高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验方法及装置与流程

本发明属于冶金、建材及化工等高温行业炉衬材料修补或砌筑领域，尤其涉及一种高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验方法及装置

背景技术：

高温窑炉在使用过程中总是要受到高温烟气、粉尘、熔体的冲刷和侵蚀而产生结构剥落和损毁，为了延长高温窑炉炉衬使用寿命，往往在高温条件下，采用造衬的方式对炉衬进行修补，因此新造衬用的修补料与原炉衬的结合强度成为了衡量修补料或新炉衬使用寿命的关键指标；同时，高温炉衬砌筑时，耐火材料之间的接缝均采用了高温火泥，高温火泥的剪切强度对整个炉衬的结构强度和使用寿命均产生重要的影响。而高温条件下，耐火材料的检测指标只有高温抗折强度和高温耐压强度两项检测指标，均是针对单一的材料提出来的，而对于炉衬修补料或耐火火泥与炉衬耐火材料的结合强度的检测尚无相应的检测方法和检测装置，因此设计和提出一种用于炉衬修补料或耐火火泥的高温剪切强度实验方法和装置成为了高温炉衬修补和砌筑的研究与评价亟待解决的问题。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验方法及装置，解决炉衬修补料或耐火火泥在实验和使用过程中无法用数据精确衡量和表征的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验装置，包括高温箱式电阻炉、加载装置、控制箱、除尘装置、模具、载台；

高温箱式电阻炉由耐火材料砌筑的炉体、硅钼棒发热体组成；除尘装置设置在炉体顶部，用于除去修补料在高温条件下释放的气体、粉尘或烟雾；硅钼棒发热体固定在炉体内部，热电偶设置在高温电阻炉内；

加载装置由推杆、棒头、压力传感器组成；棒头水平放置在载台上，推杆穿过炉体并与棒头连接，推杆的中心线和棒体的中心线在同一水平线上；推杆由电机驱动，推杆的端部设置有压力传感器；

控制箱包括压力控制箱、温度控制箱；压力控制箱与压力传感器相通讯，用于控制加载装置的运动，并记录加载的力，计算出加载的剪切强度；温度控制箱与硅钼棒发热体、热电偶相连接，用于控制电阻炉的升温制度；

模具和载台是用于盛放和测试修补料，模具为正立方体，中间设置一两端贯通的空腔，用于盛放待测修补料；当测试火泥的高温剪切强度时，火泥直接涂敷在模具和载台之间，厚度1-5mm；模具和待测修补料设在载台上，载台在实验时固定在炉体的底部，不随模具一起运动。

高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验方法，包括以下步骤：

1)测试时，先将待测修补料压制成比模具中间空腔内轮廓小5-10mm的试样；

2)测试修补料时，将模具放在载台上，以3-15℃/min的升温速度加热到测试温度，然后保温30min以上，再将试样放置在模具的空腔内；

3)试样烧结30-60min后，启动电机驱动推杆运动，推杆推动棒头，在此过程中先测试出空载时棒头与载台的最大摩擦力，棒头继续向前运动的过程中推动模具，使模具和载台发生相对位移，在此过程中可测试出最大的推力，此最大推力减去测试的最大摩擦力即为试样与载台的剪切力；以此剪切力除以试样与载台的接触面积即为试样与载台的剪切强度，该剪切强度即为修补料高温下与炉衬的剪切强度；

4)测试高温火泥的剪切强度时，将模具底部抹上待测的火泥并放在载台上，室温养护24h后，以3-15℃/min的升温速度加热到测试温度，然后保温30-60min后，启动电机驱动推杆运动，推杆推动棒头，在此过程中先测试出空载时棒头与载台的最大摩擦力，棒头继续向前运动的过程中推动模具，使模具和载台发生相对位移，在此过程中可测试出最大的推力，此最大的推力减去测试的最大摩擦力即为火泥与载台的剪切力；以此剪切力除以模具与载台的接触面积即为火泥与载台的剪切强度，该剪切强度即为火泥高温下与炉衬的剪切强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验装置具有结构合理，操作简单，检测数据准确，自动化程度高的特点。本发明利用推杆带动棒头的运动测试火泥高温下的剪切强度或修补料高温下的剪切强度，操作简单方便。利用炉体内的硅钼棒发热体模拟修补料及火泥的工作环境温度，进而模拟出修补料及火泥的工作状态，实现准确的检测。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的俯视图。

图中：1-炉体2-硅钼棒发热体3-热电偶4-模具5-载台6-待测试物料7-推杆8-棒头9-压力传感器10-温度控制箱11-压力控制箱12-炉门13-除尘装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1、图2，高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验装置，包括高温箱式电阻炉、加载装置、控制箱、除尘装置13、模具4、载台5；

