專利名稱：一種熱態耐磨性測試儀及測試方法
技術領域：
本發明屬于物理測試設備，主要提出一種熱態耐磨性測試儀及測試方法。
技術背景本發明的測試儀主要為了解決一些耐熱材料如耐火材料在熱態中的耐磨性 的觀賦問題。材料的熱態耐磨性的研究與探索由來已久，因為耐熱材料的熱態 耐磨性的好壞直接影響其在熱態中的使用性能，對工業生產安全也有著極大影 響，如水泥窯用耐火材料、火電廠鍋爐用耐火材料、煉鋼用各種窯爐用耐火材 料的熱態耐磨性能的好壞，將直接影響到窯爐的使用壽命和生產安全。在以往的耐磨性研究中，在常溫下往往采用沖蝕磨損的方》妹測試，我國為此制定了 GB/T18301—2001《耐火材料常溫耐磨性試驗方法》標準。該標準 主要引用了美國ASTM C704-2001《耐火材料常溫耐磨性試驗方法》標準。該 標準只適用于常溫的耐火材料的耐磨性試驗。其原理是將規定形狀尺寸試樣的 試驗面垂直對著噴砂管，用壓縮空氣將磨損介質(即磨料)M噴砂管噴吹到 試樣上，通過測量試樣的磨損體積來評價試樣的耐磨性。該方法原理清晰，操 作方便，試驗的可比性與重復性都較好，是常溫下測試材料耐磨性的理想方法。 但如果用該方法進行熱態耐磨試驗時，由于該方法的噴砂管與試樣處于同一環 境中，如果X寸試樣加熱，勢必影響到噴砂管的使用，且由于試樣與噴砂管處于 同一氣壓下。當噴砂管對試樣進行噴砂試驗時，噴吹出的7^H會很快地將試樣 表面^it吹低，從而無法實現材料在熱態中的耐磨性試驗。目前，我國的耐火材料耐磨性試驗方法尚處于萌芽期，主要借鑒了國外的 一些方法，發達國家的熱態耐磨性試驗方法主要有兩種 一種是燃氣加熱試樣， 甩砂(砂子即為磨損介質)沖蝕磨損的方法如日本《BS 1902: saction4.7 : 1985 140(TC高溫下抗磨損指數的測定》標準。該方法的缺陷是試樣的表面溫度控制 困難，甩砂沖蝕力小，結果的重現性不好，試樣過程長且存在一定的危險。還 有一種方法是將試樣放在一個加熱爐中加熱，加熱爐的上部有一種可供砂子流 入的孔，當試樣被加熱到溫度后，將位于相當高度(如二層樓高)的砂子從加 熱爐上方的孔中流入，靠砂子的位能沖蝕試樣，該方法存在的缺陷是流砂的沖蝕效果有限、試驗時間過長、試驗受場地限制，所處環境的氣壓、溫度、濕度及海拔高度都將對試驗的結果產生影響。發明內容本發明提出的目的即是為了解決耐熱材料在熱態環境中的耐磨性測試問 題，提供一種不受環境約束的能可靠、準確地測量材料的熱態相對耐磨性的測 試儀及測試方法。本發明所提出的熱態耐磨性測試儀主要由加熱爐、樣品室和低壓室、噴砂槍及{*#機構構成；用于放置試樣的樣品室位于加熱爐內其為密閉結構并通過 穩壓隔離孔與位于樣品室外的低壓室相通，與高壓氣源連接的噴砂槍其槍管的 軸線與穩壓隔離孔的軸線在一條直線上，噴砂槍其槍管的出口與穩壓隔離孔之 間具有間隙且二者之間的間距可調；i^類少機構的fM^管與噴砂槍相連通；噴砂 槍的槍管出口位于低壓室內。本發明所提出的熱態耐磨性測試方法為使試樣位于密閉的加熱爐樣品室 內并被加熱至1」所需 鵬，樣品室的》鵬由加熱控制系統閉環控制將其控制在設 定的試驗溫度范圍；給噴砂槍通入高壓氣體使高壓氣體由噴砂槍噴出，其一部分通過穩壓隔離 uaA樣品室內并使樣品室內的壓力與噴砂槍所噴出氣體的壓力逐漸達至l評衡；在樣品室內的壓力與溫度穩定后，供砂機構給砂，使與供砂 管連通的噴砂槍將砂粒吸入并由槍管噴出，使砂粒在高壓氣體作用下穿過穩壓 隔離 L進入樣品室內，噴到試樣的試驗面上，對試樣產生沖蝕作用，由低壓室 的排氣孔將進入到低壓室內的氣體排出。