ICS 81.080 CCS Q 45 团 体 标 准 T/CSTM 00188—2021 隔热耐火材料最佳使用温度及相关寿命 的试验方法 水流量平板法 Test method for optimum service temperature and related life of insulating refractories — Calorimeter 2021-11-16发布 2022-02-16 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 CSTMhQÆSÑ^Ou(全国团体标准信息平台 T/CSTM 00188— 2021 I 前 言 本文件参照 GB/T 1.1—2020 《标准化工作导则 第1部分： 标准化文件的结构和起草规则》 和GB/T 20001. 4《标准编写规则 第4部分：试验方法标准》给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由中国材料与试验团体标准委员会建筑材料领域委员会（ CSTM/FC03 ）提出。 本文件由中国材料与试验团体标准委员会建筑材料领域委员会耐火材料 技术委员会 （CSTM/FC03 /TC13）归口。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 CSTMhQÆSÑ^Ou(全国团体标准信息平台 T/CSTM 00188— 2021 1 隔热耐火材料最佳使用温度及相关寿命的 试验方法 水流量平板法 重要提示 ——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。 本文件并未指出所有可能的安全 问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。 1 范围 本文件规定了以隔热耐火材料导热系数（水流量平板法）变化规律为判断依据的、隔热耐火材料最 佳使用温度和使用寿命的定义及其原理、设备、试样、试验步骤、试验误差等内容。 本文件适用于热面温度在 200 ℃～1600 ℃， 导热系数在 0.02 W/(m ·K)～2.00 W/(m ·K)之间的隔热耐 火材料最佳使用温度的测定及使用寿命的预测。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T 17911 耐火纤维制品试验方法 YB/T 4130 —2005 耐火材料 导热系数试验方法（水流量平板法） 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 导热系数 thermal conductivity λ 导热系数是指单位时间内在单位温度梯度下沿热流方向通过材料单位面积传递的热量。可表示为： λ = q/(dT/dx) ………………………………………… (1) 式中： λ—导热系数，单位为瓦每米开尔文(W/(m· K)) ； q—单位时间热流密度，单位为瓦每平方米(W/m2)； dT/dx—温度梯度，单位为开尔文每米 (K/m)。 若隔热耐火材料导热系数 -温度呈线性关系， 则某一温度下材料的导热系数可由已知的导热系数求 得： T yT T   1 2  ………………………………………… (2) 式中： 1T —T1温度下的导热系数； CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00188— 2021 2 2T—T2温度下的导热系数； y—材料导热系数 -温度线性关系曲线的斜率； ΔT—T1、T2之间的温度差。 [来源： YB/T 4130 -2005，3，有修改] 3.2 导热系数温度变化率 temperature change rate of thermal conductivity ｙ 导热系数温度变化率是指在单位温度梯度下材料导热系数的变量。 可表示为： y = dλ/dT …………………………………………… (3) 式中： y —导热系数的温度变化率，单位为瓦每米开尔文的平方 (W/(m· K-2))。 若材料的导热系数温度变化率 -温度呈线性关系，则某一温度下材料的导热系数温度变化率 可由已 知的导热系数温度变化率求得 ： T k y yT T   1 2 ………………………… ……………… (4) 式中： 1Ty —T1温度下的导热系数温度变化率； 2Ty —T2温度下的导热系数温度变化率； k—材料导热系数温度变化率 -温度线性关系曲线的斜率； ΔT—T1、T2之间的温度差。 3.3 最佳使用温度 optimum service temperature Topt 当隔热耐火材料导热系数 -温度的关系偏 离线性关系（偏高值超出规定 允许误差范围）的最低温度， 或者定形隔热材料导热系数温度变化率偏离线性变化规律 （偏高值超出 规定允许误差范围） 的最低温度， 即为耐火砖的最佳使用温度 Topt。 3.4 保温寿命 insulation life tmax 在某一温度下保温，材料导热系数变化不超过规定允许误差的最长时间 tmax，认为是材料的保温寿 命tmax，继续延长保温时间，隔热耐火材料导热系数- 时间关系出现显著变化。 3.5 热疲劳寿命 thermal fatigue life Nmax 在相同的起始温度、加热速率、保温时间、冷却速率和终止降温温度等参数下，进行热疲劳循环试 验，经N max+1次热循环后，导热系数出现显著变化，则最大热循环次数 Nmax为材料在该热疲劳条件下的 热疲劳寿命 Nmax。 4 原理 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00188— 2021 3 隔热耐火材料的导热系数在高温下通常具有线性增长的变化规律， 这对于精确控制高温窑炉的温度 或能量供给量非常重要。一旦出现非线性变化，就预示着隔热耐火材料的结构和性能发生了变化，则维 持原定窑炉温度的控制参数就需要发生变化，或者在保持原定的控制参数时，则窑炉的温度就会发生变 化。本文件通过测定导热系数偏离线性规律的最低温度，即导热系数温度变化率 为零的温度，确定隔热 耐火材料的最佳使用温度，通过测定保温寿命和热疲劳寿命，协助分析材料性能优劣和寿命长短。 其中，导热系数的测定方法，是根据傅立叶一维平板稳定导热过程的基本原理，测定稳态时单位时 间一维温度场中热流纵向通过试样热面流至冷面后被流经中心量热器的水流吸收的热量。 该热量同试样 的导热系数、冷热面温差和中心量热器吸热面面积成正比，同试样的厚度成反比。 导热系数为： λ = Q·δ/(A·ΔT) ………………………………………… (5) 式中： λ—导热系数，单位为瓦每米开尔文( W/(m· K)) ； Q—单位时间内水流吸收的热量，单位为瓦(W) ； δ—试样厚度，单位为米 (m)； A—试样面积，单位为平方米 (m2)； ΔT —冷、热面温差，单位为开尔文 (K)。 水流吸收的热量与水的比热 、水的质量 和水温升高成正比。 Q = C·ω·Δt …………………………… ……………… (6) 式中： Q—单位时间内水流吸收的热量，单位为瓦(W) ； C—水的比热，单位为焦每克开尔文 (J/(g· K))； ω—水流量，单位为克每秒 (g/s)； Δt—水温升高，单位为开尔文 (K)。 根据测定的导热系数和温 度数据，用图形处理软件做出耐火材料导热系数 -温度曲线，拟合成直线， 即可在直线上 发生偏离线性的最低温度点，即为最佳使用温度。 图1 三种样品的导热系数 -温度曲线及拟合直线图 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00188— 2021 4 1号样品与 2号样品的导热系数 随温度曲线呈较好的线性增长，因此 判断其最高使用温度为 1500 ℃；而 3号样品在 400～ 1500 ℃下的导热系数 曲线则表现为 ，随温度升高在 1000℃以后呈现 二次 曲线增长，因此可以判断其最高使用温度为 1000 ℃。 5 仪器和设备 5.1 试验炉 采用电加热炉 (如图 2)，且应满足下列条件： a) 应具备将隔热材料热面加热 到1600 ℃的能力； b) 应能至少容纳 230 mm×230 mm×(10～25) mm 试样四块； c) 测量热电偶热端安放在每个试样上面中心位置处，冷端置于冰水中或采取温度自动补偿； d) 在空气气氛中应能满足本文件规定的升温速率加热试样。仪表的控温精度应不低于 0.5 ℃，恒 温时，试样中心区域（ 100 mm×100 mm）同一水平面上，任意两点间的温差应不大于 3 ℃，试验温度 偏差为± 3 ℃。