[发明专利]一种多尺度孔结构轻量耐火材料导热系数的确定方法

说明书

本发明涉及一种多尺度孔结构轻量耐火材料导热系数的确定方法。其技术方案是：根据显微镜获取多尺度孔结构轻量耐火材料试样的低倍显微结构图和高倍显微结构图，构建低倍显微结构图的物理模型和高倍显微结构图的物理模型，采用有限元分析软件对高倍显微结构图的物理模型进行迭代计算，获得伪固相区域耐火材料有效导热系数λ_se与温度的函数关系式。最后利用伪固相区域耐火材料有效导热系数λ_se与温度的函数关系式，采用有限元分析软件对低倍显微结构图的物理模型进行迭代计算，获得多尺度孔结构轻量耐火材料的有效导热系数λ_e与温度的函数关系式。本发明具备操作简单、成本低和适用性广的特点，所确定的导热系数与实际测得导热系数基本一致。

技术领域

本发明属于耐火材料导热系数技术领域。具体涉及一种多尺度孔结构轻量耐火材料导热系数的确定方法。

背景技术

致密耐火材料由于强度高，抗渗透与耐侵蚀性好常用于钢包等炼钢容器的内衬。随着冶炼新技术的发展，钢包等内衬耐火材料服役条件日趋苛刻，热剥落造成的耐火材料损毁日趋严重。为了提高致密耐火材料的抗热震性能，且不降低其强度与抗侵蚀性，近年来开展了微孔骨料与耐火材料轻量化的研究。

所研制的微孔刚玉骨料，如一种轻量化微孔刚玉骨料及其制备方法(CN103896618A)，所制备的闭孔直径小于1～5μm，微孔莫来石骨料(CN106187293A)，骨料内形成了0.2～74μm的气孔。微孔矾土骨料，如“一种微孔轻量矾土耐火骨料及其制备方法”(CN104177107A)，平均孔径0.3～7μm。采用微孔骨料、细粉与外加剂，制备了轻量化钢包浇注料，如专利“一种轻量耐蚀铝-镁浇注料及其制备方法”(CN104788113A)，浇注料中的气孔包括骨料中的纳米孔100～500nm，骨料与基质中的微米孔0.5～10μm和基质中的毫米孔0.1～0.5mm。为非均质材料，用于钢包内衬，使用温度高达1500℃以上。

耐火材料的导热系数是对钢包等炼钢容器进行传热计算与炉衬设计的基础数据。而具有跨尺度孔结构的轻量耐火材料高温下导热系数测试困难，专用测试设备价格高，测试周期长，制样复杂，且不同测试方法与设备测试结果相差较大。早期发展的复合材料有效导热系数测试方法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.)对孔结构进行了简化，未考虑孔形及孔分布的影响；近年来，提出基于材料显微结构，计算致密耐火材料导热系数的方法(CN 105956284 A)，其传热模型中，未考虑高温下热辐射对有效导热系数的影响，因此不适用于高温下导热系数的测试；同时，其几何模型中对跨尺度孔结构的处理未有提及。

针对轻量耐火材料内存在跨尺度孔结构及高温使用条件。本发明提供一种基于多层次显微结构图像识别处理与宏观热学计算的多尺度孔结构轻量耐火材料导热系数确定方法，其实现了多尺度孔显微结构识别、轻量耐火材料高温有效导热系数计算方法的确定。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种操作简单、成本低和适用性广的多尺度孔结构轻量化耐火材料导热系数确定方法，用该方法确定的导热系数与实验所测导热系数接近。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

其特征在于所述的确定方法是：

步骤1、采用200～2000倍显微镜，获得多尺度孔结构轻量耐火材料的低倍显微结构图，所述低倍显微结构图由伪固相区域和宏观气孔区域组成。