[發明專利]一種多尺度孔結構輕量耐火材料導熱系數的確定方法

有效

• 申請號: 201710036187.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106844943B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）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）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張火春

本發明涉及一種多尺度孔結構輕量耐火材料導熱系數的確定方法。其技術方案是：根據顯微鏡獲取多尺度孔結構輕量耐火材料試樣的低倍顯微結構圖和高倍顯微結構圖，構建低倍顯微結構圖的物理模型和高倍顯微結構圖的物理模型，采用有限元分析軟件對高倍顯微結構圖的物理模型進行迭代計算，獲得偽固相區域耐火材料有效導熱系數λ_se與溫度的函數關系式。最后利用偽固相區域耐火材料有效導熱系數λ_se與溫度的函數關系式，采用有限元分析軟件對低倍顯微結構圖的物理模型進行迭代計算，獲得多尺度孔結構輕量耐火材料的有效導熱系數λ_e與溫度的函數關系式。本發明具備操作簡單、成本低和適用性廣的特點，所確定的導熱系數與實際測得導熱系數基本一致。

技術領域

本發明屬于耐火材料導熱系數技術領域。具體涉及一種多尺度孔結構輕量耐火材料導熱系數的確定方法。

背景技術

致密耐火材料由于強度高，抗滲透與耐侵蝕性好常用于鋼包等煉鋼容器的內襯。隨著冶煉新技術的發展，鋼包等內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重。為了提高致密耐火材料的抗熱震性能，且不降低其強度與抗侵蝕性，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，骨料與基質中的微米孔0.5～10μm和基質中的毫米孔0.1～0.5mm。為非均質材料，用于鋼包內襯，使用溫度高達1500℃以上。

耐火材料的導熱系數是對鋼包等煉鋼容器進行傳熱計算與爐襯設計的基礎數據。而具有跨尺度孔結構的輕量耐火材料高溫下導熱系數測試困難，專用測試設備價格高，測試周期長，制樣復雜，且不同測試方法與設備測試結果相差較大。早期發展的復合材料有效導熱系數測試方法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.)對孔結構進行了簡化，未考慮孔形及孔分布的影響；近年來，提出基于材料顯微結構，計算致密耐火材料導熱系數的方法(CN 105956284 A)，其傳熱模型中，未考慮高溫下熱輻射對有效導熱系數的影響，因此不適用于高溫下導熱系數的測試；同時，其幾何模型中對跨尺度孔結構的處理未有提及。

針對輕量耐火材料內存在跨尺度孔結構及高溫使用條件。本發明提供一種基于多層次顯微結構圖像識別處理與宏觀熱學計算的多尺度孔結構輕量耐火材料導熱系數確定方法，其實現了多尺度孔顯微結構識別、輕量耐火材料高溫有效導熱系數計算方法的確定。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，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構輕量化耐火材料導熱系數確定方法，用該方法確定的導熱系數與實驗所測導熱系數接近。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

其特征在于所述的確定方法是：

步驟1、采用200～2000倍顯微鏡，獲得多尺度孔結構輕量耐火材料的低倍顯微結構圖，所述低倍顯微結構圖由偽固相區域和宏觀氣孔區域組成。