评价耐火材料整体隔热性能的试验装置及试验方法

文档序号:1887562 发布日期:2021-11-26 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 评价耐火材料整体隔热性能的试验装置及试验方法 (Test device and test method for evaluating overall heat insulation performance of refractory material ) 是由 薛飞 许谦 易帅 邓丽娜 潘传才 林国伟 张航 司国栋 陈美娜 蒋晨 谢金莉 于 2021-09-24 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种评价耐火材料整体隔热性能的试验装置及试验方法,属于耐火材料领域。包括炉壳和炉盖,壳的底壁内通过耐火砖水平铺设得到第一耐火砖层,炉壳的侧壁内通过耐火砖环形摆设得到第二耐火砖层,耐火砖的耐火端朝向炉壳内部,第一耐火砖层和第二耐火砖层围成向上开口的腔体;炉盖下方设置有加热装置和第一组测温探头,炉盖密封覆盖在炉壳上端的敞口上,加热装置伸进腔体内,第一组测温探头在炉壳内与耐火砖上设定的测温点接触;炉壳的侧壁外表面上设置有第二组测温探头,第一组测温探头和第二组测温探头与测温装置连接。本发明客观表征耐火材料在窑炉服役的温度环境,模拟实际的窑炉工艺情况,准确评价耐火材料的整体传热性能。(The invention discloses a test device and a test method for evaluating the integral heat-insulating property of a refractory material, and belongs to the field of refractory materials. The furnace comprises a furnace shell and a furnace cover, wherein a first refractory brick layer is horizontally laid in the bottom wall of the shell through refractory bricks, a second refractory brick layer is annularly laid in the side wall of the furnace shell through refractory bricks, the refractory ends of the refractory bricks face the inside of the furnace shell, and the first refractory brick layer and the second refractory brick layer enclose a cavity with an upward opening; a heating device and a first group of temperature measuring probes are arranged below the furnace cover, the furnace cover is hermetically covered on an opening at the upper end of the furnace shell, the heating device extends into the cavity, and the first group of temperature measuring probes are contacted with temperature measuring points set on the refractory bricks in the furnace shell; and a second group of temperature probes are arranged on the outer surface of the side wall of the furnace shell, and the first group of temperature probes and the second group of temperature probes are connected with a temperature measuring device. The method objectively represents the temperature environment of the refractory material in the service of the kiln, simulates the actual process condition of the kiln, and accurately evaluates the overall heat transfer performance of the refractory material.)

评价耐火材料整体隔热性能的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域,特别是指一种评价耐火材料整体隔热性能的试验装置及试验方法。

背景技术

耐火材料是热工窑炉中常用的窑衬材料,是不可缺少的保障窑炉安全生产的功能材料之一。耐火材料的设计、配置、施工和应用,影响工业窑炉的寿命,也决定窑炉的隔热效果。

现有技术中,窑炉设计工作人员根据均质体系耐火砖的导热系数和窑炉内的理论温度来计算不同层的温度,例如保温层、隔热层、耐火层,参考温度的相关数据进行窑炉设计。但是理论计算不同层的温度,往往与实际温度不符,影响窑炉的使用寿命,降低耐火材料的整体隔热性能。

此外,随着节能降耗意识的不断增强,热工窑炉对节能的要求也越来越高,针对该需求,相对应的耐火材料节能新品种层出不穷。其中结构功能一体化多层复合耐火材料是主要品种,该材料一般由耐火层和保温层构成,有些产品还有隔热层。耐火层、保温层和隔热层采用同步成型、同步烧成的工艺一体成型。由于复合耐火材料由不同层的材质组成,材料传热能力不均匀,导致理论计算不同层温度的结果偏差更大。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明提供一种评价耐火材料整体隔热性能的试验装置及试验方法,客观表征耐火材料在窑炉服役的温度环境,模拟实际的窑炉工艺情况,准确评价耐火材料的整体传热性能。

本发明提供技术方案如下:

一种评价耐火材料整体隔热性能的试验装置,包括炉壳和炉盖,其中:

所述炉壳上端敞口,所述炉壳的底壁内通过耐火砖水平铺设得到第一耐火砖层,所述炉壳的侧壁内通过耐火砖环形摆设得到第二耐火砖层,所述第一耐火砖层和第二耐火砖层中的耐火砖的耐火端朝向所述炉壳内部,所述第一耐火砖层和第二耐火砖层围成向上开口的腔体;

