耐火材料性能测试:合物理、化学、热学及使用性能四大维度
一、物理性能测试
测试项目 | 方法概要 | 常用设备 |
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体积密度 & 显气孔率 |
阿基米德排水法(煮沸法或真空浸渍)
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真空浸渍装置、电子天平、干燥箱 |
常温耐压/抗折强度 |
万能试验机加载至破坏,记录最大载荷
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10 kN–100 kN 万能材料试验机 |
耐磨性 |
ASTM C704 旋转磨损法,测量体积损失
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耐磨试验机(喷射或旋转式) |
透气度 |
稳态气流法,测定气体通过试样的压差-流量曲线
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透气度仪(毛细管或流量计型) |
二、热性能测试
测试项目 | 方法概要 | 常用设备 |
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耐火度(PCE) |
标准锥法:与已知耐火度锥形标样同步弯倒对比
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耐火度试验炉、梯度炉或管式炉(最高1800 ℃) |
荷重软化温度(RUL) |
0.2 MPa 载荷下升温,记录试样变形 0.6 %、4 % 对应温度
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高温荷重软化仪(带差动变压器测变形) |
重烧线变化 |
1 000–1 600 ℃ 保温 3 h,冷却测永久线变化率
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箱式高温炉、游标卡尺/激光测长仪 |
热膨胀系数 |
推杆法或激光法,升温过程连续记录长度变化
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高温热膨胀仪(室温–1 700 ℃) |
热震稳定性 |
1 100 ℃→水冷/空冷循环,计数至裂纹或失重 20 %
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高温热震试验炉 + 自动水冷槽 |
导热系数 |
稳态热板法(<1 200 ℃)或激光闪射法(室温–2 000 ℃)
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热板导热仪、激光导热仪 |
三、化学与矿物组成
测试项目 | 方法概要 | 常用设备 |
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主成分/杂质含量 |
XRF 快速全分析;ICP-OES 高精度微量元素
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X 射线荧光光谱仪、ICP 光谱仪 |
相组成 |
粉末 XRD 定性-定量分析晶相种类及含量
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X 射线衍射仪(Cu 靶,2θ 5–80°) |
灼烧减量(LOI) |
1 000 ℃ 灼烧至恒重,计算质量损失
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赛特瑞马弗炉、分析天平 |
四、使用性能模拟测试
测试项目 | 方法概要 | 常用设备 |
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抗渣性 |
静态坩埚法:试样中心挖孔装渣,1 500 ℃×5 h,剖面测侵蚀深度
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高温箱式炉、金相显微镜 |
抗碱侵蚀 |
碱蒸气法:K₂CO₃+木炭 1 100 ℃×30 h,对比前后耐压强度
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专用碱侵蚀炉(通 N₂ 保护) |
抗 CO/抗氧化 |
管式炉内通 CO 或空气,考核质量变化及脱碳层厚度
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抗CO可控气氛炉/氧化高温炉 |
高温抗折/耐压/抗扭 |
在实际温度下(最高 1 600 ℃)三点弯曲或压缩/扭转加载
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高温抗折抗压试验机 |
五、前沿与智能化设备
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红外热像仪:在线监测衬里温度梯度,预判热震损伤
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无损超声/冲击回波:检测内部裂纹、分层。
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多尺度模拟平台:结合 X-CT+有限元,预测服役寿命
六、常用标准速查
性能 | 中国 GB/T | 国际 ISO | 美国 ASTM |
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耐火度 | GB/T 7322 | ISO 528 | ASTM C24 |
常温耐压 | GB/T 5072 | ISO 8895 | ASTM C133 |
荷重软化 | GB/T 5989 | ISO 1893 | ASTM C832 |
热震 | GB/T 30873 | — | ASTM C865 |
抗渣 | GB/T 8931 | — | ASTM C874 |
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1700 ℃ 高温箱式/梯度炉;
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10 kN 高温万能试验机(带三点弯曲、压缩、扭转夹具);
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激光导热仪+热膨胀仪;
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XRF+XRD 联合化学-相组成分析系统;
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热震-抗渣-碱侵蚀一体化模拟平台。
依据 GB/T、ISO、ASTM 三大标准体系执行,可确保数据国际互认,为材料研发、质量控制与服役预测提供可靠支撑。
耐火材料的性能测试方法主要包括:
耐火度测试
方法:将耐火材料制成规定形状和尺寸的试锥,与已知耐火度的标准锥一起放在高温炉中,以一定的升温速度加热,观察试锥与标准锥的弯倒情况,当试锥弯倒程度与某一标准锥相同时,该标准锥的耐火度即为试锥的耐火度。
耐压强度测试
方法:将耐火材料加工成规定尺寸的试样,放在压力试验机上,以一定的加载速度施加压力,直至试样破坏,记录破坏时的最大压力,计算出试样的耐压强度。
抗热震性测试
方法:一种常用的方法是将试样加热到一定温度,然后迅速放入冷水中冷却,如此反复进行热震循环,观察试样出现裂纹、剥落等破坏现象时的热震次数,以此来评价耐火材料的抗热震性。
气孔率和体积密度测试
方法:通常采用煮沸法或真空浸渍法。先将试样在水中煮沸或抽真空后浸渍,使水充分进入试样的气孔中,然后通过测量试样的干重、饱和吸水重和悬浮重等数据,计算出气孔率和体积密度。
抗渣性测试
方法:将耐火材料制成一定形状的试样,与熔渣接触,在一定的温度和时间条件下,观察熔渣对耐火材料的侵蚀情况,如侵蚀深度、侵蚀面积等,以此来评价耐火材料的抗渣性。
热导率测试
方法:常用的方法有稳态法和非稳态法。稳态法是在试样上建立稳定的温度场,通过测量试样两侧的温度差和热流量来计算热导率;非稳态法则是通过测量试样在热脉冲作用下的温度变化来计算热导率。