一种底入式全自动耐火材料热震稳定性试验机

摘要

本发明涉及一种底入式全自动耐火材料热震稳定性试验机，包括机架、急热装置、传动装置、急冷装置和摄像机。其有益效果是：加热炉为底开门，试样从设有U形碳化硅发热体的加热炉底部进入，可保证急冷后的试样入炉后均匀受热，且炉温快速恢复至设定温度，需要的功率小，节省能源；采用丝杠(液压)传动机构和旋转气缸控制试样的升降及翻转，速度快、传动稳定，行程开关控制试样升降位置，定位精确，可实现试验过程全自动化；水槽入水口设有控制水流量大小的电磁阀和温度测量器，可满足试验标准对流入和流出水槽水温升控制要求；通过变更夹持器，可实现耐火材料试验标准GB/T30873‑2014内方法1和方法2水冷试验的直形砖试样和小试样的全部自动化。

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域的一种实验设备，特别是涉及一种底入式全自动耐火材料热震稳定性试验机。

背景技术

耐火材料是指耐火度在1580℃以上，能承受各种物理化学变化、高温和机械作用的一类无机非金属材料，由于其良好的耐高温性和高温稳定性，广泛应用于钢铁、有色、石化、建材、电力等行业的高温部位。耐火材料在使用过程中常常因为使用温度发生波动较大而损坏，当温度梯度改变而产生的热应力超过耐火材料的极限时，耐火材料就会开裂损坏。因此，模拟耐火材料在高温环境中因为温度变化而发生损坏的实验具有重要的指导意义。目前，用来评价耐火材料抵抗急冷急热能力的参数是抗热震稳定性。其试验方法原理是在规定的试验温度和冷却介质条件下，一定形状和尺寸的试样，在经受极热急冷的温度突变后，根据其破损程度来确定耐火材料的抗热震性。耐火材料检验标准为GB/T30873-2014。

目前，常规的耐火材料抗热震性试验设备普遍采用侧开炉门加热炉，多数采用人工操作，这种试验装置存在以下技术缺陷：

1)侧开炉门，发热体单面加热，试样加热过程中，炉内的热气会从炉门口上方的缝隙中溢出、冷空气会从炉门下方的缝隙补入，结果会导致试样在加热时端头上部温度较高，下部温度较低的情况，最终的试验结果经常是试样端头上部先损坏、下部后损坏，试验结果的偏差较大；

2)侧开炉门，在打开炉门取出试样的过程中，炉内的热气会从炉门口上方大量溢出、冷空气会从炉门下方大量补入，造成炉温急剧降低，不容易达到“试样入炉后炉温降低应不大于50℃、并于5min内恢复至试验温度”试验标准要求。且存在热损失大、耗能高、工作环境恶劣等缺陷；