所述炉盖下方设置有加热装置和第一组测温探头,所述炉盖密封覆盖在所述炉壳上端的敞口上,所述加热装置伸进所述腔体内,所述第一组测温探头在所述炉壳内与所述耐火砖上设定的测温点接触;

所述炉壳的侧壁外表面上设置有第二组测温探头,所述第一组测温探头和第二组测温探头与测温装置连接。

进一步的,所述耐火砖为复合耐火砖,所述复合耐火砖包括依次设置且整体成型的耐火层、隔热层和保温层,所述复合耐火砖的耐火层朝向所述炉壳内部。

进一步的,所述测温点设置在所述耐火层、隔热层和保温层上,所述测温点处钻有供所述第一组测温探头插入的测温孔。

进一步的,所述耐火砖为均质耐火砖,所述均质耐火砖包括互相分离的保温层单元、隔热层单元和耐火层单元,所述保温层单元、隔热层单元和耐火层单元在所述炉壳内从外向内依次设置。

进一步的,所述测温点设置在所述耐火层单元、隔热层单元和保温层单元上,所述测温点处钻有供所述第一组测温探头插入的测温孔。

进一步的,所述第一耐火砖层和第二耐火砖层中的耐火砖通过火泥粘结。

进一步的,所述第二组测温探头通过磁力吸附在炉壳的侧壁外表面上,或者所述炉壳的侧壁外表面上开设有安装槽,所述第二组测温探头设置在所述安装槽内。

进一步的,所述炉壳和炉盖的材质为钢质,所述炉壳的形状为圆柱形,所述加热装置为加热棒,所述第一组测温探头为热电偶探头,所述第二组测温探头为热电阻探头,所述测温装置为多路复合巡检测温装置。

一种前述的评价耐火材料整体隔热性能的试验装置的试验方法,所述方法包括:

S1:利用起重机吊起所述炉盖;

S2:沿着炉壳的底壁内水平铺设耐火砖,并使得耐火砖的耐火端朝向所述炉壳内部,得到第一耐火砖层;

S3:在所述第一耐火砖层上,沿着炉壳的侧壁内环形摆设耐火砖,并使得耐火砖的耐火端朝向所述炉壳内部,得到第二耐火砖层;

S4:将所述炉盖密封覆盖在所述炉壳上端的敞口上,并使得所述加热装置伸进所述腔体内,所述第一组测温探头在所述炉壳内与所述耐火砖上设定的测温点接触;

S5:设置升温速率及升温温度,打开加热装置,开始升温操作;

S6:通过测温装置测量第一组测温探头和第二组测温探头的温度,待第一组测温探头和第二组测温探头的温度均稳定后,记录第一组测温探头和第二组测温探头的各个温度值;

S7:根据记录的各个温度值绘制耐火砖各个位点的温度变化曲线,并根据温度变化曲线评价耐火材料的整体隔热性能。

进一步的,所述S2中,耐火砖通过火泥粘结,所述S3中,耐火砖通过火泥粘结。

本发明具有以下有益效果:

本发明通过模拟耐火材料在窑炉中实际服役的情况,得到较为客观准确的各点温度变化曲线,直观表征耐火材料在窑炉中使用的温度情况,系统客观的评价耐火材料的整体传热性能,提高了耐火材料导热测试的准确性,为耐火材料企业创造出可观的经济效益,具有重要意义。并且试验装置内温度可控、安全可靠、成本较低。炉体可以由不同尺寸的耐火砖砌筑而成,适用于各种均质体系和非均质体系的耐火砖,不要求耐火砖各向同性和均质性,扩大了受测耐火材料的测试范围。且在测试过程中,升温温度和升温速率对本发明结果无任何限制,结果稳健,一致性好。

附图说明

图1为本发明的评价耐火材料整体隔热性能的试验装置的爆炸图;

图2为本发明的评价耐火材料整体隔热性能的试验装置的立体图;

图3为炉壳的俯视图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1:

本发明实施例提供一种评价耐火材料整体隔热性能的试验装置,如图1-3所示,其包括炉壳1和炉盖2,其中:

炉壳1和炉盖2的材质均可以为钢质,炉壳1的形状可以为圆柱形,其上端敞口,炉壳1和炉盖2组成高温圆柱形试验炉,试验炉的升温范围为100~1500℃。

炉壳1内通过受测耐火砖砌筑炉体,其中:炉壳1的底壁内通过耐火砖水平铺设并可以通过火泥粘结得到第一耐火砖层3,炉壳1的侧壁内通过耐火砖环形摆设并可以通过火泥粘结得到第二耐火砖层4,第一耐火砖层3和第二耐火砖层4中的耐火砖的耐火端5朝向炉壳1内部,第一耐火砖层3和第二耐火砖层4砌筑成炉体,第一耐火砖层3和第二耐火砖层4围成向上开口的腔体6。

炉体的厚度和高度通过耐火砖的使用量进行调节,耐火砖砌筑的炉体厚度可以选择单层或多层耐火砖,炉体高度可通过耐火砖的层数进行调节。

炉盖2下方设置有加热装置7和第一组测温探头8,加热装置7可以为加热棒,加热棒可以使用硅碳棒或硅钼棒,根据温度的高低进行选择,加热棒安装于炉盖上,随炉盖移动。

第一组测温探头8可以为热电偶探头,热电偶精度控制在±1℃之内,例如B、S、K型热电偶,数量为若干个。

炉盖2密封覆盖在炉壳1上端的敞口上,加热装置7伸进腔体6内,第一组测温探头8在炉壳1内与耐火砖上设定的测温点接触。

炉壳1的侧壁外表面上设置有第二组测温探头9,第一组测温探头8和第二组测温探头9与测温装置连接。

第二组测温探头9可以为热电阻探头,例如Pt100型热电阻,数量为若干个。

第一组测温探头8和第二组测温探头9接于试验炉体内部或表面,测试耐火砖侧向或底向的传热情况。

本发明的使用方法如下:

首先利用起重机吊起炉盖2。

然后根据预先设计砌筑炉体,中间设置腔体,具体包括:沿着炉壳1的底壁内水平铺设耐火砖,并使得耐火砖的耐火端朝向炉壳1内部(即耐火端垂直向上),用火泥粘结耐火砖,得到第一耐火砖层3;在铺设好的第一耐火砖层3上,沿着炉壳1的侧壁内环形摆设耐火砖,并使得耐火砖的耐火端朝向炉壳1内部(即耐火端水平朝向中间),用火泥粘结耐火砖,得到第二耐火砖层4;第一耐火砖层3和第二耐火砖层4围成向上开口的腔体6。

之后将炉盖2密封覆盖在炉壳1上端的敞口上,并与炉壳锁紧,且使得加热装置7伸进腔体内,第一组测温探头8在炉壳1内与耐火砖上设定的测温点接触。

设置升温速率及升温温度,打开加热装置7,开始升温操作,同时打开测温装置。

通过测温装置测量第一组测温探头8和第二组测温探头9的温度,待第一组测温探头8和第二组测温探头9的温度均稳定后,记录第一组测温探头8和第二组测温探头9的各个温度值,即各个测温点的温度值。

根据记录的各个温度值绘制耐火砖各个位点的温度变化曲线,并根据温度变化曲线评价耐火材料的整体隔热性能。

本发明通过模拟耐火材料在窑炉中实际服役的情况,得到较为客观准确的各点温度变化曲线,直观表征耐火材料在窑炉中使用的温度情况,系统客观的评价耐火材料的整体传热性能,提高了耐火材料导热测试的准确性,为耐火材料企业创造出可观的经济效益,具有重要意义。并且试验装置内温度可控、安全可靠、成本较低。炉体可以由不同尺寸的耐火砖砌筑而成,适用于各种均质体系和非均质体系的耐火砖,不要求耐火砖各向同性和均质性,扩大了受测耐火材料的测试范围。且在测试过程中,升温温度和升温速率对本发明结果无任何限制,结果稳健。

本发明适用于各种形式的耐火砖,下面给出若干个示例进行说明:

示例一:

本示例的耐火砖为复合耐火砖,复合耐火砖包括依次设置且整体成型的耐火层、隔热层和保温层,砌筑炉体时,复合耐火砖的耐火层朝向炉壳内部。

对于上述复合耐火砖,测温点设置在该复合耐火砖的耐火层、隔热层和保温层上,并且在测温点处钻有供第一组测温探头插入的测温孔。

示例二:

本示例的耐火砖为均质耐火砖,均质耐火砖包括互相分离的保温层单元、隔热层单元和耐火层单元,砌筑炉体时,保温层单元、隔热层单元和耐火层单元在炉壳内从外向内依次设置。

对于上述均质耐火砖,测温点设置在该均质耐火砖的耐火层单元、隔热层单元和保温层单元上,并且在测温点处钻有供第一组测温探头插入的测温孔。

第二组测温探头9可以通过磁力吸附在炉壳1的侧壁外表面上,或者炉壳1的侧壁外表面上开设有安装槽,第二组测温探头9设置在安装槽内。

前述的测温装置可以为多路复合巡检测温装置,热电偶和热电阻数据端与多路复合巡检测温装置连接,多路复合巡检测温装置能够多方向和多位点测温。

实施例2:

本发明实施例提供一种实施例1的评价耐火材料整体隔热性能的试验装置的试验方法,该方法包括:

S1:利用起重机吊起炉盖2。

S2:沿着炉壳1的底壁内水平铺设耐火砖,并使得耐火砖的耐火端朝向炉壳1内部(即耐火端垂直向上),并用火泥粘结耐火砖,得到第一耐火砖层3。

S3:在铺设好的第一耐火砖层3上,沿着炉壳1的侧壁内环形摆设耐火砖,并使得耐火砖的耐火端朝向炉壳1内部(即耐火端水平朝向中间),并用火泥粘结耐火砖,得到第二耐火砖层4。

第一耐火砖层3和第二耐火砖层4围成腔体,腔体上端开口。

S4:将炉盖2密封覆盖在炉壳1上端的敞口上且与炉壳锁紧,并使得加热装置7伸进腔体内,第一组测温探头8在炉壳1内与耐火砖上设定的测温点接触。

S5:设置升温速率及升温温度,打开加热装置7,开始升温操作,同时打开测温装置。

S6:通过测温装置测量第一组测温探头8和第二组测温探头9的温度,待第一组测温探头8和第二组测温探头9的温度均稳定后(即系统传热达至稳态),测温装置记录第一组测温探头8和第二组测温探头9的各个温度值。

S7:根据记录的各个温度值绘制耐火砖各个位点的温度变化曲线,并根据温度变化曲线评价耐火材料的整体隔热性能。

对于复合耐火砖,其为非均质体系耐火砖,耐火层、隔热层、保温层一体成型,砌筑炉体时,将受测复合耐火砖耐火层垂直向上朝向炉内,平铺在炉壳内底部,用火泥粘结复合耐火砖,得到第一耐火砖层;在铺好的第一耐火砖层的耐火层上,沿着炉壳内壁摆受测复合耐火砖,耐火层朝向炉内,保温层朝向炉壳内壁,用火泥粘结复合耐火砖,得到第二耐火砖层,中间设置腔体。

热电偶分别在复合耐火砖的耐火层、隔热层、保温层中接触受测耐火砖,热电阻通过磁力吸附在炉壳外表面。

对于均质耐火砖,其包括互相分离的保温层单元、隔热层单元和耐火层单元,分别应用在窑炉的耐火层、隔热层、保温层。砌筑炉体时,由下及上依次将保温层单元、隔热层单元和耐火层单元平铺在炉壳底部,用火泥粘结三种耐火砖单元,得到第一耐火砖层;在铺好的第一耐火砖层上,由外及内沿着炉壳内壁分别砌筑保温层单元、隔热层单元、耐火层单元,用火泥粘结三种耐火砖单元,得到第二耐火砖层,中间设置腔体。

热电偶分别在复合耐火砖的耐火层单元、隔热层单元、保温层单元中接触受测耐火砖,热电阻通过磁力吸附在炉壳外表面。

本发明实施例的方法为实施例1所述的评价耐火材料整体隔热性能的试验装置的使用方法,其包括实施例1的全部技术方案,并具备实施例1所述的有益效果,在此不再赘述。本实施例其他未提及之处,可参考前述实施例1中的相应内容。

以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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