耐火材料性能测定实验
一、实验目的
1、
2、
3、
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二、耐火材料的定义〔参考:耐火材料（教科书）〕
三、耐火材料的分类和用途〔:耐火材料（教科书）〕
四、耐火材料的生产流程和工艺〔参考:耐火材料（教科书）〕
五、耐火材料性能测定的意义〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕
六、耐火材料有哪些性能测定〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕
我们选做其中二个性能测定实验
（一）耐火材料高温导热系数测定(实验资料见下面）
（二）耐火材料抗热震性能测定，而且选用电炉加热实验的方法〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕
（一）耐火材料高温导热系数测定
一、实验目的
1、巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学会材料高温导热系数的测定方法及测量装置的工作原理。

2、测定试件的导热系数，确定试件导热系数与温度的关系。

二、基本原理
导热系数是耐火、绝热、保温材料的重要热物理参数之一，是材料绝热与保温性能优劣的主要指标。

测定这些材料的导热系数，特别是高温条件下的导热系数，对于研究材料性质的现代理论，及深入了解热传导过程的机理，是十分必要
的。

导热系数测定装置，是根据付立叶单向度平壁稳定导热过程的基本原理，来测定耐火、绝热和保温材料的高温导热系数。

实践证明，当长度与宽度为厚度的8 ～10倍以上时，平壁边缘的影响可以忽略不计。

这样的平壁导热可简化为一维导
热，这时的导热可认为只沿厚度（X轴）方向进
行。

见图1一1所示。

根据付立叶导热方程式写成：
dx dT q λ= [W/m 2] (8—1) 将（1）式积分得：)T T (q 21-=δ
λ [W/m 2] （8—2） 通过面积A 的热流量Q 为：
)T T (A Q 21-•=
δλ [W] 所以： )T A(T Q 21-⋅=δ
λ [W/（m ·k ）] (8—3)
式中：λ——高温导热系数 [W/（m ·k ）]
q ——热流密度 [W/m 2]
A ——试件测试区面积 [m 2]
δ——试件厚度 [m ]
T 1——试件高温面温度 [K]
T 2——试件低温面温度 [K]
因此，只要在实验过程中测定了T 1，T 2和Q ，并已知试件的厚度δ和测量面积A ，就可以通过式（3）计算出被测材料在平均温度[（T 1+T 2）/2]下的导热系数。

三、测定装置
测定装置主要由单方向加热炉、控温系统和蒸汽量热装置等三部分组成。

见照片8－1。

1、单方向加热炉的结构示意图见图8－2所示。

加热炉由经过处理的硅碳棒作发热体；炉衬用耐火、耐热的保温材料砌成；在炉腔底部放置碳化硅板作为均热板。

均热板的中心处，从下面伸出一热电偶，用来测量试件高温面的温度，均热板上面放置被测试件，试件上面中心处放置另一个热电偶，用来测量试件低温面的温度。

试件四周设有耐火耐热保温材料的衬环。

照片8－1 2、加热炉由数字温度控制器和可控硅等组成的控温系统来进行加热和控温。

3、量热装置主要由量热筒、恒温筒、保温筒、设有隔热环及汽体浮化膜的底盘和汽水分离器等组成（其结构示意图见图8－3）。

量热装置中心的量热筒是整个装置的核心，它吸取来自单方向加热炉通过试件的热量，使其内部的纯蒸馏水变成一个大气压下100℃的水蒸汽。

水蒸汽经过多级汽水分离器分离后，进入冷凝器冷凝成水。

根据冷凝水的重量，便可求得通过试件的热流量Q 。

汽水分离器的作用是把由于水的激烈沸腾而混入蒸汽的微小水滴与纯蒸汽分离开来，使测量数据更加准确。

图1—1 单向平壁的一维 导热过程示意图
1-量热筒；2-恒温筒；3-保温筒；4-辅助加热器；5-底盘；6-量热筒出口冷凝器；7-恒温筒冷凝器8-保温筒冷凝器；9-保温筒加水口；10-汽水分离器；11-水位指示器；12-冷凝水量杯
图1—2 量热装置结构示意图（剖面）
测定装置技术指标：
1）、最高炉温1200℃
2）、试件高温面最高温1000℃
3）、试件热面温度变化不大于±3℃
4）、计量筒直径：∅ = 60mm
5）、试件尺寸：直径d=10% ~ 200mm；厚度δ=8 ~ 25mm
6）、使用电源：220V±10%，50HZ ；功率：不大于5KV A
7）、外型体积：1000×650×1200mm
四、实验步骤
1、将试样制成∅105 ~ 200mm，厚度为8 ~ 25mm的园板，上下表面应平行且磨平。

