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耐火材料高温荷软蠕变试验炉技术方案
版本号:V1.0发布日期:20251005
1. 概述
本方案针对耐火材料在高温荷重软化与压蠕变性能的实验需求,提供一套符合国内外标准的高温荷软蠕变试验炉。设备采用模块化设计,能够实现温度 300~1700℃、加热速率 0~10℃/min、荷载 0.05~0.20MPa、位移测量 0~10mm(分辨率 0.01mm)的全流程自动化测试。
2. 遵循标准
GB/T5989耐火材料荷重软化温度试验方法(示差升温法)
GB/T50732022耐火材料压蠕变试验方法
GB/T7320耐火材料试验用炉技术要求
ISO1893耐火材料荷重软化温度(示差升温法)
ISO3187耐火材料压蠕变试验
YB/T370耐火材料高温荷软蠕变试验通用技术规范
3. 用途
研发:评估新型耐火砖、耐火浇注料、陶瓷型芯等材料的高温力学性能。
质量控制:生产线成品的荷软温度、蠕变率抽检。
标准验证:满足行业标准(GB/T5989、GB/T5073)所规定的试验要求。
4. 原理
在恒定荷载下,以设定升温速率将试样加热至目标温度,随后保持等温,实时记录试样的轴向位移。通过位移时间曲线计算螺旋率;在升温过程中记录位移温度曲线,以确定荷软温度(压缩变形达到规定百分比时的温度)
| 序号 | 参数 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | 设备名称 | 高温荷软蠕变试验炉 |
| 2 | 英文名称 | HighTemperature LoadSoftening & Creep Test Furnace |
| 3 | 设备型号 | STR HRC1700 |
| 4 | 设备结构 | 炉体加热模块荷载模块位移测量模块控制柜(模块化组合) |
| 5 | 温度范围 | 300~1700℃(可调) |
| 6 | 升温速率 | 0~10℃/min(可设定) |
| 7 | 温度控制精度 | ±2℃(±1℃在 1600℃以下) |
| 8 | 功率 | 12kVA~13kW(依据最高温度选配) |
| 9 | 炉膛尺寸 | 200mm×200mm×180mm(内腔) |
| 10 | 加热元件 | U 型硅钼棒(SiMo2)电阻加热元件 |
| 11 | 温度传感器 | B 型热电偶(符合 GB/T16839.1) |
| 12 | 荷载范围 | 0.05~0.20MPa(对应 50~2000N) |
| 13 | 位移测量范围 | 0~10mm,分辨率 0.01mm(防震百分表或光栅尺) |
| 14 | 试样规格 | 圆柱体 50±0.5mm×50±0.5mm,中心孔 12~13mm |
| 15 | 控制系统 | PLC+触摸屏,支持自动数据采集、曲线绘制、报告生成 |
| 16 | 气氛系统 | 可选 N、Ar、H 混合气体,配备流量计与电磁阀 |
| 17 | 安全保护 | 超温、过流、缺相、急停、门开断电等多重互锁 |
| 18 | 电源要求 | 380V±10%50Hz,三相四线制 |
| 19 | 尺寸(外形) | 约 1200mm×800mm×2200mm,重量约 600kg |
| 20 | 软件接口 | USB、RS485、以太网,兼容 LabVIEW、MATLAB 数据导入 |
| 配置 | 功能说明 |
|---|---|
| 双样品并行测试模块 | 同时进行两组试样的荷软/蠕变测试,提高实验效率 |
| 高精度激光干涉位移传感器 | 位移分辨率提升至 0.05μm,适用于微蠕变研究 |
| 气氛控制单元 | 支持 Ar、N2、H2 及其混合气体,满足特殊氧化/还原实验需求 |
| 远程监控与数据云平台 | 实时监控温度、荷载、位移,支持远程故障诊断 |
| 自动样品装夹系统 | 快速更换试样,降低人工误差 |
| 防震底座与减振装置 | 提升位移测量的稳定性,适用于高灵敏度测量 |
7. 结构特点(模块与结构详细描述)
炉体模块:采用高温耐火砖内衬,外壳为耐热钢板,配备保温层,保证温度均匀性(±10℃)并延长炉体寿命。
