[發明專利]一種耐火預制件烘烤制度的控制和優化方法

無效

• 申請號: 201210310790.4
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102830620A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 曹喜營;王守業;王戰民;張三華;李永剛;朱珠;宋艷艷;張軍
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D23/00;C04B35/64;C04B35/66
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 李路平

技術領域

本發明涉及一種耐火預制件烘烤制度的控制和優化方法，屬于耐火材料制備技術領域。

背景技術

耐火預制件是一種將不定形散料在生產廠家預先成型為固定形狀，方便用戶使用的一種耐火材料產品。該產品在制作時一般加水或其它液體結合劑與不定形散料拌合后，經振動和搗打方式成型。產品成型完后一般需要進行烘烤，以排出全部游離水和大部分結合水。烘烤一般采用控制窯內溫度的方式逐步烘去耐火預制件中的水份，烘烤時間3~8天，最高烘烤溫度300~600℃。一個典型的耐火預制件的烘烤制度為：耐火預制件從室溫（20℃）開始升溫，到80℃保溫12小時后升溫（升溫速度3.3℃/小時），到120℃保溫24小時后繼續升溫（升溫速度2.5℃/小時），到150℃保溫24小時后繼續升溫（升溫速度4.2℃/小時），到200℃保溫12小時后繼續升溫（升溫速度7.5℃/小時），到350℃保溫12小時后烘烤結束，烘烤時間總計144小時。合理的烘烤制度有利于耐火預制件的產品質量，縮短烘烤時間，降低能源消耗。而不合理的烘烤制度將造成烘烤時間長，能源消耗高，或產生產品缺陷，嚴重者產品炸裂導致出現設備損壞和安全事故。

目前耐火預制件的烘烤制度包括升溫速度、保溫溫度點和保溫時間主要依據經驗，綜合考慮耐火預制件的結合體系、致密程度和尺寸大小等制定，烘烤制度設計存在諸多不確定性，缺乏科學手段。盡管耐火材料抗爆裂試驗，熱重分析試驗等研究結果可作為制定耐火預制件烘烤制度的依據，但直接相關性較低。

彈性模量是固體材料在彈性形變范圍內正應力與相應正應變的比值，其表達式為：

??????（1）

式中σ為材料彈性形變范圍內的正應力，ε為相應的正應變。

E大小標志了材料的剛性，與物體的幾何外形以及外力的大小無關，僅與材料的結構、化學成分和加工制造方法等有關。對于一定的材料而言，E是一個常量。

測量彈性模量一般分為靜態法、動態法和（超）聲速法三種：

①?靜態法（包括拉伸法、扭轉法和彎曲法），通常適用于在大形變及常溫下測量金屬試樣。靜態法測量載荷大、加載速度慢并伴有弛豫過程，對脆性材料（如石墨、玻璃、陶瓷等）不適用，在高溫下測試技術尚不成熟。

以拉伸法測量為例，拉伸法是用拉力拉伸試樣來研究其在彈性限度內受到拉力的伸長變形。由式（1）有：

?????????（2）

式中F為施加的拉伸載荷，L為試樣標距長度，A為試樣原始橫截面積，ΔL為試樣標距長度的變化量。因在彈性變形階段試樣的變形很小，故測量變形需用高放大倍數的機械式引伸儀。

②動態法（又稱共振法或聲頻法），包括彎曲（橫向）共振法、縱向共振法和扭轉共振法。動態法適用于各種金屬及非金屬（脆性）材料的測量，測定的溫度范圍極廣，可從液氮溫度至3000℃左右。由于在測量上的優越性，動態法在實際應用中已經被廣泛采用。

動態法是試樣在受交變應力作用下產生振動，測定試樣的基頻求得彈性模量：

E?=?CMf²?????（3）

式中，C?是常數，與試樣尺寸、幾何形狀及材料的泊松比有關；M?為試樣質量；f?為橫向彎曲振型的基頻。可采用共振法或敲擊法來測定。固體試樣在受敲擊力激發后將產生瞬變響應受迫振動，該響應取決于外力的大小方向和位置、材料本身的性質、試樣質量分配以及支撐條件等因素。當外力消失后，試樣所儲存的能量總有一部分在阻尼或粘滯過程中耗散，故試樣將呈自由阻尼振動。振動過程非常復雜，可視為各種振型的波的疊加，其中只有基型振動儲有最大的能量，其他振型儲存的能量較少，且容易衰減。當振動波與試樣本身的固有頻率一致時，振幅最大，延時最長。動態彈性模量儀通過測試探針或測試話筒將振動波轉換成電信號，經特定的信號識別電路準確地對基頻信號進行分析、判斷，選出基頻，從而測出試樣的固有頻率，再由相關公式和數據計算出試樣的動態彈性模量。動態法要求試件具有一定的長、寬、高比例，并成條桿狀，因此它適用于試驗室的試件及形狀有規則的部分預制構件，而不宜用于大型的、非桿件狀或變異截面的試件以及直接在構建物上測試。

超聲速法。聲速法通過彈性波在試樣中的傳播速度獲得材料彈性模量。常用的有脈沖回波法、干涉法和相位比較法，可對異性和大型預制構件進行彈性模量的測試。

根據彈性波在固體中的傳播理論，彈性模量的計算公式如下：?

????????（4）

????????（5）