB/T 33989-2017《工业自动化产品安全要求》等相关通用技术标准。当标准更新时,设备可通过软件升级和部件更换满足新标准要求,确保技术的先进性和标准的符合性。

3 设备用途

高温荷重软化温度测试仪主要应用于以下领域和材料的测试:

耐火材料制品测试:适用于致密定形耐火制品、定形隔热耐火制品、不定形耐火材料等多种耐火产品的荷重软化温度测试。具体包括粘土质、高铝质、硅质、镁质、刚玉质等二十余类耐火制品。设备能够测试材料在高温高压条件下的抗变形能力,为材料配方优化和应用选型提供数据支撑。

耐火泥浆测试:特别适用于耐火泥浆在一定载荷下高温性能的评价。目前国内外均缺乏有效评价耐火泥浆荷重软化温度的检测手段,本设备可为制定中的国家标准《耐火泥浆 第11部分:荷重软化温度试验方法(非示差—升温法)》提供测试平台。

质量控制和研发:用于耐火材料生产企业的原料检验、过程控制和成品检测,确保产品质量符合标准要求;同时适用于科研院所和高校的新材料研发、应用研究和对比分析,推动耐火材料技术进步和创新。

高温性能综合评价:除了标准的荷重软化温度测试,设备还可进行材料在保护气氛条件下的高温性能测试、高温抗氧化性能测试等,全面评估材料在复杂高温环境下的使用性能。

4 试验原理

高温荷重软化温度测试基于两种互补的测试原理:示差升温法和非示差升温法。

4.1 示差升温法原理

示差升温法是GB/T 5989-2023标准规定的核心测试方法,其基本原理为:将标准尺寸的圆柱体试样(Φ36×50mm或相应尺寸长方体)置于加热炉内,通过上压棒施加恒定机械载荷(通常为0.2MPa),以规定的升温速率(如4.5-5.5℃/min)对试样和炉内参比物(氧化铝管)同时加热。设备通过示差热电偶系统连续测量试样与参比物之间的温度差值(ΔT),当试样开始收缩变形时,由于试样与加热元件的相对位置变化导致ΔT发生变化。通过监测ΔT-温度曲线的变化,精确确定试样的开始变形温度(T0)、特定变形量温度(如T0.5、T1、T2等)和最大变形温度。

4.2 非示差升温法原理

非示差升温法主要依据YB/T 370-2016行业标准,适用于那些不适合使用示差法测试的耐火材料,如耐火浇注料、耐火可塑料等不定形耐火材料。该方法直接对试样施加恒定载荷,以规定升温速率加热,通过高精度位移传感器直接测量试样在加热过程中的高度变化,记录变形量与温度的关系曲线。通过分析变形曲线,确定试样的荷重软化开始温度、4%变形温度、溃败温度等特征参数。

两种方法的本质区别在于:示差法通过温度差变化间接反映试样变形,灵敏度高,适用于精确测定变形起始点;非示差法则通过直接位移测量获取变形量,适用于变形量较大的材料测试。现代高性能荷重软化温度测试仪通常集成两种测量原理,可根据测试要求灵活切换。

5 主要技术参数

设备名称:高温荷重软化温度测试仪

英文名称:Refractories Load Softening Temperature Tester

设备型号:STR HRY-02Y型

设备结构:立式框架结构,由主机、加热系统、加载系统、测量系统、气路系统和控制柜组成

温度参数:最高工作温度:1700℃

长期使用温度:≤1650℃

升温速率:0～10℃/min可调

控温精度:±1℃

温度分辨率:0.1℃

载荷参数:最大载荷:5000N

载荷精度:±1%

常用试验载荷:0.1MPa、0.2MPa、0.5MPa(可调)

变形测量:位移计量程:0～5mm

位移计精度:0.5%

变形分辨率:0.001mm

试样规格:标准试样:Φ36×50mm圆柱体或相应尺寸长方体

试样数量:1个/次(标准配置)

加热系统:加热元件:优质钼硅棒

额定功率:12-15kVA

电源要求:AC380V±10%,50Hz,三相五线制

气氛系统:保护气氛:空气或氮气等保护气氛

气体流量:0-5L/min(可调)

控制系统:控制方式:PC+PLC全自动控制

数据采集:实时采集温度、变形、载荷数据

曲线显示:实时显示温度-变形、温度-时间曲线

数据输出:自动生成测试报告,支持数据导出

型号规格主要技术参数 

6 可增选配置

为满足用户特殊测试需求和功能扩展,设备提供以下可增选配置:

多试样测试系统:可增配至3个测试工位,实现同时测试多个试样,大幅提高测试效率,特别适用于批量检测和对比试验。

增强型气氛系统:增配高精度气体流量控制器、气氛净化装置和氧浓度传感器,实现精确的气氛控制和监测,满足特殊材料在还原性或保护性气氛中的测试要求。

高温摄像观察系统:通过耐高温石英观察窗和高温内窥镜,结合CCD摄像系统,实时观察试样在测试过程中的形貌变化,为变形机理研究提供直观影像资料。

变形测量增强系统:增配激光位移传感器或接触式双位移传感器,提高变形测量的精度和可靠性,特别适用于低蠕变材料的测试。

数据管理系统:增配实验室信息管理系统(LIMS)接口,实现测试数据与实验室管理系统的无缝对接,支持数据追溯、统计分析和报告自定义。

安全增强系统:增配紧急冷却系统、双重过温保护装置和远程监控接口,提升设备安全性能和自动化管理水平。

7 结构特点

7.1 模块化结构设计

高温荷重软化温度测试仪采用先进的模块化设计理念,将整机分为主机框架、加热系统、加载系统、测量系统、气路系统和控制系统六大模块。这种设计便于设备的安装、维护和功能扩展,同时提高了系统的可靠性和可维修性。

主机框架采用优质钢结构和精密铸造部件,经过严格的应力消除处理,确保在高温和高载荷条件下长期保持结构稳定性和几何精度。设备外观采用静电喷涂工艺,耐腐蚀、易清洁;内部结构采用分层设计,电气单元与机械单元有效隔离,避免相互干扰。

7.2 加热系统特点

加热系统是设备的核心模块,采用优质钼硅棒作为加热元件,布置在加热炉的四周,形成均匀的加热区域。加热炉采用多层复合结构,由氧化铝纤维隔热层、氧化锆高温层和不锈钢外壳组成,既保证了高温下的低热损失,又确保了炉体表面的安全温度。加热炉设计有快速冷却系统,通过可控制的气冷或水冷装置,大幅缩短试验间隔时间,提高测试效率。

7.3 加载系统特点

加载系统采用精密机械传动配合伺服电机控制,实现载荷的平稳、精确施加。系统内置压力传感器和缓冲装置,确保载荷的准确性和稳定性,避免冲击载荷对试样的影响。加载机构设计有自动对中装置,保证载荷沿试样轴线方向传递,避免偏载导致的测试误差。

7.4 测量系统特点

测量系统集成了高精度温度测量、位移测量和载荷测量子系统。温度测量采用B型热电偶(铂铑30-铂铑6)作为工作热电偶,配合高精度AD转换模块,实现温度的精确测量;位移测量采用高精度光栅尺或LVDT位移传感器,直接测量试样的实际变形量;载荷测量采用应变式压力传感器,实时监测试验载荷的变化。各测量通道均采用隔离和屏蔽技术,有效抑制干扰,保证测量数据的准确性。

7.5 控制系统特点

控制系统采用PC+PLC的先进控制架构,PC机负责人机交互、数据存储和报告生成,PLC负责实时控制、数据采集和安全监控。控制软件基于Windows平台开发,具有图形化操作界面、实时曲线显示、数据自动保存和异常报警等功能。软件内置标准测试程序,用户也可根据需要自定义测试参数和流程,满足特殊测试要求。

8 标准配置

设备的标准配置包括完成常规荷重软化温度测试所需的全部硬件和软件:

主机系统:包括高强度框架、加热炉体、冷却系统等。

加载系统:伺服加载单元、压力传感器、载荷传动机构1套。

测量系统:B型热电偶2支(一支用于控温,一支用于测量)、光栅尺位移传感器1套。

气路系统:保护气氛接口、流量计和调节阀1套。

控制系统:工业控制计算机(含显示器)、PLC控制器、数据采集模块1套。

软件系统:高温荷重软化温度测试专用软件1套。

试样工具:标准试样模具(Φ36×50mm)1套,试样上下垫片(氧化铝材质)2套。

安装辅助工具:专用扳手、对中工具、水平仪等1套。

技术文档:使用说明书、安装手册、电气原理图、合格证等1套。

9 易损件清单

为确保设备持续稳定运行,用户应储备以下易损件:

