STR CHY-3 耐火材料高温荷软蠕变测试仪

详细技术方案(V2025)

一、简介

STR CHY-3 是专为耐火材料行业设计的高温力学性能综合测试平台,可在 1700 ℃ 以内、可控应力条件下,同时完成“荷重软化温度(RUL)”与“压蠕变(CIC)”两项国标核心指标的测试。系统采用硅钼棒发热、B 型热电偶测温、高精度位移传感器实时跟踪试样轴向变形,通过工业级 PCI 数据采集卡与专用 TestRUL-CIC 软件实现全自动控温、加荷、采样、计算、绘图、报告输出。整机符合 GB/T 5073-2005、GB/T 5989-2008 及 ISO 3187-1989 要求,可为耐火材料研发、质控、仲裁提供权威数据。

二、遵循标准

GB/T 5073-2005《耐火材料 压蠕变试验方法》

GB/T 5989-2008《耐火材料 荷重软化温度试验方法(示差-升温法)》

ISO 3187-1989《Refractory products—Determination of refractoriness-under-load》

企业校准规范:Q/STR 04-2025《RUL/CIC 高温仪校准规范》

三、用途

测定定形、不定形耐火制品及陶瓷纤维制品的荷重软化温度(RUL)

测定上述材料在 1550 ℃ 以内、0.05–0.2 MPa 恒定压应力下的压蠕变曲线、蠕变率、蠕变速度

 为高炉、转炉、水泥窑、玻璃窑等热工设备选材、寿命预测、故障分析提供数据支撑

四、测试原理

RUL:将 Φ50 mm×50 mm 圆柱试样置于 0.2 MPa 恒定压应力下,以 5 ℃/min 升温,记录压缩变形 0.5 %、1 %、2 %、4 % 对应的温度,判定软化点。

CIC:在目标温度(如 1350 ℃、1450 ℃、1550 ℃)恒温 20–50 h,恒定 0.05–0.2 MPa,实时采集轴向变形,计算恒温段蠕变率 ε = ΔL/L0 ×100 %。

变形测量:上测试柱与试样同步移动,位移传感器(LVDT+光栅复合)分辨率 0.1 μm,温度补偿算法消除热漂移。

控温:三段 PID 独立控温,硅钼棒分区加热,热电偶闭环反馈,保证均温区 ±10 ℃ 以内。

五、主要技术参数

设备名称：耐火材料高温荷软蠕变测试仪

设备型号：STR CHY-3

最高使用温度:荷软 1700 ℃;蠕变 1550 ℃

均温区尺寸:Φ80 mm×120 mm(3 支试样并列)

升温速率:0–10 ℃/min 可编程

控温精度:±1 ℃

温度均匀性:±10 ℃

加荷范围:0.05–0.2 MPa(杠杆砝码,自动切换)

变形量程:0–10 mm

变形分辨率:0.1 %FS(0.01 mm)

长期蠕变漂移:≤ 2 μm/50 h

连续试样数:3 个(独立通道,并行测试)

发热元件:U 型硅钼棒 18 支(1600 级)

热电偶:B 型双支(主控+监控)

电源:380 V±10 %,50 Hz,峰值 12 kW

冷却方式:炉壳风冷 + 上横梁水冷

主机尺寸:1100 mm×900 mm×2100 mm

整机质量:约 650 kg

六、可增选配置(下单时勾选)

1700 ℃ 级六硼化镧(LaB6)特种发热体,满足超高温蠕变 1650 ℃ 长时需求

0.02 MPa 微应力单元(配 0.5 级精密砝码)

真空/气氛模块:10?2 Pa 机械泵 + 气体质量流量计(Ar、N?、CO、水煤气)

激光在线测径,同步记录试样径向膨胀

高温声发射(AE)接口,捕捉微裂纹萌生

第二台恒温水冷机(双压缩机,夏天备份)

远程 APP 监控模块(4G 路由器 + 云服务器)

标准样品(高铝、刚玉、镁碳各 3 条,附带证书)

七、结构特点(详细描述)