噴砂槍噴出的高壓氣體的一部分通過穩壓隔離孔進入樣品室，由于穩壓隔 離孔的作用使樣品室內的壓力逐漸增加至與噴砂槍所噴出的高壓氣體壓力達到 平衡并保持穩定，此后高壓氣體基本不再繼續進入樣品室內，供砂機構給砂， 磨料(砂)被吸入噴槍內并在高壓氣體作用下從槍管管口噴出，由于從槍口噴 出的砂子具有高密度高動能的特點，其將穿過穩壓隔離孔周圍的氣體屏蔽區進 入樣品室內，噴到試樣的試驗面上，對試樣產生沖蝕作用。由于噴砂槍的槍管 口位于低壓室內，其噴出的高壓氣體由排氣孑L排出，避免低壓室內壓力增高， 對試驗產生影響。本發明測試儀的高壓室壓力可通過調整進氣壓力來調整，低壓室的壓力可通過調整排氣閥來調整，槍口與穩壓隔離孔的間距可調，通過調整該間距或改 變穩壓隔離孔的孑L徑可以改變樣品室的壓力，砂子流量可調如通過改變漏斗限 量嘴即可調整流量；通過改變噴砂槍內文氏管內的間隙可以改變進砂管的真空 度，當以上調整參數設定并調整后，觀賦結果的重現性將是非常好的。如果采用相同的磨損介質(如36然iC砂)，其觀賦結果的相對可比性也能得到保證。本發明的熱態耐磨性測試方法科學合理，其測試儀可在不同氣氛中對試樣 進行測試，如氧化氣氛、惰性氣氛等，可不受環境約束能可靠準確地測量材料 的熱態相對耐磨性的測試。


圖1為本發明測試儀的結構示意圖。圖2為圖1的A—A剖面圖。圖3為本發明的噴槍結構示意圖。圖4為噴槍7乂平安裝時的結構示意圖。圖5為噴槍45。角安裝時的結構示意圖。圖6為用反射板反射沖蝕試樣的示意圖。圖中，1、壓力表，2、高壓室，3、低壓賠密封圈，4、低壓室壓力表，5、 穩壓隔離環，6、保護管，7、樣品室壓力表，8、爐蓋密封圈，9、爐蓋冷卻水 槽，10、耐熱框，11、發熱體，12、隔熱層，13、框架，14、試樣座，15、試 樣，16、樣品室，17、排氣口， 18、低壓室，19、小漏斗，20、真空壓力表， 21、限流嘴，22、大漏斗，23、排氣閥，24、熱電偶，25、后蓋冷卻水槽，26、 后蓋密封圈，27、接線柱，28、爐門密封亂29、爐門冷卻7jC槽，30、文氏管， 31、供砂管，32、槍管，33、進氣管，34、爐殼，35、爐門、36、爐蓋，37、 低壓室外殼，38、低壓室蓋板，39、爐體進氣閥，40、反射板。
具體實施方式
結合附圖給出的實施例對本發明加以說明，但不構成對本發明的任何限制: 如圖l、圖2所示，本發明熱態耐磨性測試儀主要由加熱爐、位于加熱爐內 的樣品室16、低壓室18、噴砂槍及給砂機構構成；所述的加熱爐主要具有爐殼 34、爐門35、爐蓋36、隔熱層12、發熱體ll、熱電偶24、爐蓋密封圈8、爐蓋冷卻水槽9、爐體進氣閥39;加熱爐用于將試樣加熱到i^fM度，并在i，過程中使試驗Mit穩定，樣品室16通過穩壓隔離孔與低壓室18相通，當加熱 爐的爐門35關閉時，加熱爐除穩壓隔離孔外，其殼體密閉性良好，在內部形成 一個樣品室16。在爐蓋36上開置的兩個 L分別用于安裝樣品室壓力表7和穩壓 隔離環5，穩壓隔離環的環口構成穩壓隔離孔，試樣15位于加熱爐爐膛的均溫 區即樣品室16內，其試驗面對著穩壓隔離環5，穩壓隔離環為一圓環結構，該 實施例中其為由外至內縮徑的環狀結構，即其外口為喇叭形；在樣品室內壓力 與噴砂槍所噴出壓力達到平衡時，穩壓隔離環5可以使噴砂槍噴出的冷空氣不 與加熱爐內熱氣體產生交換，起到穩定爐內壓力、溫度及隔絕噴砂槍噴出的冷 氣進入爐內但可使砂子射入爐內(即樣品室內)的作用。