双模式耐火球耐压强度试验用适配器及试验方法与流程

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种双模式耐火球耐压强度试验用适配器及试验方法。

背景技术：

耐火球是用于热风炉蓄热室的蓄热材料，比表面积大，蓄热能力强，热效率高，节能效果明显，能显著提高热风温度；施工简单方便，具有节省工时的优越性。因此被广泛适用于中小高炉用热风炉中。施工时，直接倾倒于蓄热室内，耐火球自然滚动堆积，大多表现为立方最紧密堆积或六方最紧密堆积，即一个耐火球与周围六个耐火球接触。倾倒时，耐火球从较高处摔落；使用时，耐火球受周围6个耐火球挤压。若结构强度不好，耐火球容易破裂，堵塞球体间隙，导致送风不畅；同时，高温下耐火球破损产生的碎屑容易结渣，从而影响使用效果和整体寿命。因此耐火球的结构强度是一项重要指标，一般用耐压强度表征其结构强度。测量耐火球的耐压强度具有现实的指导意义。

目前国内的产品标准yb/t4232-2010规定了耐压强度的测试方法，参照gb/t5072进行，直接将耐火球置于压力试验机上，对球顶加压，直至耐火球破裂。这与实际使用中耐火球的受力不一致，因此采用该方法测量的数值无法指导实际生产。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种操作简单方便、测量结果准确、有现实指导意义的双模式耐火球耐压强度试验用适配器及试验方法，能够模拟耐火球在实际使用中的受力状态，将耐火球置于专用的试样适配器中，采用常规的压力试验机进行耐压强度测试，从而更准确的评价耐火球的力学性能。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种双模式耐火球耐压强度试验用适配器，包括刚性框架、下支撑座、上压板和传压杆；

所述刚性框架内部中空，作为下支撑座、上压板和传压杆的安装基础；

所述下支撑座包括下支撑座平板和三个1/6半球体，所述下支撑座平板为正三角形，三个1/6半球体的球心分别对齐下支撑座平板的三个顶点，并以球面相对的方位固定在下支撑座平板的上表面，1/6半球体的两条底面半径分别沿下支撑座平板的两条边，三个1/6半球体相互外切；所述下支撑座平板安装于所述刚性框架的底部，下支撑座平板能够绕自身形心水平旋转至合适角度后实现固定；

所述上压板包括上压板平板、三个1/6半球体、球形座，所述上压板平板为正三角形，三个1/6半球体的球心分别对齐上压板平板的三个顶点，并以球面相对的方位固定在上压板平板的下表面，1/6半球体的两条底面半径分别沿上压板平板的两条边，三个1/6半球体相互外切；所述球形座安装于上压板平板的上表面；所述上压板平板通过弹性件悬挂安装于刚性框架的内部上方，所述弹性件的上端与刚性框架上端固定连接，弹性件的下端与上压板平板的上表面固定连接；

当所述下支撑座平板的三个顶点正对上压板平板的三个顶点，即所述下支撑座平板上的三个1/6半球体与上压板上的三个1/6半球体上下对称分布时，所述适配器处于耐火球六方堆积试验状态；当所述下支撑座绕自身形心水平旋转180°变换角度后，所述适配器处于耐火球立方堆积试验状态；

所述传压杆的下端与所述球形座的上端面配合安装，传压杆的上端伸出所述刚性框架内部，便于与外部的压力机连接。

上述方案中，所述下支撑座平板的边长等于上压板平板的边长，六个1/6半球体的半径均等于试验用耐火球的半径。

上述方案中，所述刚性框架为正三棱柱状，其底面边长大于下支撑座平板和上压板平板的边长，确保下支撑座能水平旋转180^°；刚性框架的上底面设有上封板，所述弹性件的上端与所述上封板固定连接，上封板中间开设用于所述传压杆穿过的孔，且孔径大于传压杆外径；刚性框架的下底面设有下封板，所述下支撑座平板的形心处开设旋转孔，下封板的形心处开设适配的通孔，沉孔螺栓依次穿过所述下支撑座平板的旋转孔和下封板的通孔后通过螺母紧固，从而将下支撑座平板固定在下封板上。

上述方案中，所述刚性框架的三个侧面均设有矩形开口，便于安放试验用耐火球、观察试验过程及清理、维护适配器。

上述方案中，所述下支撑座平板与上压板平板均为钢制平板，1/6半球体分别通过沉孔螺栓安装于所述下支撑座平板或上压板平板上。

上述方案中，所述球形座包括下部圆柱体和上部半球体，下部圆柱体的底面与上压板的上表面固定连接；所述传压杆的下端面为与所述上部半球体适配的球面凹槽，传压杆的上端面为平面压头。

