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耐火材料水流量平板导热系数测定仪：耐火材料导热系数试验炉、耐火材料平板导热仪
耐火材料水流量平板导热系数测定仪技术方案
型号:STR-HFM-WF-2025
版本号/日期:V1.0 / 2025-06-05
编制:赛特瑞技术研发部
文件编号:STR-HFM-WF-20250605
一、概述简介
水流量平板法(Water-Flow-Meter Guarded-Hot-Plate)是一种绝对法导热系数测试技术,通过测量流经中心量热器冷却水的温升与质量流量,直接计算通过已知厚度试样的热流密度,从而得出导热系数 λ。
本耐火材料导热系数试验炉设备依据 YB/T 4130-2005《耐火材料 导热系数试验方法(水流量平板法)》设计,适用于 20-1200 ℃、λ 0.02-5 W/(m·K) 的定形及不定形耐火制品,具有控温精度高、热平衡判定快、自动化程度高、无需标准试样校准等特点,是质检机构、科研院所及耐火企业导热性能评价的基准装备。
二、遵循标准
YB/T 4130-2005 耐火材料 导热系数试验方法(水流量平板法)
GB/T 10294-2008 绝热材料 稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法
ASTM C177-19 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements
ISO 8302:1991 Thermal insulation – Determination of steady-state thermal resistance
JJG 368 工作用铂热电阻/热电偶检定规程
三、用途
耐火砖、浇注料、陶瓷纤维板 20-1200 ℃ 导热系数测定;
隔热层、复合衬、微孔材料研发与质量仲裁;
为工业炉、钢包、水泥窑热工计算提供实测 λ 数据;
替代老式保护热板仪,无需校准试样,直接输出绝对 λ。
四、工作原理
将两块相同试样夹持中心量热器与保护环之间,形成对称一维热流;中心加热板恒定功率 Q,冷面流经恒温水,测量质量流量 m 与温升 ΔT_w;当热面 T_h、冷面 T_c 达到稳态(波动≤0.1 K/10 min),按 λ = (m·c_p·ΔT_w·d) / (A·ΔT·t) 计算导热系数,其中 d 为试样厚度,A 为中心计量面积,ΔT = T_h - T_c。设备自动判定稳态、实时计算 λ 并绘制 λ-T 曲线。
| 序号 | 项目 | 参数值 |
|---|---|---|
| 1 | 设备名称 | 耐火材料水流量平板导热系数测定仪 |
| 2 | 英文名称 | Water-Flow-Meter Guarded Hot Plate Thermal Conductivity Tester |
| 3 | 设备型号 | STR-HFM-WF-2025 |
| 4 | 设备结构 | 对称防护热板+中心量热水冷+保护环+自动水称+升降压紧+PC采集 |
| 5 | 测试温度范围 | 20-1200 ℃(常温至高温分段测试) |
| 6 | 导热系数范围 | 0.02-5 W/(m·K) |
| 7 | 试样尺寸 | 200×200×(10-50) mm(双试样对称) |
| 8 | 中心计量面积 | 100×100 mm(符合 YB/T 4130 条款 5.2) |
| 9 | 热面控温精度 | ±0.1 ℃(稳态段) |
| 10 | 冷面控温精度 | ±0.05 ℃(恒温水浴) |
| 11 | 水流量范围 | 30-1000 g/h,精度 ±0.1 % |
| 12 | 水温分辨率 | 0.001 ℃(铂电阻 A 级) |
| 13 | 稳态判定 | 自动:ΔT 波动 ≤0.1 K/10 min |
| 14 | 升温速率 | 0.5-5 ℃/min 可设 |
| 15 | 加热元件 | Fe-Cr-Al 电阻带(≤1000 ℃);U 型 SiC 棒(1000-1200 ℃) |
| 16 | 热电偶 | S 型(≤1200 ℃),2 支;冷面 PT100,2 支 |
| 17 | 炉衬材质 | 轻质莫来石+多晶纤维,厚度≥80 mm |
| 18 | 压紧力 | 0.5-2 kN 伺服可调,防止试样变形 |
| 19 | 数据接口 | USB+以太网,CSV/PDF/EXCEL,含 λ-T 曲线 |