1、炉体

双层不锈钢壳,中间通强制风冷,外壁温升 ≤ 35 ℃

纤维级高纯多晶莫来石+氧化铝空心球炉衬,厚度 120 mm,热面涂高温反射涂层,节能 12 %

顶部电动升降横梁,行程 150 mm,方便装样;断电自锁防坠落

炉底设旋转托盘,一次装 3 支试样,手动旋转对中,重复定位精度 ±0.1 mm

2、加荷/测变系统

杠杆比 10:1,刀口轴承采用 WC-Co 硬质合金,摩擦系数 ≤ 0.002

砝码自动加载:步进电机+滚珠丝杠,支持“恒应力”“恒变形”两种模式

位移传感器置于炉外低温区,通过 99.7 % 纯刚玉顶杆传递位移,顶杆与测试柱球面接触,自动调心

变形通道 3 路独立,采样频率 1 Hz–10 Hz 可调,实时去噪、温度漂移补偿

3、电控与安全

西门子 S7-1200 PLC + 昆仑通态 10 寸彩色触屏,可脱离电脑独立运行

三级硬件超温保护:PLC 软保护 + 温控表硬保护 + 机械式温度开关 1750 ℃ 断主回路

硅钼棒过流、断棒检测,断棒 10 s 内报警并切断对应区功率

炉门、横梁、电控柜三重门控开关,开门即断电

标配 40 kA 瞬态抑制器,防止电网浪涌击穿可控硅

4、软件

TestRUL-CIC V5.2(Windows 10/11 64bit)

向导式试验方案:输入试样尺寸、密度、应力、升温曲线即可一键启动

实时显示温度-变形曲线、应力-时间曲线、蠕变率-时间曲线

自动判点:RUL T0.5、T1、T2、T4;CIC 恒温段平均蠕变速度、稳态蠕变率、相关系数 R2

报告可导出 PDF、Excel、原始 CSV,支持用户 LOGO 植入

数据库 SQL Lite,可本地检索历史数据,也可选配 LAN 版集中管理 30 台设备

八、易损件清单(建议常备)

九、使用寿命

1、主机框架 8年(无严重机械冲击)

2、发热系统 1–2 年(视使用频率)

3、测控系统 5 年(PLC、模块可单独升级)

4、软件终身免费升级,硬件 10 年内保证备件供应

十、售后质保

自验收合格之日起 24 个月整机保修;硅钼棒、热电偶、刚玉件属消耗品,保修 3 个月

故障 4 h 响应,48 h 内到场(国内);终身提供电话及远程视频技术支持

安装调试期间提供 2 天现场培训(≥2 名操作人员),颁发“STR 高温仪操作证书”

每年免费巡检一次(终身),含温度场校准、位移传感器标定、软件升级

质保期外仅收取配件成本及差旅费;重大故障可提供备用机周转

十一、包装运输

 主机:缠绕膜 + 5 合板全封闭木箱,底座川字托盘,叉车孔高 100 mm,防潮袋内置 50 g 干燥剂 6 包

电控柜:珍珠棉型材 + 纸箱 + 木箱,贴防倾斜标签

砝码、电脑、小件:独立珍珠棉分隔,外箱贴“精密仪器 轻放 防潮”

运输标识:正面贴“重心”、“向上”、“易碎”、“雨雾防潮”,四周贴 9 类危险品 UN3480 锂电池标签(电脑电池)

大件毛重 650 kg,体积 2.1 m3,发德邦/顺丰大件专车,国内含保险 5 万元;出口采用熏蒸木箱,符 ISPM15

十二、使用注意事项(含加热元件)

首次升温或停炉 ≥7 天后,必须 200 ℃×2 h 除湿;硅钼棒在 400–700 ℃ 禁止长时间停留,防止低温氧化粉化

硅钼棒更换时必须整组 18 支同时更换,新旧棒电阻差 ≤ 0.1 Ω,避免功率不均

炉内严禁含有 S、P、Pb、碱金属蒸气的试样直接测试;如必须测试,需增配 Al?O? 涂层坩埚或气氛袋

升温速率 ≤ 5 ℃/min 时,可延长发热体寿命 30 %;做 1650 ℃ 以上超高温蠕变,务必选配 LaB? 发热体

刚玉顶杆与测试柱须对中,偏心 > 0.2 mm 将导致曲线漂移、顶杆折断

炉门开启前须 < 300 ℃,否则冷冲击会缩短纤维炉衬寿命

冷却水应为去离子水,电导率 ≤ 10 μS/cm,每月更换;冬天停机须排空,防止冰裂

电脑须单独接地,与炉体间 USB 隔离器已内置,禁止热插拔通讯线

砝码加载时手托托盘,禁止直接释放冲击,防止杠杆刀口崩缺

长期不用时,每月通电 200 ℃×1 h,驱赶潮气,保护硅钼棒及电控元件

十三、操作方案(快速流程)