加热元件:钼硅棒加热体,使用寿命约1000-1500小时,建议储备1套。

热电偶:B型热电偶(铂铑30-铂铑6),使用寿命约6-12个月,建议储备1-2支。

试样垫片:高纯氧化铝上、下垫片,易在试验后与试样粘连,每50-100次试验需更换,建议储备20-30套。

压棒与支撑棒:氧化铝材质,长期使用会出现磨损,建议储备1-2套。

密封材料:炉门密封圈和气体接头密封圈,耐高温硅橡胶材质,建议储备1套。

保险管:主电路和控制电路保险管,建议储备5-10个。

10 设备使用寿命

在正常使用、定期维护和遵守操作规范的条件下,高温荷重软化温度测试仪的使用寿命可达5-10年。具体使用寿命受以下因素影响:

使用频率:设备每天运行8小时,每周5天的常规使用条件下,可达到设计寿命;连续高强度使用会相应缩短设备寿命。

工作温度:经常在接近极限温度(1700℃)下工作,加热元件和炉衬材料损耗会加快,建议尽量避免不必要的极限温度运行。

维护保养:定期进行设备维护保养可显著延长使用寿命,建议每运行1000小时进行一次全面保养。

环境条件:在符合要求的环境条件下使用,避免腐蚀性气体、振动源等有害因素影响,可延长设备寿命。

设备在整个生命周期内,制造商持续提供技术支持和备件供应,确保用户能够获得原厂正品备件和专业技术服务。

11 售后质保

设备提供全面的售后服务和质保政策:

质保期:整机质保12个月,自设备验收合格之日起计算。加热元件、热电偶等易损件质保6个月。

安装调试:提供免费的现场安装调试服务,确保设备正常投入运行。

技术培训:提供现场技术培训,包括设备操作、维护保养、简单故障排除等内容。

售后响应:提供7×24小时技术咨询,故障问题时2小时内响应,48小时内提供解决方案。

软件升级:在质保期内,提供免费的软件升级服务,确保设备符合最新标准要求。

延保服务:质保期满后,可签订延保合同,提供有偿维修和保养服务。

12 包装运输

设备采用专业的工业包装方案,确保运输安全:

包装方式:主机采用高强度木质框架箱,内部采用防震材料固定;小型配件和易损件采用独立纸箱包装,再集中装入大木箱。控制计算机等精密电器采用原厂包装加外木箱加固。

包装材料:采用符合国际植物检疫标准的实木材料,内部使用防潮膜、泡沫塑料和EPE珍珠棉等多重防护。

运输标识:外包装明显位置标注"精密仪器"、"防潮"、"防震"、"向上"等标识,提供设备照片和联系人信息。

运输方式:建议采用专业物流公司进行运输,设备到货后需检查包装完好性,如有损坏立即联系运输公司索赔。

13 使用环境要求

为确保设备正常运行和测试精度,使用环境需满足以下要求:

场地空间:设备主机占地面积约1.5m×1.2m,后方预留至少0.8m维修空间;实验室总使用面积建议不小于15㎡。

环境条件:环境温度15-30℃,相对湿度≤70%(无冷凝);空气中无腐蚀性气体、无大量粉尘;避免阳光直射设备。

电源要求:AC380V±10%,50Hz,三相五线制,容量不小于25kVA,需独立空气开关控制;接地电阻≤4Ω。

气源要求:如需保护气氛,需要高纯氮气或氩气(纯度≥99.95%),入口压力0.2-0.5MPa,流量0-5L/min。

基础条件:设备需安装在稳固的水平基础上,基础承重不小于500kg/m2;避免与大型振动设备(如破碎机、压力机)同室安装。

通风条件:实验室需配备排风系统,确保试验过程中产生的热量能及时排出,保持室内舒适温度。

14 使用注意事项

为确保设备安全运行和延长使用寿命,使用时需特别注意以下事项:

14.1 加热元件保护

加热元件是设备的核心部件,价格昂贵,需特别注意保护:

防止过热:严禁在超过1700℃的极限温度下长期运行,避免加热元件过快老化。

电流控制:手动预热炉膛时,持续电流不得超过200A,防止电流冲击损坏加热元件。

避免接触:装卸试样时需轻拿轻放,不得碰触发热体,防止机械损伤。

防污染保护:避免试样熔化后污染加热元件,如试样可能熔化,需使用氧化铝垫片或坩埚保护。

14.2 安全操作注意事项

高温防护:设备运行时炉体表面温度可达100℃以上,操作时需佩戴高温手套,防止烫伤。

电气安全:设备通电时严禁打开控制柜门,维修前必须切断电源并挂警示牌。

试样安装:上、下垫片、试样、压棒必须和支撑棒同心且平衡,避免偏载导致测试误差或设备损坏。

升温控制:开始升温时必须手动升温,防止发热体和变压器烧毁。

气体使用:使用保护气氛时,确保实验室通风良好,防止窒息风险。

紧急情况:设备异常时立即按下急停按钮,切断电源,联系专业人员处理。

14.3 日常维护注意事项

定期检查:每周检查一次加载系统运行是否平稳,每月检查一次加热元件和电气连接。

清洁保养:定期清洁设备表面,保持设备干净;清洁时使用软布,避免使用腐蚀性清洁剂。

校准计划:按计划对温度、位移和载荷传感器进行校准,建议校准周期不超过12个月。

记录保存:详细记录设备使用情况、维护保养和故障处理,建立完整的设备档案。

15 标准操作规程(SOP)