加热模块:U 型 SiMo 加热棒分段布置,功率可分区控制,实现快速升温与精准控温。
荷载模块:液压或电动加载系统,配有高精度压力传感器,实现 0.05~0.20MPa 的恒定荷载。
位移测量模块:可选防震百分表、光栅尺或激光干涉仪,测量范围 0~10mm,分辨率 0.01mm 以上。
气氛控制模块:独立气体入口、流量计、阀组,支持真空、惰性气体或还原气氛。
控制柜模块:PLC 主控,配备触摸屏、人机交互界面,具备多重安全互锁与故障自诊断功能。
各模块通过标准化接口快速拆装,便于维护与升级。
8. 标准配置
主机(含炉体、加热元件、荷载装置)
控制柜(PLC+触摸屏)
温度/压力/位移传感器套件
标准软件(实验参数设定、自动记录、曲线绘制)
基本气氛管路(空气/氮气)
标准包装(木箱+防震垫)
| 零部件 | 主要失效机理 | 更换周期(建议) |
|---|---|---|
| SiMo2 加热棒 | 高温氧化、热疲劳 | 2000h 连续运行后检查 |
| B 型热电偶 | 膜层老化、腐蚀 | 12个月或出现偏差时 |
| 加载弹簧/液压油 | 泄漏、弹性衰减 | 12个月 |
| 密封垫片(石棉/陶瓷纤维) | 高温老化、裂纹 | 每 2年或更换后检查 |
| 位移传感器(光栅尺/激光) | 光学元件污染 | 每 3年或精度下降时 |
10. 使用寿命
整体设备:在正常维护条件下,预计使用寿命 ≥10年。
关键部件(加热棒、热电偶等)寿命受使用温度、工作时间影响,具体寿命请参考厂家提供的寿命曲线。
12. 包装运输
小件(传感器、控制柜、配件):采用 木箱 加防潮包装,内部填充防震棉。
大件(炉体、加热模块)采用 简易木框+泡沫/PE 防护,外覆防水油布,配备吊装孔位,便于叉车搬运。
运输方式:陆运(卡车)或铁路,使用防震支架并在运输途中避免剧烈振动。
| 环境因素 | 要求 |
|---|---|
| 工作温度 | 5~35℃ |
| 相对湿度 | ≤80%(无腐蚀性气体) |
| 电源 | 380V±10%50Hz,三相四线 |
| 场地 | 平整、干燥、通风,预留 1.5m 周边空间用于维护 |
| 防护 | 防尘、防水、防震,避免强磁场干扰 |
安装前检查:确认加热棒、热电偶、密封垫完整,防止漏气。
荷载校准:使用标准砝码或压力计校准加载系统,确保 0.05~0.20MPa 的准确性。
升温速率:首次升温建议不超过 5℃/min,避免热冲击导致加热元件裂纹。
气氛切换:更换气体前必须先排空原有气体,防止混合气体产生不良反应。
温度均匀性:在 500℃以上,炉内温度差应 ≤±20℃,必要时调节热电偶位置。
安全互锁:炉门未完全关闭时系统自动断电;急停按钮随时可切断主电源。
定期维护:每 500h 检查加热棒表面,清理氧化层;每 12个月更换热电偶。
| 步骤 | 操作要点 |
|---|---|
| 1. 设备检查 | 确认电源、气源、冷却系统正常;检查炉门、密封垫、急停按钮。 |
| 2. 试样装夹 | 按 GB/T5073 规定加工试样(50mm×50mm,中心孔 12~13mm),使用对准夹具确保垂直。 |
| 3. 参数设定 | 在触摸屏输入:目标温度、升温速率、恒温保持时间、荷载值、测量间隔。 |
| 4. 气氛选择 | 通过控制柜选择空气、氮气或惰性气体,设置流量。 |
| 5. 启动升温 | 按 “Start” 启动,系统自动记录温度、荷载、位移数据。 |
| 6. 监控运行 | 实时观察曲线;若位移速率异常或温度波动超限,系统自动报警并停温。 |
| 7. 恒温保持 | 达到设定温度后保持恒温,记录螺旋率至预定时间(如 5h、25h)。 |
| 8. 结束与冷却 | 完成后执行 “CoolDown” 程序,降温速率 ≤5℃/min,防止热冲击。 |
| 9. 数据导出 | 通过 USB/网络导出 CSV 或 PDF 报告,报告包括温度位移曲线、螺旋率表、荷软温度点。 |
| 10. 维护保养 | 关闭电源,检查加热棒、热电偶、密封垫,记录更换情况。 |
本设备的安装、调试、运行及维护均需具备高温实验经验的专业人员进行,严禁未经培训的人员操作。
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