测厚度2 ~ 4次，取其平均值，并称重计算出体积密度。

2、在量热装置的量热筒和恒温筒内注入蒸馏水，水位高度应在水位显示器的刻线以上。

在保温筒内装满蒸馏水。

见照片8－2、照片8－3。

照片1－2 照片1－3
3、将试件置于加热炉的炉膛中间位置，在试样上表面中心处放置低温面的测温热电偶，并用一块玻璃丝布将热电偶盖住（用以与量热装置的底盘绝缘），然后，把准备好的量热装置放上。

4、装好冷凝器和冷却水管。

用橡胶管分别将冷凝器6的进水嘴与自来水嘴相连、冷凝器6的出水嘴与冷凝器8的进水嘴相连、冷凝器8的出水嘴与冷凝器7的进水嘴相连、冷凝器7的出水嘴与下水管相连。

5、接好电源线，打开总电源开关。

6、按照数字温度调节仪的使用说明书，在数字温度调节仪上设定高温面温度，将控温开关拨向“自动”，调节加热电压，使加热炉工作；将显示温度开关扳向高温位置，待调节仪上显示的高温面温度接近设定温度时，将控制开关拨向“手动”，再适当调节加热电压，使高温面温度稳定在设定温度上。

在加热炉加热过程中，可根据情况，打开或关闭辅助加热器开关，使保温筒内的水保持沸腾。

7、待高温面温度（在调节仪上显示）和低温面温度（也在调节仪上显示）稳定15 ～ 20分钟后，即可开始测量：
1）测定高、低温面的温度（T 1，－T 2）。

2）按开秒表开始记时，同时用量杯接取与量热筒相连的冷凝器流出的冷凝水。

（事先应称好量杯的自重G 0）
3）适当时间后，按停秒表，同时取出冷凝水量杯。

4）记下秒表上指示的接水时间τ。

5）用精密天平测定冷凝水重量G 。

上述数据可多次（4～5次）测量，取其平均值。

8、根据需要，可在不同高温面温度下重复进行上述测量，从而测量出在不同平均温度[（T 1＋－T 2）/2]下的材料高温导热系数。

五、测试数据处理
根据付立叶导热方程，并结合量热装置结构情况：
)
T A(T Q 21-⋅=δλ [W/(m ·k)] 通过试件计量面积的热流量：τr G Q ⋅=
量热筒底面面积： 4
d A 2
π= 温差：T 1－T 2=△T 可以导出： T
d r G 42∆⋅⋅⋅=τπδλ [W/(m ·k)] （8—4） 式中：r ——水的蒸发潜热 2257×103 [J/kg]
G ——冷凝水重量 [kg]
δ——试件厚度 [m]
d ——量热筒底面直径 [m]
τ——测定冷凝水的时间 [s]
△T ——高、低温面的温差 [k]
将测试结果G 、△T 、δ、τ和量热装置参数d 以及水的物性参数r 代入式（4），即可计算出导热系数λ。

六、注意事项
1、加热炉通电升温时，加热电压应从零开始慢慢增大直至到220V ；实验结束时加热电压也
应慢慢降为零。

2、炉温较高，防止烫伤，注意安全；
3、实验台上有三个冷凝器，实验操作时动作要轻要稳，防止碰坏。

图1—3 高温加热炉结构示意图
（二）耐火材料抗热震性能测定（电炉加热实验法）根据所借的《耐火材料的性能测定与评价》参考书自己写实验目的、实验原理、实验装置、实验步骤、实验数据处理、分析结果、注意事项等
参考书：
1、耐火材料（教科书）
2、耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）。