3)试验设备只有做标型砖试样的试样夹持器，无小试样试样夹持器，做小试样时，只能人工用夹具对试样夹取进行试验，费时、费力和危险；

4)水冷系统无测量流入和流出水的温度装置，无控制水流量的装置，因此不能有效地调节水流量大小，试样入水后流入和流出水槽水的温升经常大于10℃，与试验标准不符合。

发明内容

为克服现有技术缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种底入式全自动耐火材料热震稳定性试验机，试样从设有U形碳化硅发热体的加热炉底部进入，试样端面朝上进行加热，可保证急冷后的试样入炉后均匀受热，且炉温快速恢复至设定温度，需要的功率小，节省能源；采用丝杠(液压)传动机构和旋转气缸控制试样的升降及翻转，速度快、传动稳定，行程开关控制试样升降位置，定位精确，可实现试验过程全自动化；水槽入水口设有控制水流量大小的电磁阀和温度测量器，可满足试验标准对流入和流出水槽水温升控制要求；通过变更夹持器，可实现耐火材料试验标准GB/T30873-2014内方法1和方法2水冷试验的直形砖试样和小试样的全部自动化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种底入式全自动耐火材料热震稳定性试验机，包括机架、急热装置、传动装置、急冷装置和摄像机，其特征在于，所述急热装置设置在机架顶部，由加热炉、发热体、炉门和炉门传动机构组成，其中加热炉为底开门，发热体为U形碳化硅发热体，环绕设置在加热炉炉膛四周，炉门传动机构控制设置在加热炉底部炉门的左右往复运动；所述传动装置设置在机架中部，由试样夹持器、丝杠(液压)升降机构、旋转气缸、托举机构和行程开关组成，其中托举机构一端与带有行程开关的丝杠(液压)升降机构连接、另一端与试样夹持器连接，试样夹持器与旋转气缸连接并受其控制可旋转±90°；所述急冷装置设置在机架底部地面上，由水槽、隔板、入水口、出水口、入水口温度测量器、出水口温度测量器、车轮和电磁阀组成，其中水槽内设有隔板，底部设有车轮，水槽入水口处设有电磁阀和入水口温度测量器，出水口处设有出水口温度测量器；所述摄像机设置在正对着丝杠(液压)升降机构的另一侧的机架上。

所述试样夹持器上设有可放置试样或小试样夹的平台，之间通过紧固螺栓连接紧固。

所述小试样夹由试样钳、底座、轻质保温砖及保温棉组成，其中试样钳为3个通过试样紧固螺栓固定在底座上，轻质保温砖及保温棉包裹在试样钳四周，且仅露出试样钳夹持小试样部分，底座两侧各设有两个定位螺丝孔，通过夹持器紧固螺栓与试样夹持器连接固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)加热炉为底开门，保温效果好，炉温恢复块；

2)发热体采用U形碳化硅发热体，环绕炉膛四周，环形加热，因此炉内温度均匀，急冷后试样入炉后，试样均匀受热，炉温很快恢复至设定温度，而且需要的功率小，节省能源；

3)提供了一种小试样的试样夹持器，可以固定在试样夹持器上，因此本试验机实现了耐火材料试验标准GB/T30873-2014内方法1和方法2水冷试验的直形砖试样和小试样的全部自动化；

4)利用丝杠(液压)传动机构控制试样的升降，利用旋转气缸控制试样的翻转，优点是速度快，传动稳定，利用行程开关控制升降位置，定位精确，试验过程全自动化；

5)水冷槽在炉体下方，出水口和入水口附近增加温度测量器，测量水冷槽出水和入水温度，入水口增加电磁阀控制水冷槽入水口的水流量，当水冷槽流出和流入水槽水的温升大于10℃，利用电磁阀增大入水口的水流量，可满足试验标准对流入和流出水槽水温升控制要求；

6)水冷槽设置在整个试验机的正下方，结构紧凑，占地面积小。

附图说明

图1是本发明的立体结构原理示意图；

图2是本发明的结构原理示意主视图；

图3是本发明的结构原理示意左视图；

图4是本发明之小试样夹的立体结构原理示意图；

图5是本发明之小试样夹的结构原理示意主视图；

图6是本发明之小试样夹的结构原理示意左视图。

图中：1-发热体2-加热炉3-炉门4-炉门传动机构5-旋转气缸6-行程开关7-入水口温度测量器8-入水口9-电磁阀10-水槽11-隔板12-出水口13-出水口温度测量器14-车轮15-试样16-试样紧固螺栓17-试样夹持器18-夹持器紧固螺栓19-托举机构20-摄像机21-丝扛(液压)升降机构22-小试样夹221-试样钳222-底座223-定位螺丝孔224-小试样225-轻质保温砖及保温棉23-机架