穩壓隔離環5的下部 聯接有耐熱材料制成的保護管6，其作用是為了防止磨料沖擊到加熱爐保溫層 12，試樣15可放在一^H式樣座14上并置于一個耐熱匣框10內，匣框10的主 要作用是防止沖蝕至Ui^f表面的磨料飛濺，起到保護爐膛及發熱體ll的作用， 并為磨料的清理收集提供方便。爐體進氣閥39可以通入不同的氣體，并調節其 流量，從而改變爐內氣氛。本發明的噴砂槍槍管32的一端即其槍管出口位于低壓室18內，低壓室位 于加熱爐外部其主要由低壓室外殼37、低壓室蓋板38及排氣孔17構成，起到 調節和穩定噴砂槍槍口周圍壓力，并排出噴砂槍噴出的高壓冷氣的作用，其蓋 板38可作為噴砂槍的安裝底座，在低壓室外殼37上可安對氐壓室壓力表4并 開置排氣孔17，噴砂槍的槍管32的一端和穩壓隔離環5的一端位于低壓室18 內，槍管32的出口與穩壓隔離環5之間有一定間隙，槍管的中心線與穩壓隔離 環5的中心線基本重合，形成同軸安裝關系。參照圖3，本發明的噴砂槍具有壓 力表l、進氣管33、高壓室2、文氏管30、供砂管31和槍管32;供砂管31與 文氏管30相M，噴砂槍的作用是吸入作為磨損介質的砂子并給其以動能，使 砂子能通過穩壓隔離環直擬寸到試樣的表面，對試樣的表面產生沖蝕作用。高 壓氣體由進氣管33通入高壓室2產生高壓，該壓力被壓力表l測得，高壓室2 中的高壓氣i桐每流經文氏管30由槍管32噴出，該氣體流經文氏管30時將在文 氏管內該高速氣流的周圍產生真空即可使供砂管31內產生真空從而將磨料吸入 文氏管30內，被吸入的磨料在槍管32內被高壓氣體加速，獲得動能后從槍管 32中射出，通過穩壓隔離環5射向被測試樣15的受沖蝕面。由于加熱爐為一密封的腔體，其內部氣體壓力很容易被噴砂槍由穩壓隔離 環5噴入的氣體所升高。穩壓隔離環5的設置使加熱爐內即樣品室的氣體壓力與槍管32管口的壓力達到一種平衡，并保持穩定，其內部的氣體基本不與槍管 32噴出的高壓氣體交換，使7t^無法到達試樣15表面，從而保持試樣15的溫 度不發生明顯變化。保證熱態耐磨試驗的有效實現。當樣品室16內氣壓達到穩 定后，由噴砂槍槍管32噴出的高壓氣懶每在低壓室18內散開并從排氣孔17排 出，通過調節排氣閥23可以調節低壓室18內的壓力，該壓力由低壓室壓力表4 測得，低壓室18的壓力大小會對槍管32噴出的高壓氣體的彌麟度產生影響。在實施例中用的磨料選用了機械性能較好的SIC砂，試驗時被倒入大漏斗 22中的磨料由下方流出，其^Iffl過限流嘴21調整，從大漏斗22流出的磨料 進入到小漏斗19后進入到供砂管31后被吸入文氏管30內。如果進行非氧化性 試驗，上述的給砂機構應置于惰性氣氛環境中。由上述可知槍管32，穩壓隔離環5及f尉戶管6工作時與磨料會產生接觸， 磨損較快，其使用次數有限，設計時應方便更換。為操作方便加熱爐可以安裝于框架13上。如圖4所示，噴砂槍等可以是7R平安裝。如圖5所示，噴砂槍等也可以是斜向安裝。如圖4、圖5所示噴砂槍的安裝方式不會與垂直安裝產生巨大的結果差異。 如圖6所示反射板40用于將磨料反射到試樣上。本發明的測試方法是第一步，試樣的準備，按規定的尺寸及試驗面制備 試樣，然后將其放在干燥箱中干燥到恒重，試樣的重量由天平稱量。第二步， 調整給料(磨料)漏斗的節流器，使砂子的流速達到試驗要求。第三步，儀器 調整常溫下，關閉爐門及低壓室操作門，打開低壓室排氣孔，給噴砂槍通高 壓氣體，此時，高壓室壓力表、低壓室壓力表、樣品室壓力表、真空表有顯示 值。