开机前检查

a. 冷却水、压缩空气、电源、接地正常

b. 硅钼棒、热电偶、顶杆无断裂、无松动

c. 电脑与 PLC 通讯灯绿色常亮

装样

a. 试样 Φ50 mm×50 mm,上下垫刚玉垫片,厚度 2 mm

b. 将下测试柱→试样→上测试柱→顶杆依次对中,旋转托盘锁紧

c. 降下横梁,使杠杆加载点接触但不加载(位移清零)

编程

a. 打开 TestRUL-CIC 软件→新建方案→选择“RUL”或“CIC”

b. 输入试样编号、尺寸、密度、目标应力、升温曲线、恒温时间

c. 软件自动计算所需砝码值,提示加载顺序

启动

a. 手动加载砝码,点击“开始”→系统自动升温、记录、判点

b. 试验中可实时查看 3 通道温度、变形、功率、电流曲线

c. 出现超温、断棒、变形超限,系统自动停炉并声光报警

结束

a. 炉温 < 300 ℃ 方可开门;取出试样,测量残余高度

b. 软件自动生成 PDF 报告(含原始数据、曲线、判点、误差分析)

c. 一键备份到本地数据库,同时可选云备份

关机

a. 关闭主加热→5 min 后关风冷→10 min 后关水冷→关总电闸

b. 清洁炉膛,顶杆涂高纯氧化铝粉防粘连

c. 填写《设备使用记录》,记录异常、耗材更换情况

十四、标准配置一览(已含)

STR CHY-3 主机(含炉体、杠杆、传感器、硅钼棒、热电偶) 1 套

独立电控柜(含 PLC、可控硅、变压器、断路器) 1 台

TestRUL-CIC V5.2 软件加密狗 1 支

USB-RS485 隔离通讯线 1 条

高温上测试柱 3 支、下测试柱 3 支

B 型热电偶 3 支(已安装)

砝码组 0.05–0.2 MPa 全套(含砝码盒、镊子、手套)

联想商用台式电脑(i5-12400/8 G/512 G SSD/23.8" IPS) 1 套

刚玉垫片 Φ50×2 mm 10 片、氧化铝粉 1 瓶、操作手册 1 本、出厂校准证书 1 份

耐火材料高温荷软蠕变测试目的

耐火材料高温荷软蠕变测试的核心目的,是在实验室里模拟材料服役时同时承受高温与恒定机械载荷的工况,量化其“抗变形”能力,为窑炉、冶金容器等热工装备的选材、寿命预测与安全运行提供依据。具体可归纳为以下四点:

1、测定“短期”抗变形能力——荷重软化温度(RUL)

通过持续升温并施加 0.2 MPa 左右的恒定压力,记录试样压缩变形达到 4 %(或 40 %)时的温度,得到荷重软化温度。该指标直接给出材料在短时热-力耦合作用下开始明显塑性变形的“临界点”,用于判断其能否满足窑炉工作温度并保留 100 ℃以上的安全裕度。

2、评价“长期”尺寸稳定性——高温压蠕变(CIC)

在恒定高温(如 1 550 ℃)和恒定压力(通常 0.2 MPa)下连续保持 25–100 h,测量试样的时间-变形曲线,计算蠕变率(%/h)。低蠕变率意味着材料在长期高温服役中不易产生缓慢塑性变形,可延长炉衬寿命、减少维修频次。

3、预测服役寿命与维修周期

将实验得到的蠕变率代入工程模型,可推算炉衬在真实应力-温度条件下的残余厚度和失效时间,为生产企业制定停炉检修计划、控制运营成本提供量化依据。

4、指导材料配方与工艺优化

通过对比不同批次或不同添加剂(如 ZrSiO?、SiC)试样的 RUL 与 CIC 数据,可快速评价显微结构、杂质含量、结合相对高温性能的影响,缩短新产品的开发周期。

高温荷软蠕变测试把“短期强度”和“长期稳定性”两个关键性能量化出来,使耐火材料的选择从经验走向数据化,是钢铁、水泥、玻璃等高温工业进行材料认证、质量控制和寿命预测不可或缺的标准手段