高温箱式电阻炉由耐火材料砌筑的炉体1、硅钼棒发热体2和热电偶3组成；除尘装置13设置在炉体1顶部，用于除去修补料在高温条件下释放的气体、粉尘或烟雾；硅钼棒发热体2固定在炉体1内部；炉体1侧部设有炉门12。

加载装置由推杆7、棒头8、压力传感器9组成；棒头8水平放置在载台5上，推杆7穿过炉体1并与棒头8连接，推杆7的中心线和棒体的中心线在同一水平线上；推杆7与棒头8插接，压力传感器9设置在推杆7的冷却端，棒头8的大小与模具4内孔的大小一致，可以防止加载时模具4翻滚和旋转；推杆7由压力控制箱11控制的电机驱动实现水平移动。

压力控制箱11与传感器相9通讯，用于控制加载装置的运动，并可记录加载的剪切力，计算出加载的剪切强度；温度控制箱10与硅钼棒发热体2及热电偶3相连接，温度控制箱10用于控制电阻炉的升温制度。热电偶3用于检测炉体1内部的温度，硅钼棒发热体2用于为炉内加热。

模具4和载台5是用于盛放和测试修补料，模具4为正立方体，中间设置空腔，用于盛放待测试物料(待测试物料6)，模具4和待测试物料(待测试物料6)设在载台5上，载台5在实验时固定在炉体1的底部；模具4的空腔内轮廓与棒头8外轮廓一致，确保棒头8能够稳定的推动模具4；当测试火泥的高温剪切强度时，火泥直接涂敷在模具4和载台5之间，厚度1-5mm；模具4可采用边长为80mm的立方体，中间有一内径为的空腔。

其中，炉体1、硅钼棒发热体2、热电偶3和温度控制箱10是控制炉体1温度的设备；模具4、载台5、推杆7、棒头8、压力传感器9和压力控制箱11是检测材料强度的设备。

高温炉衬修补料或火泥的高温剪切强度试验方法，剪切力是由高温烧结后的最大力减去高温时空载时的最大力得到的，具体包括以下步骤：

1)测试修补料时，将待测试物料6压制成比模具4中间空腔内轮廓小5-10mm的试样，便于高温下试样放入模具4内；

2)测试修补料时，将模具4放在载台5上，以3-15℃/min的升温速度加热到测试温度，然后保温30min后，再将试样放置在模具4的空腔内；

3)试样烧结30-60min后，启动电机驱动推杆7运动，推杆7推动棒头8，在此过程中先测试出空载时棒头8与载台5的最大摩擦力，棒头8继续向前运动的过程中推动模具4，使模具4和载台5发生相对位移，在此过程中可测试出最大的推力，此最大推力减去测试的最大摩擦力即为试样与载台5的剪切力；以此剪切力除以试样与载台5的接触面积即为试样与载台5的剪切强度，该剪切强度即为修补料高温下与炉衬的剪切强度；

4)测试高温火泥的剪切强度时，将模具4底部抹上待测的火泥并放在载台5上，室温养护24h后，以3-15℃/min升温速度加热到测试温度，然后保温30min后，启动电机驱动推杆7运动，推杆7推动棒头8，在此过程中先测试出空载时棒头8与载台5的最大摩擦力，棒头8继续向前运动的过程中推动模具4，使模具4和载台5发生相对位移，在此过程中可测试出最大的推力，此最大的推力减去测试的最大摩擦力即为火泥与载台5的剪切力；以此剪切力除以模具4与载台5的接触面积即为火泥与载台5的剪切强度，该剪切强度即为火泥高温下与炉衬的剪切强度。

实施例1：

以转炉大面修补料的试验为例：称量200g修补料在的模具4内手动在10mpa的压力下压制成高度约为50mm的圆柱体试样备用。将镁碳砖材质的150mm×150mm载台5放入炉底的炉台内并固定，然后在载台5上放上一内径(空腔)，外形为80mm的立方体镁砖模具4，接着以5℃/min的升温速度升温到1200℃并保持30min，然后将的试样放入模具4内，恒温1200℃烧结40min后，启动驱动电机带动推杆7运动，推杆7推动棒头8运动，在棒头8没有接触到模具4的运动过程中，棒头8与载台5发生摩擦运动，可以测试出空载时的最大摩擦力f，当棒头8继续向前运动时，棒头8将推动模具4内的物料与载台5发生分离，此时可以测得最大的剪切力f，用此最大剪切力减去最大空载摩擦力即为大面料的剪切力(f-f)，然后以此剪切力除以试样与载台5的接触面积a即为大面料的剪切强度τ(单位：mpa)。剪切强度的计算公式见(1)式。转炉大面修补料的典型测试值范围见表1。

