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差顶杆法耐火材料高温膨胀系数试验机技术方案
文件编号:STR-DIL-1600-20250605
版本号:V1.0
发布日期:2025 年 6 月 5 日
编制/批准:洛阳赛特瑞技术研发部
一、概述简介
耐火材料热膨胀试验炉为差顶杆法耐火材料高温膨胀系数试验机
本耐火材料热膨胀试验炉采用经典“差顶杆(Push-Rod)”原理,在 50-1600 ℃ 范围内连续测定耐火材料、陶瓷、玻璃、金属陶瓷等固体试样的线性热膨胀系数(CTE)。配备高纯刚玉(或 AlN/SiC 可选)顶杆-支撑系统、伺服加载恒接触力、激光位移细分、B 型热电偶双闭环控温及工业 PC 实时采集,实现升温-膨胀-冷却全过程自动记录,符合 GB/T 7320-2018、ISO 14420、ASTM E831 等标准要求,为质检、科研及新材料开发提供高精度热膨胀数据。
二、遵循标准
GB/T 7320-2018《耐火材料 热膨胀试验方法》
ISO 14420:2020 耐火制品—线性热膨胀测定
ASTM E831-14 固体材料线性热膨胀系数标准试验方法
JJG 141 工作用铂铑热电偶检定规程
三、用途
耐火砖、不定形料、陶瓷、玻璃 1600 ℃ 以内平均线膨胀系数 α 及瞬时膨胀曲线测定;
材料烧结收缩-膨胀行为、相变点(石英 573 ℃ 等)定位;
研发阶段配方筛选、结合剂/微粉对膨胀匹配性评价;
质量仲裁、出厂检验及热应力模拟输入参数提供。
四、工作原理
将 直径6-10 mm×L50 mm 圆柱或 5×5×50 mm 长方体试样与参考顶杆同轴置于高纯刚玉支撑管;顶杆另一端与激光位移传感器相连;炉膛按设定速率升温,试样膨胀(或收缩)推动顶杆,位移传感器实时输出 ΔL;计算机按 α=ΔL/(L?·ΔT) 计算瞬时/平均 CTE,并绘制 ΔL-T、α-T 曲线。差顶杆结构可自动扣除支撑管自身膨胀,精度≤±0.1×10-6 /K。
| 序号 | 项目 | 参数值 |
|---|---|---|
| 1 | 设备名称 | 差顶杆法耐火材料高温膨胀系数试验机 |
| 2 | 英文名称 | Push-Rod Dilatometer for Refractories at High Temperature |
| 3 | 设备型号 | STR-DIL-1600-PR |
| 4 | 设备结构 | 立式管式炉+差顶杆组件+激光位移+伺服恒力+气氛模块 |
| 5 | 最高温度 | 1600 ℃(短时 2 h) |
| 6 | 测试温度范围 | 50-1600 ℃ |
| 7 | 升温速率 | 0.1-20 ℃/min 可设 |
| 8 | 控温精度 | ±1 ℃(保温段) |
| 9 | 炉温均匀性 | ±5 ℃(均温带 100 mm,9 点) |
| 10 | 位移量程 | ±5000 µm(可扩展) |
| 11 | 位移分辨率 | 0.01 µm(激光细分) |
| 12 | CTE 精度 | ≤±0.1×10⁻⁶ /K(标样 Al₂O₃) |
| 13 | 试样尺寸 | Ø6-10 mm×L50 mm 或 5×5×50 mm(可依标准定制) |
| 14 | 顶杆材质 | 高纯刚玉(标配);AlN、SiC、Pt10Rh 可选 |
| 15 | 恒接触力 | 0.05-0.5 N 伺服可调,防止弯曲或压痕 |
| 16 | 热电偶 | 双 B 型,溯源证书随货 |
| 17 | 加热元件 | U 型硅钼棒,8 支,圆周均布 |
| 18 | 炉衬材质 | 氧化铝空心球+多晶纤维复合,厚度≥120 mm |
| 19 | 观测窗 | φ50 mm 石英玻璃风冷套 |
| 20 | 数据接口 | USB+以太网,CSV/PDF/EXCEL,含 ΔL-T、α-T 曲线 |
| 21 | 电源 | AC380V±10%,50Hz,三相五线,功率 8 kVA |
| 22 | 外形/重量 | 850×700×1650 mm / 约 280 kg |
| 名称 | 功能 | 价格代码 |
|---|---|---|
| 质量流量气氛系统 | N₂/Ar/空气,0-2 L/min,防氧化 | STR-GAS |
| 真空机组 | 10⁻² mbar,机械泵+扩散泵 | STR-VAC |
| 高纯 AlN 顶杆组 | 1700 ℃ 级,低膨胀背景 | STR-ALN |