這對直必需達到試驗條件的要求，否則要進行相應的調整，如調整進氣閥 可以改變高壓室的壓力，調整噴砂槍槍口與穩壓隔離環的間距，可以改變樣品 室的壓力，調整低壓室的排氣閥，可以改變低壓室的壓力等。第四步，關閉高 壓空氣，打開爐門，將已知重量的試樣放到高溫爐內的試驗位置。關閉爐門， 開始升溫。加熱爐的爐溫始終由加熱控制系統閉環控制，將其控制在所需測試溫度。第五步，當Mit升到實驗離后，打開高壓氣體，此時由于有74^t進入 爐內，爐溫會有所下降，而加熱系統隨時將爐溫回升到試驗，。當爐內壓力 和Mit穩定后，給供料漏斗加入磨料，并開始計時，此時磨料開始對試樣產生 沖蝕作用。在規定的時間磨料正好流完，試驗結果才有效。在實驗過程中觀測 爐內鵬，溫度的波動在允荊直內才有效。待磨料流完本次試驗結束。待試樣 冷卻到室溫后，測量其重量，推算出試樣的體積損失，試驗的耐磨性可以用重 量損失量或體積損失量來表征。如A=[ (Ml—M2) /B]-:廳式中A—為試樣的體積損失，cm3;B^i式樣的體積密度，g/cm3;MH式驗前的試樣重量，g;M2^i式驗后的試樣重量，g; M"H式樣的重量損失，g。
權利要求
1、一種熱態耐磨性測試儀，其特征是主要由加熱爐、樣品室(16)和低壓室(18)、噴砂槍及供砂機構構成；用于放置試樣的樣品室(16)位于加熱爐內其為密閉結構并通過穩壓隔離孔與位于樣品室(16)外的低壓室(18)相通，與高壓氣源連接的噴砂槍其槍管的軸線與穩壓隔離孔的軸線在一條直線上，噴砂槍其槍管的出口與穩壓隔離孔之間具有間隙且二者之間的間距可調；供砂機構的供砂管(31)與噴砂槍相連通；噴砂槍的槍管出口位于低壓室(18)內。
2、 一種熱態耐磨性觀賦方法，其特征是使試樣位于密閉的加熱爐樣品室 內并被加熱到所需溫度，樣品室的溫度由加熱控制系統閉環控制將其控制在設 定的試驗溫度范圍；給噴砂槍通入高壓氣體使高壓氣體由噴砂槍噴出，其一部 分通過穩壓隔離 US入樣品室內并使樣品室內的壓力與噴砂槍所噴出氣體的壓 力逐漸達到平衡；在樣品室內的壓力與，穩定后，供砂機構給砂，使與供砂 管連通的噴砂槍將砂粒吸入并由槍管噴出，使砂粒在高壓氣體作用下獲得動能 后穿過穩壓隔離 LSA樣品室內，噴到說羊的試驗面上，對i辦產生沖蝕作用。 由低壓室的排氣 L將進入到低壓室內的氣體排出。
全文摘要
本發明屬于物理測試設備。提出的一種熱態耐磨性測試儀主要由加熱爐、樣品室(16)和低壓室(18)、噴砂槍及供砂機構構成；用于放置試樣的樣品室(16)位于加熱爐內其為密閉結構并通過穩壓隔離孔與位于樣品室(16)外的低壓室(18)相通，與高壓氣源連接的噴砂槍其槍管的軸線與穩壓隔離孔的軸線在一條直線上，噴砂槍其槍管的出口與穩壓隔離孔之間具有間隙且二者之間的間距可調；供砂機構的供砂管(31)與噴砂槍相連通；噴砂槍的槍管出口位于低壓室(18)內。本發明的熱態耐磨性測試方法科學合理，其測試儀可在不同氣氛中對試樣進行測試，如氧化氣氛、惰性氣氛等，可不受環境約束能可靠準確地測量材料的熱態相對耐磨性的測試。
文檔編號G01N3/56GK101246103SQ20081004942
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者劉艷改, 燦 張, 房明浩, 豐 李, 澎 王, 勇 銀, 黃少平, 黃朝暉 申請人:洛陽市譜瑞慷達耐熱測試設備有限公司