[發(fā)明專利]一種多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)的確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710036187.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN106844943B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張美杰;賀蓮花;肖正光;付綠平;顧華志;黃奧;梁馨月
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張火春

本發(fā)明涉及一種多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)的確定方法。其技術(shù)方案是：根據(jù)顯微鏡獲取多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料試樣的低倍顯微結(jié)構(gòu)圖和高倍顯微結(jié)構(gòu)圖，構(gòu)建低倍顯微結(jié)構(gòu)圖的物理模型和高倍顯微結(jié)構(gòu)圖的物理模型，采用有限元分析軟件對高倍顯微結(jié)構(gòu)圖的物理模型進(jìn)行迭代計(jì)算，獲得偽固相區(qū)域耐火材料有效導(dǎo)熱系數(shù)λ_se與溫度的函數(shù)關(guān)系式。最后利用偽固相區(qū)域耐火材料有效導(dǎo)熱系數(shù)λ_se與溫度的函數(shù)關(guān)系式，采用有限元分析軟件對低倍顯微結(jié)構(gòu)圖的物理模型進(jìn)行迭代計(jì)算，獲得多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)λ_e與溫度的函數(shù)關(guān)系式。本發(fā)明具備操作簡單、成本低和適用性廣的特點(diǎn)，所確定的導(dǎo)熱系數(shù)與實(shí)際測得導(dǎo)熱系數(shù)基本一致。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)

致密耐火材料由于強(qiáng)度高，抗?jié)B透與耐侵蝕性好常用于鋼包等煉鋼容器的內(nèi)襯。隨著冶煉新技術(shù)的發(fā)展，鋼包等內(nèi)襯耐火材料服役條件日趨苛刻，熱剝落造成的耐火材料損毀日趨嚴(yán)重。為了提高致密耐火材料的抗熱震性能，且不降低其強(qiáng)度與抗侵蝕性，近年來開展了微孔骨料與耐火材料輕量化的研究。

所研制的微孔剛玉骨料，如一種輕量化微孔剛玉骨料及其制備方法(CN103896618A)，所制備的閉孔直徑小于1～5μm，微孔莫來石骨料(CN106187293A)，骨料內(nèi)形成了0.2～74μm的氣孔。微孔礬土骨料，如“一種微孔輕量礬土耐火骨料及其制備方法”(CN104177107A)，平均孔徑0.3～7μm。采用微孔骨料、細(xì)粉與外加劑，制備了輕量化鋼包澆注料，如專利“一種輕量耐蝕鋁-鎂澆注料及其制備方法”(CN104788113A)，澆注料中的氣孔包括骨料中的納米孔100～500nm，骨料與基質(zhì)中的微米孔0.5～10μm和基質(zhì)中的毫米孔0.1～0.5mm。為非均質(zhì)材料，用于鋼包內(nèi)襯，使用溫度高達(dá)1500℃以上。

耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)是對鋼包等煉鋼容器進(jìn)行傳熱計(jì)算與爐襯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而具有跨尺度孔結(jié)構(gòu)的輕量耐火材料高溫下導(dǎo)熱系數(shù)測試?yán)щy，專用測試設(shè)備價(jià)格高，測試周期長，制樣復(fù)雜，且不同測試方法與設(shè)備測試結(jié)果相差較大。早期發(fā)展的復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)測試方法Rayleigh(Rayleigh L.LVI.On the infulence of obstaclesarranged in rectangular order upon the properties of a medium[J].The LondonEdinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science，1892,34(211)：481-502.)對孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化，未考慮孔形及孔分布的影響；近年來，提出基于材料顯微結(jié)構(gòu)，計(jì)算致密耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法(CN 105956284 A)，其傳熱模型中，未考慮高溫下熱輻射對有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響，因此不適用于高溫下導(dǎo)熱系數(shù)的測試；同時(shí)，其幾何模型中對跨尺度孔結(jié)構(gòu)的處理未有提及。

針對輕量耐火材料內(nèi)存在跨尺度孔結(jié)構(gòu)及高溫使用條件。本發(fā)明提供一種基于多層次顯微結(jié)構(gòu)圖像識(shí)別處理與宏觀熱學(xué)計(jì)算的多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)確定方法，其實(shí)現(xiàn)了多尺度孔顯微結(jié)構(gòu)識(shí)別、輕量耐火材料高溫有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算方法的確定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種操作簡單、成本低和適用性廣的多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量化耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)確定方法，用該方法確定的導(dǎo)熱系數(shù)與實(shí)驗(yàn)所測導(dǎo)熱系數(shù)接近。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

其特征在于所述的確定方法是：

步驟1、采用200～2000倍顯微鏡，獲得多尺度孔結(jié)構(gòu)輕量耐火材料的低倍顯微結(jié)構(gòu)圖，所述低倍顯微結(jié)構(gòu)圖由偽固相區(qū)域和宏觀氣孔區(qū)域組成。