上述方案中，所述弹性件为弹簧，所述弹簧有三根，均匀分布于所述上压板平板。

本发明还提出上述双模式耐火球耐压强度试验用适配器的试验方法，包括如下步骤：

s1、将试验用耐火球置于下支撑座上，耐火球表面与下支撑座三个1/6半球体的球面成点接触；

s2、将适配器置于压力试验机试验工位，启动压力试验机，使压力试验机上压板接触适配器传压杆上表面；

s3、缓慢调整压力试验机，使适配器上压板的三个1/6半球体的球面接触耐火球的球面，继续加压，直至耐火球破裂，此时压力机的数值即为该耐火球的耐压强度值，重复n次试验，记录各单值；

s4、拆下所述下支撑座，水平旋转180^°变换角度后，再固定在刚性框架上，进行另一种堆积模式的耐压强度试验，重复n次试验，记录各单值；

s5、两种模式耐压强度各做n个单值，以2n个数值平均值为该批耐火球的耐压强度值。

上述方案中，在步骤s1之前，检查确保试样适配器各活动部件能够顺畅自由活动，该锁紧固定的部件无松动。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用双模式适配器夹持耐火球试样，可以模拟耐火球实际使用时的六方堆积和立方堆积两种受力状态，六方堆积(abab)和立方堆积(abc)是同直径球体的两种最紧密堆积模式，在耐火球实际使用中，两种堆积模式随机存在，导致耐火球受到两种不同的挤压方式，具有不同的应力分布和应变，若强度不满足要求均会导致碎屑结渣、堵塞间隙，造成通风不畅。通过模拟模拟耐火球实际使用时的两种堆积模型，测试两种受力状态下的强度平均值，有助于判断整批耐火球耐压强度质量水平，使得实验室测得的数据更具有实际指导意义。

2、本发明采用试样适配器，试样适配器上的主要磨损部件可以拆卸维修或更换，维护简单，且不需单独配置专用的压力试验机，耐火球不需要切割加工，因此试验成本低，推广应用价值大。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明六方堆积模式耐火球耐压强度试验示意图；

图2是本发明立方堆积模式适配器示意图；

图3是本发明适配器的下支撑座的结构示意图；

图4是本发明适配器的上压板的结构示意图；

图5是本发明适配器的传压杆的结构示意图。

图中：10、刚性框架；20、下支撑座；21、下支撑座平板；22、1/6半球体；23、沉孔螺栓；30、上压板；31、上压板平板；32、球形座；40、传压杆；41、球面凹槽；42、平面压头；50、弹性件；200、耐火球。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-5所示，为本发明一较佳实施例的双模式耐火球耐压强度试验用适配器，包括刚性框架10、下支撑座20、上压板30和传压杆40。

刚性框架10内部中空，作为下支撑座20、上压板30和传压杆40的安装基础。

下支撑座20包括下支撑座平板21和三个等直径的1/6半球体22。下支撑座平板21为正三角形，三个1/6半球体22的球心分别对齐下支撑座平板21的三个顶点，并以球面相对的方位固定在下支撑座平板21的上表面，1/6半球体22的两条底面半径分别沿下支撑座平板21的两条边，三个1/6半球体22相互外切。下支撑座平板21安装于刚性框架10的底部，下支撑座平板21能够绕自身形心水平旋转至合适角度后实现固定。

上压板30包括上压板平板31、三个等直径的1/6半球体22、球形座32，上压板平板31为正三角形，三个1/6半球体22的球心分别对齐上压板平板31的三个顶点，并以球面相对的方位固定在上压板平板31的下表面，1/6半球体22的两条底面半径分别沿上压板平板31的两条边，三个1/6半球体22相互外切。球形座32安装于上压板平板31的上表面。上压板平板31通过弹性件50悬挂安装于刚性框架10的内部上方，弹性件50的上端与刚性框架10上端固定连接，弹性件50的下端与上压板平板31的上表面固定连接。

下支撑座平板21的边长等于上压板平板31的边长，六个1/6半球体22的半径均等于试验用耐火球的半径。当下支撑座平板21的三个顶点正对上压板平板31的三个顶点，即下支撑座平板21上的三个1/6半球体22与上压板30上的三个1/6半球体22上下对称分布时，适配器处于耐火球六方堆积(abab)试验状态，参见图1。当下支撑座20绕自身形心水平旋转180°变换角度后，适配器处于耐火球立方堆积(abc)试验状态，参见图2。

