專利名稱：一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋轉接觸式試驗機及方法
技術領域：
本發明涉及耐火材料性能檢測領域，具體地涉及一種檢測各種耐火材料高溫耐磨 性能的旋轉接觸式試驗機及其檢測方法。
背景技術：
重燒鎂砂豎窯、二步煅燒鎂砂窯、水泥回轉窯、高爐及加熱爐等高溫設備用的耐火 材料內襯多數以機械磨損為主要損毀機理。因此在研制、生產和選用這類高溫窯爐用的耐 火材料時，高溫耐磨性是一項很重要的檢測指標。目前，耐火材料耐磨性能檢測普遍采用 的是“噴砂法”，即將待測試樣加熱至設定溫度(低于1300°C)后保溫半小時，然后向試樣上 噴一定量的碳化硅顆粒作為耐磨介質，以待測試樣的磨損體積量作為試樣耐磨性的衡量指 標。這種檢測方法存在以下缺點一是采用壓縮空氣噴砂，不能保證每個試樣受到噴砂的沖 擊力的一致性，因此誤差較大；二是耐磨試驗后的試樣的沖擊區形成的磨損區域面積不規 則，無法準確量化檢測其磨損率，做平行試樣對比也比較困難；三是由于現有技術采用碳化 硅顆粒作為研磨介質，因此最高檢測溫度只能達到1300°C，而多數高溫窯爐爐襯用耐火材 料的使用溫度在1300°C以上；四是只能在氧化氣氛下使用，不能用于含碳或碳化硅等易氧 化耐火材料。因此采用現有的耐磨性能檢測設備不能真實反映耐火材料在使用條件下的高 溫耐磨性能，對于實際應用指導意義有限。發明內容
為了檢測耐火材料的高溫耐磨性能，本發明提供一種可以檢測各種耐火材料高溫 耐磨性能的旋轉接觸式試驗機及應用該試驗機檢測耐磨性能的檢測方法。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋 轉接觸式試驗機，包括電爐及計算機控制系統，其特征是在爐門處設有放置待測試樣的凹 槽，在爐體底部設有收集槽，爐體通過管路與氮氣罐連接，在爐體內設有圓柱形旋轉體，旋 轉體由旋轉動力裝置驅動，爐體與旋轉動力裝置之間設有水冷裝置；所述的旋轉動力裝置 包括旋轉電機、電液推桿、位移傳感器；旋轉電機放置在滑車上，滑車與電液推桿連接，在滑 車上設有位移傳感器，旋轉體的一端通過聯軸器與旋轉電機連接，另一端帶研磨凸起，旋轉 體材質為重結晶碳化硅質材料。
一種采用上述試驗機進行耐火材料高溫耐磨性能的檢測方法，其步驟如下O預設試驗參數包括試驗溫度(1000 1650°0、升溫速率(100(TC之前為1(T2(TC / min，1000°C之后5 10°C /min)、恒溫時間、試驗壓力及研磨時間或研磨位移；2)試樣擺放將待測試樣放置在爐門上預留的凹槽內，并將其固定，將旋轉體調節到初 始位置；3)如果檢測試樣是含碳耐火材料，則開啟氮氣瓶的閥門，電爐內通入氮氣，控制爐內氣 壓高于大氣壓O.1Kpa ;反之，則不開啟氮氣瓶的閥門；可在氧化條件下測試；4)開啟水冷裝置及電爐開關，將試樣加熱到預定溫度，啟動電液推桿，當旋轉體向前移 動達到設定壓力后，啟動旋轉電機；5)旋轉體在旋轉電機的驅動下旋轉，旋轉體端部的研磨凸起開始研磨試樣，達到預設 研磨時間或研磨位移，研磨結束。