为确保测试结果的准确性和可靠性,请严格按照以下标准操作规程操作:

15.1 试验前准备

试样制备:按标准要求制备Φ36×50mm圆柱体试样或相应尺寸长方体试样,试样两端面需平整、平行且无可见裂纹。

设备检查:检查设备各部件是否完好,电源线、气路连接是否可靠,测量传感器是否正常。

工具准备:准备安装试样所需的工具,包括对中棒、陶瓷垫片、坩埚钳等。

参数设置:根据测试标准在控制软件中设置试验参数,包括升温速率(通常为5-6℃/min)、载荷大小(通常为0.2MPa)、保护气体流量等。

15.2 试样安装

对中调整:将下垫片放置在支撑棒上,使用对中棒调整下垫片中心位置,确保与支撑棒同心。

放置试样:将试样小心放置在垫片上,确保试样与垫片接触良好。

安装上垫片:将上垫片放置在试样上,然后安装压棒,确保整个加载系统垂直对中。

移除对中棒:小心移除对中棒,避免扰动已安装好的试样和垫片。

调整位移计:调整位移计位置,使位移显示在合适位置,通常预置2-3mm的测量余量。

15.3 试验过程

施加载荷:通过控制系统施加预定的试验载荷,确保载荷平稳施加,无冲击。

炉膛预热:通过温控仪手动预热炉膛至200℃左右,然后转入自动运行。

开始试验:在控制软件中启动自动测试程序,设备将按照设定的升温速率开始加热,同时自动记录温度、变形量和时间数据。

过程监控:观察温度-变形曲线变化,注意设备运行是否正常,如有异常立即中断试验。

试验终止:当试样变形达到预设值(如5mm)或温度达到最高限值(1700℃)时,设备自动停止加热。

15.4 试验后操作

卸载载荷:试验结束后,将载荷卸至零。

取出试样:待炉温冷却至200℃以下后,小心取出试样和垫片,观察试样形态。

数据保存:保存试验数据,生成测试报告,包括特征温度点、温度-变形曲线等。

设备清洁:清洁设备,取出试样残留物,为下一次试验做好准备。

设备状态:长时间不使用时,关闭设备总电源和气源。

15.5 数据处理

曲线分析:根据温度-变形曲线,按标准方法确定开始变形温度(T0)、特定变形量温度(T0.5、T1、T2、T5等)和溃败温度。

结果验证:检查测试结果的重复性和合理性,如出现异常数据,分析可能原因。

报告生成:按照标准格式生成正式测试报告,包括试样信息、测试条件、结果数据和曲线图等。

16 专业操作强调

本荷重软化温度试验炉需要专业人员操作使用,未经培训合格人员严禁操作设备,以确保人身安全和设备正常运行。

16.1 人员资质要求

专业背景:操作人员应具备材料科学、无机非金属材料或相关专业背景,熟悉耐火材料基本性能和测试原理。

培训认证:操作人员必须接受制造商或实验室内部的系统培训,通过理论和实操考核,获得设备操作授权证书。

持续培训:定期参加设备更新培训和标准变更培训,确保掌握最新的操作要求和标准变化。

16.2 安全责任明确

持证上岗:严格执行"持证上岗"制度,未经授权人员不得操作设备,不得拆卸安全防护装置。

责任落实:实验室负责人对设备安全和操作安全负总责,确保所有操作人员遵守安全规程。

应急预案:制定完善的设备故障、人身伤害等突发事件应急预案,定期组织演练。

安全监督:设立专职或兼职安全员,负责监督日常操作安全,纠正违章行为。

16.3 技术能力要求

原理理解:操作人员应深入理解荷重软化温度测试的原理和方法,能够解释测试过程中的各种现象。

故障识别:具备识别设备常见故障的能力,能够判断异常情况并采取正确应对措施。

数据处理:掌握数据处理方法,能够识别异常数据并分析可能原因。

维护技能:掌握日常维护保养技能,能够完成简单的故障排除和部件更换。

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