耐火材料水流量平板導熱系數測定儀：耐火材料導熱系數試驗爐
耐火材料水流量平板導熱系數測定儀：耐火材料導熱系數試驗爐、耐火材料平板導熱儀
耐火材料水流量平板導熱系數測定儀技術方案
型號:STR-HFM-WF-2025
版本號/日期:V1.0 / 2025-06-05
編制:賽特瑞技術研發部
文件編號:STR-HFM-WF-20250605
一、概述簡介
水流量平板法(Water-Flow-Meter Guarded-Hot-Plate)是一種絕對法導熱系數測試技術,通過測量流經中心量熱器冷卻水的溫升與質量流量,直接計算通過已知厚度試樣的熱流密度,從而得出導熱系數 λ。
本耐火材料導熱系數試驗爐設備依據 YB/T 4130-2005《耐火材料 導熱系數試驗方法(水流量平板法)》設計,適用于 20-1200 ℃、λ 0.02-5 W/(m·K) 的定形及不定形耐火制品,具有控溫精度高、熱平衡判定快、自動化程度高、無需標準試樣校準等特點,是質檢機構、科研院所及耐火企業導熱性能評價的基準裝備。
二、遵循標準
YB/T 4130-2005 耐火材料 導熱系數試驗方法(水流量平板法)
GB/T 10294-2008 絕熱材料 穩態熱阻及有關特性的測定 防護熱板法
ASTM C177-19 Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements
ISO 8302:1991 Thermal insulation – Determination of steady-state thermal resistance
JJG 368 工作用鉑熱電阻/熱電偶檢定規程
三、用途
耐火磚、澆注料、陶瓷纖維板 20-1200 ℃ 導熱系數測定;
隔熱層、復合襯、微孔材料研發與質量仲裁;
為工業爐、鋼包、水泥窯熱工計算提供實測 λ 數據;
替代老式保護熱板儀,無需校準試樣,直接輸出絕對 λ。
四、工作原理
將兩塊相同試樣夾持中心量熱器與保護環之間,形成對稱一維熱流;中心加熱板恒定功率 Q,冷面流經恒溫水,測量質量流量 m 與溫升 ΔT_w;當熱面 T_h、冷面 T_c 達到穩態(波動≤0.1 K/10 min),按 λ = (m·c_p·ΔT_w·d) / (A·ΔT·t) 計算導熱系數,其中 d 為試樣厚度,A 為中心計量面積,ΔT = T_h - T_c。設備自動判定穩態、實時計算 λ 并繪制 λ-T 曲線。
五、主要技術參數
| 序號 | 項目 | 參數值 |
|---|---|---|
| 1 | 設備名稱 | 耐火材料水流量平板導熱系數測定儀 |
| 2 | 英文名稱 | Water-Flow-Meter Guarded Hot Plate Thermal Conductivity Tester |
| 3 | 設備型號 | STR-HFM-WF-2025 |
| 4 | 設備結構 | 對稱防護熱板+中心量熱水冷+保護環+自動水稱+升降壓緊+PC采集 |
| 5 | 測試溫度范圍 | 20-1200 ℃(常溫至高溫分段測試) |
| 6 | 導熱系數范圍 | 0.02-5 W/(m·K) |
| 7 | 試樣尺寸 | 200×200×(10-50) mm(雙試樣對稱) |
| 8 | 中心計量面積 | 100×100 mm(符合 YB/T 4130 條款 5.2) |
| 9 | 熱面控溫精度 | ±0.1 ℃(穩態段) |
| 10 | 冷面控溫精度 | ±0.05 ℃(恒溫水浴) |
| 11 | 水流量范圍 | 30-1000 g/h,精度 ±0.1 % |
| 12 | 水溫分辨率 | 0.001 ℃(鉑電阻 A 級) |
| 13 | 穩態判定 | 自動:ΔT 波動 ≤0.1 K/10 min |
| 14 | 升溫速率 | 0.5-5 ℃/min 可設 |
| 15 | 加熱元件 | Fe-Cr-Al 電阻帶(≤1000 ℃);U 型 SiC 棒(1000-1200 ℃) |
| 16 | 熱電偶 | S 型(≤1200 ℃),2 支;冷面 PT100,2 支 |
| 17 | 爐襯材質 | 輕質莫來石+多晶纖維,厚度≥80 mm |
| 18 | 壓緊力 | 0.5-2 kN 伺服可調,防止試樣變形 |
| 19 | 數據接口 | USB+以太網,CSV/PDF/EXCEL,含 λ-T 曲線 |
| 20 | 電源 | AC220V±10%,50 Hz,功率 3 kVA |
| 21 | 外形/重量 | 900×600×1500 mm / 約 180 kg |
六、可增選配置
| 名稱 | 功能 | 價格代碼 |
|---|---|---|
| 1200 ℃ SiC 加熱模塊 | 替代電阻帶,上限 1200 ℃ | STR-SIC |
| 自動水循環制冷機 | ±0.02 ℃ 恒溫,免外接水源 | STR-CHI |
| 真空/氣氛模塊 | 10?2 mbar,Ar/N? 可選 | STR-VAC |