本發明試驗機的工作原理試驗機的旋轉動力裝置由計算機自動控制。旋轉電 機開啟后帶動重結晶碳化娃質旋轉體旋轉，通過電液推桿推動旋轉體前行，直至旋轉體端 部的研磨凸起與被測耐火材料表面接觸，電液推桿內的壓力感應系統和滑車上的位移傳感 器將壓力和位移信號傳給計算機，計算機處理這些信號后發送反饋信號給動力旋轉動力裝 置，通過電液推桿控制旋轉體的移動來保持試驗過程中壓力穩定，并即時顯示耐火材料試 樣的磨損深度；為了防止試樣被磨穿后研磨凸起將爐門磨損，設有自動保護程序，試驗過程 中當旋轉體的研磨凸起與試樣間的壓力衰減率大于50%時,試驗自動結束。
本發明的有益效果與現行的噴砂法耐磨試驗機相比，試驗后試樣研磨區域是規 則的幾何體，能進行準確的量化計算；電爐內的旋轉體由重結晶碳化硅制成，最高試驗溫度 可達1650°C，能夠達到絕大部分耐火材料的使用溫度；試驗時升溫和研磨過程由計算機自 動控制，研磨壓力和轉速穩定，降低了試驗誤差。另外，本發明具有測試溫度高，更加準確反 應耐火材料在實際使用狀態下的耐磨性能，同時具有結構簡單，成本低廉，操作方便及無噪 音、粉塵污染等優勢。
圖1是本發明試驗機的結構示意圖。
圖2是計算機控制系統內置的試驗控制軟件的流程圖1。
圖3是計算機控制系統內置的試驗控制軟件的流程圖1I。
具體實施方式
實施例1 :如圖1所示，一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋轉接觸式試驗機，主體是在室溫 1650°C范圍內可按程序自動控制升溫、恒溫和降溫的電爐。在爐門2處設有放置待測試樣 的凹槽3，在爐體6底部設有收集槽5，用以防止爐體內粉體粘結堆積；爐體6通過管路與氮 氣瓶13連接，在爐體6內設有圓柱形旋轉體1，旋轉體I由旋轉動力裝置8驅動，為了保護 旋轉動力裝置8，在爐體6與旋轉動力裝置8之間設有水冷裝置7，旋轉動力裝置8包括旋轉 電機9、電液推桿11、位移傳感器14,旋轉電機9放置在滑車15上,滑車15與電液推桿11 連接，在滑車15上設有位移傳感器14，旋轉體I的一端通過聯軸器10與旋轉電機9連接， 旋轉體I的另一端帶有圓柱形研磨凸起4，旋轉體I為重結晶碳化硅質材料制成，高溫下具 有較高的強度和硬度。其中電液推桿11為可選用行程范圍5 300mm，最大推力1750N的產 品O
計算機控制系統12用以設定旋轉電機、電液推桿的開啟關閉時間，推力范圍、旋 轉速度等相關試驗參數，并控制電爐升溫速度及試驗溫度；并接收電液推桿、位移傳感器的 反饋數據信息，計算耐火材料磨損體積，分析相關試驗數據。
本實施例中計算機控制系統內置的試驗控制軟件流程如圖2所示a :輸入參數，開始；b :控制爐膛升溫，判斷是否達到設定溫度；“是”則啟動液壓推桿控制旋轉體向前移動，結果為“否”則繼續控制爐膛升溫；c :判斷是否達到設定壓力，“是”則啟動旋轉電機開始研磨試驗，記錄旋轉體研磨起始點；“否”則液壓推桿繼續向前移動；d :當壓力衰減大于50%時,試驗結束；e :判斷是否到達設定研磨時間，“是”，則試驗結束，記錄研磨終止點，“否”則繼續試驗。
采用上述試驗機進行耐火材料高溫耐磨性能的檢測方法，其步驟如下I試樣的制備試樣的尺寸為114mmX 114mmX 65mm。定型耐火材料試樣采用切割成試樣規格，不定形耐火材料采用澆注或搗打成型。試樣的試驗面應平整，無肉眼可見的裂紋；2.基本試驗參數設置包括試驗溫度1650°C、保溫時間60分鐘、升溫速率1000°C之前為IO0C /min, 1000。。之后5°C /min，研磨時間20分鐘，研磨壓力1000N ；3.試樣的擺放將事先準備好的待測試樣放置到爐門上預留的凹槽里并將其固定，關上爐門將旋轉體調節到初始位置；4.打開氮氣通道通氮氣約5分鐘后，通過調節氣閥使設備內氣壓略高于大氣壓0.1Kpa 左右；5.開啟水冷裝置，接通電源開關，將試樣加熱到預定溫度，通過計算機自動啟動動力裝置開始試驗；6.旋轉體在旋轉電機的驅動下旋轉，旋轉體端部的研磨凸起開始研磨試樣，達到預設研磨時間，研磨結束。