| 激光测位移扩展 | 量程 ±10 000 µm | STR-RNG |
| 第三方温度校准 | 1600 ℃ TUS+SAT 报告 | STR-CAL |
七、结构特点(模块化)
立式管式炉:硅钼棒 8 支圆周均布,辐射受热,温差≤2℃;
差顶杆组件:刚玉支撑管+刚玉顶杆,同轴度≤0.02 mm,可拆卸清洗;
伺服恒力机构:磁悬浮平衡+直线导轨,0.05-0.5 N 无级可调,自动补偿热漂移;
激光位移细分:632 nm 激光干涉,分辨率 0.01 μm,采样频率 1 kHz;
气氛模块:不锈钢密封炉管,水冷法兰,O-ring 快速装夹;
电控箱:强弱电分离,SCR 调功,PID 双闭环,EMC 屏蔽,UPS 断电续接。
复制
| 名称 | 数量 |
|---|---|
| 主机(炉体+顶杆台) | 1套 |
| 激光位移传感器 | 1套 |
| 伺服恒力机构 | 1套 |
| B型热电偶 | 2支 |
| 硅钼棒 | 8支(已装) |
| 刚玉顶杆+支撑管 | 1套(φ8×50 mm) |
| 高纯刚玉标样 | 1根 |
| 工业PC+23″显示器 | 1套 |
| 中文操作手册+SOP | 1份 |
| 合格证/校准证书 | 1份 |
| 名称 | 参考寿命 | 备注 |
|---|---|---|
| 硅钼棒 | 1500 h@1600 ℃ | 单根可换 |
| B型热电偶 | 12 个月 | 提供溯源比对 |
| 刚玉顶杆 | 500 次或 2 年 | 弯曲>0.05 mm 更换 |
| 石英观测窗 | 2 年 | 失透即更换 |
十、售后质保
整机 12 个月;
现场安装调试+培训 2 人天;
24 h 响应,72 h 到场(国内);
软件终身免费升级;
10 年备件保障,质保期外仅收成本费。
十一、包装运输
木箱+防震泡沫+缠绕膜,防雨标识;
吊装位置贴“重心”“向上”,严禁倒置;
运输温度 -20-+60 ℃,相对湿度 ≤85 %。
十二、使用环境要求
室内 5-40 ℃,湿度 ≤80 %RH 无凝露;
海拔 ≤2000 m,地面平整,承重 ≥300 kg;
电源 AC220V±10%,50 Hz,接地电阻 ≤4 Ω;
无强磁场、无腐蚀性气体、无振动源。
十三、使用注意事项(含加热元件)
首次烘炉:≤5 ℃/min 升至 300 ℃ 保温 2 h,随后 ≤10 ℃/min 升至 1000 ℃ 空烧 1 h;
硅钼棒在 400-700 ℃ 存在塑性-脆性转变,严禁振动或快冷;
升温速率 >10 ℃/min 时,1600 ℃ 段必须降速至 ≤5 ℃/min;
禁止 >1600 ℃ 时打开炉门,防止棒氧化膜破坏;
顶杆必须同轴,偏心 >0.1 mm 将导致数据漂移;
每月检查母排紧固力矩 2 N·m,发现棒弯曲 >3° 立即更换;
热电偶每半年与标准偶比对,误差 >±2 ℃ 更换;
试验结束 1000 ℃ 以下方可开排风,600 ℃ 以下半开门,200 ℃ 以下完全开门。
十四、标准操作方法(SOP级)
步骤1 开机前检查
电源、接地、冷却风正常;
棒、偶、顶杆、位移传感器完好;
炉膛清洁,顶杆同轴。
步骤2 装样
按 GB/T 7320 制样 ?8×50 mm,编号→输入 PC→自动推样至均温带。
步骤3 程序设定(示例)
| 段号 | 目标℃ | 速率℃/min | 保温min | 事件 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 300 | 5 | 120 | 烘炉 |
| 2 | 1000 | 10 | 30 | — |
| 3 | 1600 | 5 | 30 | 测试段 |
| 4 | 50 | -10 | — | 结束 |
步骤4 启动
按“RUN”→二次确认→自动执行;
实时显示 ΔL、α-T 曲线。
步骤5 结束与取样
温度 <200 ℃ 声光提示,戴高温手套取出试样;
关闭电源。
步骤6 数据与维护
报告自动保存至 D:/DIL/日期/;
每月填写《点检表》—棒、偶、顶杆、传感器、炉衬 5 项。
十五、强制性声明
本设备为 1600 ℃级高温强电精密仪器,所有操作、维护与工艺参数调整必须由经过培训并考核合格的专业人员进行。非授权人员禁止打开电柜、拆卸加热元件或更改控制程序,否则将导致保修失效并可能造成严重人身伤害。
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