| 20 | 电源 | AC220V±10%,50 Hz,功率 3 kVA |
| 21 | 外形/重量 | 900×600×1500 mm / 约 180 kg |
| 名称 | 功能 | 价格代码 |
|---|---|---|
| 1200 ℃ SiC 加热模块 | 替代电阻带,上限 1200 ℃ | STR-SIC |
| 自动水循环制冷机 | ±0.02 ℃ 恒温,免外接水源 | STR-CHI |
| 真空/气氛模块 | 10⁻² mbar,Ar/N₂ 可选 | STR-VAC |
| 多厚度试样夹具 | 5-50 mm 可调垫片 | STR-SPA |
| 第三方校准证书 | 0-1200 ℃ 热阻标尺溯源 | STR-CAL |
对称防护热板:中心 100×100 mm 计量区+ 50 mm 保护环,一维热流保证;
水流量计量:精密电子天平+齿轮泵,自动去皮,流量 30-1000 g/h 连续可调;
恒温冷面:封闭式压缩机制冷水浴,±0.02 ℃,免外接自来水;
升降压紧:伺服电缸 0.5-2 kN,力闭环,防止试样翘曲;
高温切换:≤1000 ℃ 电阻带,>1000 ℃ 插入 SiC 棒,5 min 快速更换;
自动稳态判定:软件实时监测 ΔT 波动,≤0.1 K/10 min 自动记录 λ;
电控箱:强弱电分离,SCR 调功,PID 双闭环,EMC 屏蔽,UPS 断电续接。
| 名称 | 数量 |
|---|---|
| 主机(炉体+水浴+天平) | 1套 |
| 中心计量加热板 | 1套 |
| 保护环加热板 | 1套 |
| 升降压紧机构 | 1套 |
| S 型热电偶 | 2支 |
| PT100 冷面探头 | 2支 |
| 精密电子天平(0.1 mg) | 1台 |
| 齿轮泵+管路 | 1套 |
| 试样夹具 200×200 mm | 1套 |
| 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 |
|---|---|---|
| Fe-Cr-Al 电阻带 | 12 个月@1000 ℃ | 可单根更换 |
| SiC 加热棒 | 1500 h@1200 ℃ | 选配 |
| S 型热电偶 | 12 个月 | 提供溯源比对 |
| 密封高温胶垫 | 1 年 | 老化即更换 |
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 ≥200 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;
电阻带表面禁止触碰,防止氧化层破坏;
水压 0.1-0.3 MPa,水质去离子,电导率 ≤5 μS/cm;
试样必须平行、厚度一致,翘曲 >0.2 mm 需磨平;
稳态阶段禁止振动台面,否则 ΔT 波动超标;
每月检查电阻带接头紧固力矩 1.5 N·m;
热电偶每半年与标准偶比对,误差 >±1 ℃ 更换;
试验结束 300 ℃ 以下方可停水,防止热冲击炸裂。
十四、标准操作方法(SOP级)
步骤1 开机前检查
电源、接地、冷却水、去离子水电导率正常;
电阻带、偶、天平均零正常;
炉膛清洁,顶杆润滑。
步骤2 装样
按 GB/T 7320 制样 200×200×(10-30) mm,编号→输入 PC→自动压紧 1 kN。
步骤3 程序设定(示例)
| 段号 | 目标℃ | 速率℃/min | 稳态min | 事件 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 300 | 5 | 120 | 烘炉 |
| 2 | 1000 | 10 | 30 | 稳态测 λ |
| 3 | 1200 | 5 | 30 | 稳态测 λ |
| 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、λ-T 曲线。
步骤5 结束与取样
温度 <200 ℃ 声光提示,卸压→取出试样;
关闭电源。
步骤6 数据与维护
报告自动保存至 D:/HFM/日期/;
每月填写《点检表》—电阻带、偶、天平、水路、密封 5 项。
十五、强制性声明
本耐火材料导热系数试验炉设备为 1200 ℃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。
耐火材料导热系数试验炉、耐火材料平板导热仪
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