传压杆40的下端与球形座32的上端面配合安装，传压杆40的上端伸出刚性框架10内部，便于与外部的压力机连接。

进一步优化，本实施例中，刚性框架10为正三棱柱状，其底面边长大于下支撑座平板21和上压板平板31的边长，确保下支撑座20能水平旋转180^°。刚性框架10的上底面设有上封板，弹性件50的上端与上封板固定连接，上封板中间开设用于传压杆40穿过的孔，且孔径大于传压杆40外径。传压杆40和上压板30通过可伸缩弹性件50悬挂在上封板上，悬挂拉力刚好能支撑起传压杆40和上压板30的重量，并能使之自由上下移动，且与刚性框架10之间无摩擦。可伸缩弹性件50将传压杆40和上压板30提起来悬空，便于安装试样。试验结束，卸去压力时，传压杆40和上压板30在可伸缩弹性件50的弹性拉力作用下被提起来复位，便于清理试验碎渣，并进入下一轮试验。刚性框架10的下底面设有下封板，下支撑座平板21的形心处开设旋转孔，下封板的形心处开设适配的通孔，沉孔螺栓23依次穿过下支撑座平板21的旋转孔和下封板的通孔后通过螺母紧固，从而将下支撑座平板21固定在下封板上。当需要调整下支撑座20的角度时，松开螺母，将下支撑座平板21旋转180°后再锁紧螺母，即可实现模拟耐火球六方堆积(abab)或立方堆积(abc)两种状态下的耐压受力方式的切换。

进一步优化，本实施例中，刚性框架10的三个侧面均设有矩形开口，便于安放试验用耐火球、观察试验过程及清理、维护适配器。

进一步优化，本实施例中，下支撑座平板21与上压板平板31均为钢制平板，1/6半球体22分别通过沉孔螺栓23安装于下支撑座平板21或上压板平板31上，可拆卸更换或维修。试验过程中，1/6半球体22不能错位移动。

进一步优化，本实施例中，球形座32包括下部圆柱体和上部半球体，下部圆柱体的底面与上压板30的上表面固定连接。传压杆40的下端面为与上部半球体适配的球面凹槽41，传压杆40的上端面为平面压头42。传压杆40的下端面与球形座32的上端面设计为球面配合，当试验用耐火球200为非正球体时，可微调整，使上压板30的三个1/6半球体22能顺利接触耐火球200球面，施加压力。

进一步优化，本实施例中，弹性件50为弹簧，弹簧有三根，均匀分布于上压板平板31。

本发明还提出了上述双模式耐火球耐压强度试验用适配器的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)检查确保试样适配器各活动部件能够顺畅自由活动，该锁紧固定的部件无松动。

2)将试验用耐火球置于下支撑座20上，耐火球表面与下支撑座20三个1/6半球体22的球面成点接触。

3)将适配器置于压力试验机试验工位，启动压力试验机，使压力试验机上压板30接触适配器传压杆40上表面。

4)缓慢调整压力试验机，使适配器上压板30的三个1/6半球体22的球面接触耐火球的球面，继续加压，直至耐火球破裂，此时压力机的数值即为该耐火球的耐压强度值，重复n次试验，记录各单值。

5)拆下下支撑座20，水平旋转180°变换角度后，再固定在刚性框架10上，进行另一种堆积模式的耐压强度试验，重复n次试验，记录各单值。

6)两种模式耐压强度各做n个单值，以2n个数值平均值为该批耐火球的耐压强度值。

本发明方法采用特制适配器夹持试样，模拟耐火球实际使用时的立方堆积和六方堆积两种受力状态，即一个球受到周围六个球的同时挤压，受力方式也与实际使用时一致，使耐火球200的下半球在下支撑座20上与三个1/6半球体22点接触，通过球形座32调整上压板30的方位，使耐火球200的上半球与上压板30上三个1/6半球体22点接触，操作压力试验机机进行耐压试验，直至耐火球破裂，记录其破裂强度。

本发明的优点在于：

本发明方法采用双模式适配器夹持耐火球试样，可以模拟耐火球实际使用时的六方堆积和立方堆积两种受力状态，六方堆积(abab)和立方堆积(abc)是同直径球体的两种最紧密堆积模式，在耐火球实际使用中，两种堆积模式随机存在，导致耐火球受到两种不同的挤压方式，具有不同的应力分布和应变，若强度不满足要求均会导致碎屑结渣、堵塞间隙，造成通风不畅。通过模拟两种堆积模型，测试两种受力状态下的强度平均值，有助于判断整批耐火球耐压强度质量水平。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。