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1-图6所示，本发明涉及的一种底入式全自动耐火材料热震稳定性试验机，包括机架23、急热装置、传动装置、急冷装置和摄像机20，所述急热装置设置在机架23顶部，由加热炉2、发热体1、炉门3和炉门传动机构4组成，其中加热炉2为底开门，发热体1为U形碳化硅发热体，环绕设置在加热炉2炉膛四周，炉门传动机构4控制设置在加热炉2底部炉门3的左右往复运动，开启或关闭炉门3；所述传动装置设置在机架23中部，由试样夹持器17、丝杠(液压)升降机构21、旋转气缸5、托举机构19和行程开关6组成，其中托举机构19一端与带有行程开关6的丝杠(液压)升降机构21连接、另一端与试样夹持器17连接，试样夹持器17与旋转气缸5连接并受其控制可旋转±90°，实现试样15或小试样224受热端呈垂直向上、水平向左或垂直向下，使其被急加热、被照相或被急冷却处置；所述急冷装置设置在机架23底部地面上，由水槽10、隔板11、入水口8、出水口12、入水口温度测量器7、出水口温度测量器13、车轮14和电磁阀9组成，其中水槽10内设有隔板11，底部设有车轮14(方便水槽10移动至加热炉10的正下方)，水槽10入水口8处设有电磁阀9和入水口温度测量器7，出水口12处设有出水口温度测量器13，入水口温度测量器7测量水槽10流入水的温度，出水口温度测量器13测量水槽10流出水的温度，急热后的试样15或小试样224入水后，如果温升大于10℃，自动控制系统利用电磁阀9加大入水的水流量，保证水的温升小于等于10℃；所述摄像机20设置在正对着丝杠(液压)升降机构21的另一侧的机架23上。

所述试样夹持器17上设有可放置试样15或小试样夹22的平台，之间通过紧固螺栓16连接紧固。

所述小试样夹22由试样钳221、底座222、轻质保温砖及保温棉225组成，其中试样钳221为3个通过试样紧固螺栓16固定在底座222上，轻质保温砖及保温棉225包裹在试样钳221四周，且仅露出试样钳221夹持小试样224部分，底座222两侧各设有两个定位螺丝孔223，通过夹持器紧固螺栓18与试样夹持器17连接固定。

其工作原理，包括以下操作步骤：

1)装样：进行直形砖试样试验时，在试样夹持器17内装好3块标型砖试样15并用紧固螺栓16固定好试样15；做小试样时，先把小试样夹222用夹持器固定螺栓18固定在试样夹持器17上，然后把小试样224放在试样钳221中间，拧紧试样紧固螺栓16将试样钳221底座222连接固定；

2)急热过程：炉温升至设定温度并保温一段时间后，触动炉门开关打开炉门3，启动升降机按钮，丝杠(液压)升降机构21带着托举机构19、试样夹持器17、试样15一同上升，待试样15完全进入加热炉2后触发行程开关6，丝扛(液压)升降机构21停止；试样15在加热炉2内加热至规定的时间后，丝扛(液压)升降机构21启动并且快速下降，当试样15完全退出加热炉2后，炉门3启动并关闭，旋转气缸5带着试样夹持器17顺时针旋转90度，试样15受热端朝向水平向左方向，摄像机20对试样15受热端进行拍照，观察试样15急热后状态；

3)急冷过程：旋转气缸5继续顺时针旋转90度，试样15受热端朝向正下方，丝扛(液压)升降机构21带着试样15受热端浸入5℃-35℃流动的水中50mm时停止，此时利用电磁阀9调节入水口8的水流量，使流入和流出水冷槽10水的温度不大于10℃，试样15在水冷槽10中急冷规定时间后，丝扛(液压)升降机构21启动并且上升，然后旋转气缸5逆时针旋转90度，试样15受热端朝向水平向左方向时，丝扛(液压)升降机构21触发行程开关6停止，摄像机20对试样15受热端冷却后状态进行拍照，观察试样15冷后状态；

4)干燥：急冷后试样15拍照后，丝扛(液压)升降机构21继续上升，旋转气缸5继续逆时针旋转90度至试样15受热端朝向正上方，然后丝扛(液压)升降机构21触发行程开关6回到进行急热之前的位置，停止上升，在空气中自然干燥；

5)试样15自然干燥5min后，触动炉门开关打开炉门3，丝杠(液压)升降机构21启动，将试样15迅速移入加热炉2；

6)重复步骤2)-5)直至试样15或小试样224的受热端面破损面积达到一半或达到约定的次数时，停止/结束实验。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。