| 多厚度試樣夾具 | 5-50 mm 可調墊片 | STR-SPA |
| 第三方校準證書 | 0-1200 ℃ 熱阻標尺溯源 | STR-CAL |
七、結構特點(模塊化)
-
對稱防護熱板:中心 100×100 mm 計量區+ 50 mm 保護環,一維熱流保證;
-
水流量計量:精密電子天平+齒輪泵,自動去皮,流量 30-1000 g/h 連續可調;
-
恒溫冷面:封閉式壓縮機制冷水浴,±0.02 ℃,免外接自來水;
-
升降壓緊:伺服電缸 0.5-2 kN,力閉環,防止試樣翹曲;
-
高溫切換:≤1000 ℃ 電阻帶,>1000 ℃ 插入 SiC 棒,5 min 快速更換;
-
自動穩態判定:軟件實時監測 ΔT 波動,≤0.1 K/10 min 自動記錄 λ;
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電控箱:強弱電分離,SCR 調功,PID 雙閉環,EMC 屏蔽,UPS 斷電續接。
八、標準配置清單
| 名稱 | 數量 |
|---|---|
| 主機(爐體+水浴+天平) | 1套 |
| 中心計量加熱板 | 1套 |
| 保護環加熱板 | 1套 |
| 升降壓緊機構 | 1套 |
| S 型熱電偶 | 2支 |
| PT100 冷面探頭 | 2支 |
| 精密電子天平(0.1 mg) | 1臺 |
| 齒輪泵+管路 | 1套 |
| 試樣夾具 200×200 mm | 1套 |
| 工業 PC+23″顯示器 | 1套 |
| 中文操作手冊+SOP | 1份 |
| 合格證/校準證書 | 1份 |
九、易損件與壽命
| 名稱 | 參考壽命 | 備注 |
|---|---|---|
| Fe-Cr-Al 電阻帶 | 12 個月@1000 ℃ | 可單根更換 |
| SiC 加熱棒 | 1500 h@1200 ℃ | 選配 |
| S 型熱電偶 | 12 個月 | 提供溯源比對 |
| 密封高溫膠墊 | 1 年 | 老化即更換 |
十、售后質保
整機 12 個月;
現場安裝調試+培訓 2 人天;
24 h 響應,72 h 到場(國內);
軟件終身免費升級;
10 年備件保障,質保期外僅收成本費。
十一、包裝運輸
木箱+防震泡沫+纏繞膜,防雨標識;
吊裝位置貼“重心”“向上”,嚴禁倒置;
運輸溫度 -20-+60 ℃,相對濕度 ≤85 %。
十二、使用環境要求
室內 5-40 ℃,濕度 ≤80 %RH 無凝露;
海拔 ≤2000 m,地面平整,承重 ≥200 kg;
電源 AC220V±10%,50 Hz,接地電阻 ≤4 Ω;
無強磁場、無腐蝕性氣體、無振動源。
十三、使用注意事項(含加熱元件)
首次烘爐:≤5 ℃/min 升至 300 ℃ 保溫 2 h,隨后 ≤10 ℃/min 升至 1000 ℃ 空燒 1 h;
電阻帶表面禁止觸碰,防止氧化層破壞;
水壓 0.1-0.3 MPa,水質去離子,電導率 ≤5 μS/cm;
試樣必須平行、厚度一致,翹曲 >0.2 mm 需磨平;
穩態階段禁止振動臺面,否則 ΔT 波動超標;
每月檢查電阻帶接頭緊固力矩 1.5 N·m;
熱電偶每半年與標準偶比對,誤差 >±1 ℃ 更換;
試驗結束 300 ℃ 以下方可停水,防止熱沖擊炸裂。
十四、標準操作方法(SOP級)
步驟1 開機前檢查
電源、接地、冷卻水、去離子水電導率正常;
電阻帶、偶、天平均零正常;
爐膛清潔,頂桿潤滑。
步驟2 裝樣
按 GB/T 7320 制樣 200×200×(10-30) mm,編號→輸入 PC→自動壓緊 1 kN。
步驟3 程序設定(示例)
| 段號 | 目標℃ | 速率℃/min | 穩態min | 事件 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 300 | 5 | 120 | 烘爐 |
| 2 | 1000 | 10 | 30 | 穩態測 λ |
| 3 | 1200 | 5 | 30 | 穩態測 λ |
| 4 | 50 | -10 | — | 結束 |
步驟4 啟動
按“RUN”→二次確認→自動執行;
實時顯示 ΔL、λ-T 曲線。
步驟5 結束與取樣
溫度 <200 ℃ 聲光提示,卸壓→取出試樣;
關閉電源。
步驟6 數據與維護
報告自動保存至 D:/HFM/日期/;
每月填寫《點檢表》—電阻帶、偶、天平、水路、密封 5 項。
十五、強制性聲明
本耐火材料導熱系數試驗爐設備為 1200 ℃級高溫強電精密儀器,所有操作、維護與工藝參數調整必須由經過培訓并考核合格的專業人員進行。非授權人員禁止打開電柜、拆卸加熱元件或更改控制程序,否則將導致保修失效并可能造成嚴重人身傷害。
耐火材料導熱系數試驗爐、耐火材料平板導熱儀
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