實驗過程中可以通過旋轉體研磨位移確定研磨深度，通過計算機計算出試樣被研磨掉的體積。為了準確得出實驗數據，在電爐冷卻后取出試樣，用千分尺測量試樣被研磨的直徑和深度，計算其體積v= · (D/2)2 ·Η，其中V、D、H—分別代表試樣被研磨的體積、直徑和深度。
本實施例所述旋轉接觸式高溫耐磨試驗機最高試驗溫度可達1650°C，該實施例適用于含碳耐火材料的高溫耐磨性能檢測，如轉爐、電爐及鋼包用鎂碳磚等含碳耐火材料，以及其他易氧化的耐火材料。
實施例2一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋轉接觸式試驗機，結構及軟件流程同實施例1。
采用該試驗機進行耐火材料高溫耐磨性能的檢測方法，其步驟如下1.試樣的尺寸為114mmX114mmX65mm。定型耐火材料試樣采用切割成試樣規格,不定形耐火材料采用澆注或搗打成型。試樣的試驗面應平整，無肉眼可見的裂紋；2.基本試驗參數設置 包括實驗溫度1600°C，升溫速率1000°C之前為15°C/min, 1000。。之后80C /min,恒溫時間90分鐘；研磨壓力850N ;研磨時間25分鐘；3.試樣的擺放，將事先準備好的待測試樣放置到爐門上預留的凹槽里并將其固定，關上爐門將旋轉體調節到初始位置；4.開啟水冷裝置，接通電爐開關，將試樣加熱到預定溫度；然后通過計算機自動啟動動力裝置開始試驗；5.旋轉體在旋轉電機的驅動下旋轉，旋轉體端部的研磨凸起開始研磨試樣，達到預設 研磨時間，研磨結束。
實驗過程中可以通過旋轉體的研磨位移確定研磨深度，通過計算機計算出試樣被 研磨掉的體積。為了準確得出實驗數據，在電爐冷卻后取出試樣，還可以用千分尺測量試樣 被研磨的直徑和深度，計算其體積v= · (D/2)2 · H，其中V、D、H —分別代表試樣被研磨 的體積、直徑和深度。
本實施例所述旋轉接觸式高溫耐磨試驗機最高試驗溫度可達1600°C，適用于檢測 重燒鎂砂豎窯內襯、水泥回轉窯襯磚、高爐襯磚以及高強度耐火澆注料等耐火材料的高溫 耐磨性能。
實施例3一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋轉接觸式試驗機，結構同實施例1，試驗控制軟件 流程如圖3所示。
流程如下a :輸入參數，開始；b :控制爐膛升溫，判斷是否達到設定溫度；“是”則啟動液壓推桿控制旋轉體向前移 動，結果為“否”則繼續控制爐膛升溫；c :判斷是否達到設定壓力，“是”則啟動旋轉電機開始研磨試驗，并開始研磨計時；“否” 則液壓推桿繼續向前移動；d :當壓力衰減大于50%時,試驗結束；e :判斷是否到達設定研磨位移，“是”，則試驗結束，停止研磨計時，“否”則繼續試驗。