τ＝(f-f)/a(1)

实施例2：

以钢包修补料的试验为例：称量200g修补料在φ50mm的模具4内手动在10mpa的压力下压制成高度约为50mm的圆柱体试样备用。将镁砖材质的150mm×150mm载台5放入炉台内并固定，然后在载台5上放上一内径φ60mm(空腔)，外形为80mm的立方体镁砖模具4，接着以5℃/min的升温速度升温到1100℃并保持30min，然后将φ50mm×50mm的物料放入模具4内恒温1100℃烧结30min后，启动驱动电机带动推杆7运动，推杆7推动棒头8运动，在棒头8没有接触到模具4的运动过程中，棒头8与载台5发生摩擦运动，可以测试出空载时的最大摩擦力f，当棒头8继续向前运动时，棒头8将推动模具4内的物料与载台5发生分离，此时可以测得最大的剪切力f，用此最大剪切力减去最大空载摩擦力即为大面料的剪切力(f-f)，然后以此剪切力除以钢包修补料与载台5的接触面积a即为钢包修补料的剪切强度τ。剪切强度的计算公式见(1)式。钢包修补料的典型测试值范围见表1。

实施例3：

以高炉修补料为例：称量200g修补料在φ50mm的模具4内手动在10mpa的压力下压制成高度约为50mm的圆柱体试样备用。将高铝砖材质的150mm×150mm载台5放入炉台内并固定，然后在载台5上放上一内径φ60mm，外形为80mm的立方体高铝砖模具4，接着以5℃/min的升温速度升温到1200℃并保持30min，然后将φ50mm×50mm的物料放入模具4内恒温1200℃烧结30min后，启动驱动电机带动推杆7运动，推杆7推动棒头8运动，在棒头8没有接触到模具4的运动过程中，棒头8与载台5发生摩擦运动，可以测试出空载时的最大摩擦力f，当棒头8继续向前运动时，棒头8将推动模具4内的物料与载台5发生分离，此时可以测得最大的剪切力f，用此最大剪切力减去最大空载摩擦力即为高炉修补料的剪切力(f-f)，然后以此剪切力除以高炉修补料与载台5的接触面积a即为高炉修补料的剪切强度τ。剪切强度的计算公式见(1)式。高炉修补料的典型测试值范围见表1。

实施例4：

电炉修补料为例：称量200g电炉修补料备用，将镁钙砖材质的150mm×150mm载台5放入炉台内并固定，然后在载台5上放上一内径φ60mm，外形为80mm的立方体镁钙砖模具4，接着以5℃/min的升温速度升温到1400℃并保持30min，然后将200g的电炉修补料放入模具4内恒温1400℃烧结30min后，启动驱动电机带动推杆7运动，推杆7推动棒头8运动，在棒头8没有接触到模具4的运动过程中，棒头8与载台5发生摩擦运动，可以测试出空载时的最大摩擦力f，当棒头8继续向前运动时，棒头8将推动模具4内的物料与载台5发生分离，此时可以测得最大的剪切力f，用此最大剪切力减去最大空载摩擦力即为电炉修补料的剪切力(f-f)，然后以此剪切力除以电炉修补料与载台5的接触面积a即为电炉修补料的剪切强度τ。剪切强度的计算公式见(1)式。电炉修补料的典型测试值范围见表1。

实施例5

高铝质高温火泥为例：称量100g高铝质高温火泥，先将高铝材质的150mm×150mm载台5放入炉台内并固定，然后将边长为60mm的立方体高铝砖模具4的一面抹上2mm厚的火泥并放在载台5上，自然干燥24h后，以5℃/min的升温速度升温到1100℃并保持30min，接着启动驱动电机带动推杆7运动，推杆7推动棒头8运动，在棒头8没有接触到模具4的运动过程中，棒头8与载台5发生摩擦运动，可以测试出空载时的最大摩擦力f，当棒头8继续向前运动时，棒头8将推动模具4与载台5发生分离，此时可以测得最大的剪切力f，用此最大剪切力减去最大空载摩擦力即为高温火泥的剪切力(f-f)，然后以此剪切力除以高温火泥与载台5的接触面积a即为高温火泥的剪切强度τ。剪切强度的计算公式见(1)式。高铝质火泥的典型测试值范围见表1。

表1火泥和各种修补料的典型测试值范围

以上实施例是本发明的具体应用，但不是全部；只要是在此发明基础上的改进和变化均在本发明的保护范围之列。