采用該試驗機進行耐火材料高溫耐磨性能的檢測方法，其步驟如下1.試樣的尺寸為114mmX114mmX65mm。定型耐火材料試樣采用切割成試樣規格,不定 形耐火材料采用澆注或搗打成型。試樣的試驗面應平整，無肉眼可見的裂紋；2.基本試驗參數設置包括實驗溫度1500°C，升溫速率1000°C之前為20°C/min, 1000°C之后10°C /min,恒溫時間120分鐘；研磨壓力500N ;旋轉體研磨位移35mm ；3.試樣的擺放，將事先準備好的待測試樣放置到爐門上預留的凹槽里并將其固定，關 上爐門將旋轉體手動調節恢復到初始位置；4.開啟水冷裝置，接通電爐開關，將試樣加熱到預定溫度；然后通過計算機自動啟動 動力裝置開始試驗；5.旋轉體在旋轉電機的驅動下旋轉，旋轉體端部的研磨凸起開始研磨試樣，達到預設 研磨位移，研磨結束并記錄研磨所用時間。
本實施例適用于對各種耐火材料耐磨性能進行平行對比時應用。記錄各試樣相同 研磨位移時所用的研磨時間，以此評價各試樣耐磨性能。
本實施例所述旋轉接觸式高溫耐磨試驗機最高試驗溫度可達1500°C，適用于檢測 高溫下強度較低的耐火材料高溫磨性能，如粘土磚、普通鎂質耐火材料、硅鋁系耐火澆注料坐 寸ο
權利要求
1.一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋轉接觸式試驗機，包括電爐及計算機控制系統，其特征是在爐門處設有放置待測試樣的凹槽，在爐體底部設有收集槽，爐體通過管路與氮氣罐連接，在爐體內設有圓柱形旋轉體，旋轉體由旋轉動力裝置驅動，爐體與旋轉動力裝置之間設有水冷裝置；所述的旋轉動力裝置包括旋轉電機、電液推桿、位移傳感器；旋轉電機放置在滑車上，滑車與電液推桿連接，在滑車上設有位移傳感器，旋轉體的一端通過聯軸器與旋轉電機連接，另一端帶研磨凸起，旋轉體材質為重結晶碳化娃質材料。
2.一種采用權利要求1所述試驗機進行耐火材料高溫耐磨性能的檢測方法，其步驟如下1)預設試驗參數包括試驗溫度、升溫速率和試驗壓力、研磨時間或研磨位移；2)試樣擺放將待測試樣放置在爐門上預留的凹槽內并將其固定，將旋轉體調節到初始位置；3)如果檢測試樣是含碳耐火材料，則開啟氮氣瓶的閥門，電爐內通入氮氣，控制爐內氣壓高于大氣壓O.1Kpa ;反之，則不開啟氮氣瓶的閥門；4)開啟水冷裝置及電爐開關，將試樣加熱到預定溫度，啟動電液推桿，當旋轉體向前移動達到設定壓力后，啟動旋轉電機；5)旋轉體在旋轉電機的驅動下旋轉，旋轉體端部的研磨凸起開始研磨試樣，達到預設研磨時間或研磨位移，研磨結束。
全文摘要
本發明涉及一種檢測耐火材料高溫耐磨性能的旋轉接觸式試驗機及采用該試驗機對耐火材料進行耐磨檢測的方法。試驗機主體為可在1650℃以下長期使用的電爐，電爐上安置一個在1650℃以下具有較高強度的圓柱形重結晶碳化硅質旋轉體，旋轉體的一端帶有研磨凸起，另一端與旋轉動力裝置相聯。旋轉動力裝置由旋轉電機、電液推桿和位移傳感器等組成。試驗過程包括裝樣、電爐升溫和恒溫、對試樣加壓、研磨、測量磨損深度及顯示試驗結果等步驟，除裝樣外，其他均由計算機自動控制。本發明與現行的噴砂法耐磨試驗機相比，具有測試溫度高，能準確反應耐火材料在實際使用狀態下的耐磨性能。同時具有結構簡單、成本低廉及操作方便等優勢。
文檔編號G01N3/56GK103063535SQ20131001569
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者李志堅, 吳鋒, 曲殿利, 王林, 李心慰, 徐娜, 史樹威, 李林山, 孫文靜, 李傳宇 申請人:遼寧科技大學, 遼寧豐華實業有限公司