本發(fā)明屬于制品性能測試類，涉及測定耐火制品抗熱震性試驗方法，特別涉及一種基于z向破損深度的抗熱震性試驗方法。
背景技術(shù)：
抗熱震性是指耐火制品對溫度急劇變化所產(chǎn)生破損的抵抗性能。是耐火材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能在溫度變化條件下的綜合表現(xiàn)，是其重要的物理性能和使用性能。
我國自上世紀(jì)50年代就開始制定耐火材料抗熱震性的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)十年來經(jīng)過多次修訂，包括水急冷法、空氣急冷法。gb/t30873-2014《耐火材料抗熱震性試驗方法》包含4種試驗方法，其中方法1（水急冷法-直形磚試樣），是將長230㎜×114mm×65（75）mm的直形磚的114mm×65（75）mm試驗面50mm端頭在加熱爐內(nèi)迅速加熱至1100±10℃，保溫20min，再將其受熱端迅速浸入（5～35）℃、流動的水中，使114mm×65（75）mm試驗面浸入水中50mm，并應(yīng)使流入和流出水槽水的溫升不大于10℃，試樣在水槽中急劇冷卻3min后，再在空氣中保持5min。此為，一次急熱急冷循環(huán)過程，用5mm×5mm的方格網(wǎng)格測試試樣端面試驗前后端面破損率，如此這般，連續(xù)進(jìn)行，直至達(dá)到預(yù)期的端面破損率，結(jié)束試驗。
試樣受熱端面破損率的計算，用“方格網(wǎng)”直接測量試驗前試樣受熱端面的方格數(shù)a1和試驗后未破損部分的方格數(shù)a2，按下式計算試樣受熱端面破損率：
σ=（a1-a2）/a1×100％
當(dāng)σ=（50±5）％時，稱試樣受熱端面破損一半。
在急冷過程中，試樣受熱端面破損一半時，該次急熱急冷循環(huán)作為有效計算。當(dāng)σ>55％時，該次無效。
試驗報告為：每塊試樣的抗熱震性次數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)的不足是：：
1、gb/t30873-2014，方法1（水急冷法-直形磚試樣）試驗結(jié)果的判定是用基于平面的“方格網(wǎng)”法，測量試樣在各個階段其受熱端面破損部分的方格數(shù)及其百分比為依據(jù)，因此“方格網(wǎng)”在試驗過程的測試設(shè)備組成鏈中，就是關(guān)鍵的測量器具?！胺礁窬W(wǎng)”是網(wǎng)孔尺寸5mm×5mm的金屬網(wǎng)制成，測量時由人工目力計數(shù)孔格數(shù)。在臨界處5mm×5mm網(wǎng)格內(nèi)破損是不完整的，人工目力估計計數(shù)；同時測試時，試樣潮熱，需要熟練操作者，快速熟練的數(shù)格，并不測試破損面部分的破損深度。
2、試樣試驗端面的破損，是基于內(nèi)應(yīng)力的作用自內(nèi)而外的破壞。急熱時，試樣試驗端在較低溫度下突然進(jìn)入1100℃的爐膛中，當(dāng)表面高溫向試樣試驗端面內(nèi)部快速傳遞的時候，產(chǎn)生的熱應(yīng)力（或內(nèi)應(yīng)力）致使試樣試驗端內(nèi)部裂紋擴(kuò)展或熱應(yīng)力大于試樣試驗端局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而導(dǎo)致破損；試樣急冷時，也有類似的現(xiàn)象。因制品的材質(zhì)、制備工藝等的不同，由內(nèi)而外的表面破損形狀有很大的差異，有些是從試驗端50mm處，有些不足50mm，全部脫落、有些是從邊緣處塊狀或片狀脫落、有些是從角部塊狀或片狀脫落、有些是從114mm×65mm面內(nèi)部塊狀或片狀脫落，不到5mm×5mm，僅僅只有數(shù)平方毫米；更有些制品，僅僅表面薄薄的一層炸裂或脫落，有些是顆粒或基質(zhì)成小塊或片狀脫落、┈┈。顯然，現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)，未規(guī)定試驗端破損深度的這個重要技術(shù)指標(biāo)。因而，其端面破損僅僅是一個粗劣的泛泛的一個概念，檢測人員依據(jù)個人的習(xí)慣和偏愛取舍，缺乏科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、公正性。
3、耐火制品在工業(yè)爐應(yīng)用中，由于急熱急冷爐體內(nèi)部耐火材料的破損，脫落，其形狀如同上述2。以塊狀，甚至大塊脫落是致命的損壞，但，對于僅僅薄薄的表皮脫落，在一定的程度上，并不影響其使用?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的判定方式，就存在了缺陷。
同樣，yb/t376.3—2004規(guī)定的長水口、浸入式水口、塞棒及定徑水口在經(jīng)受急熱急冷的溫度突變后，通過觀察其表面是否出現(xiàn)裂紋來確定耐火制品的抗熱震性。所述的“觀察”依然是靠人工目力表面觀察，肉眼看，就會有誤差，費時費力。
現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的方法，完全依據(jù)“平面破損表征”，并不測試試樣受熱端面的破損深度，沒有反映出破損深度與制品抗熱震性的關(guān)系。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種基于z向破損深度的抗熱震性試驗方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)只能測出試樣受熱端面的平面破損表征、而不測試相應(yīng)破損深度的方法缺陷。
本發(fā)明的目的可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種基于z向破損深度的抗熱震性試驗方法，在試驗機(jī)中特別設(shè)置有試樣試驗端面破損深度的測量裝置或量具，用于z向破損深度z值的測量，同時在試驗前進(jìn)行試樣試驗端面xy向的原始面積a1的面積測量，每次急熱急冷循環(huán)后試樣試驗端面xy向的表觀破損面面積a2的面積測量；以σ=a2/a1×100%計算試樣試驗端面表觀損失率σ；以具有一定z向破損量z值的xy向平面的破損面積a（z）2占其試驗前原始xy向平面面積a1的百分率β（z）=a（z）2/a1×100%計算試樣試驗端面基于z值的損失率β（z）；以達(dá)到設(shè)定的σ數(shù)值的急熱急冷循環(huán)次數(shù)rσ表示材料的表觀抗熱震性，并以達(dá)到設(shè)定的z和β（z）數(shù)值的急熱急冷循環(huán)次數(shù)r﹛z，β（z）﹜，表示材料的基于z值的抗熱震性；試驗報告中，包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：設(shè)定的σ、z和β（z）數(shù)值和實際測試的急熱急冷循環(huán)次數(shù)的表觀抗熱震性rσ、基于z值的抗熱震性r｛z，β（z）﹜，以及由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)衍生的破損指數(shù)，這些衍生的破損指數(shù)用于判斷耐火材料在高溫窯爐中使用的破損預(yù)期及壽命。
所述的試樣試驗端面表觀損失率σ，可分別設(shè)定為5%、10%、20%、30%、40%、50%等；
所述的z向破損深度z值，可以設(shè)定為大于等于0、1㎜、2㎜、5㎜、10㎜、20㎜、30㎜、40㎜或50㎜等，可在未破損與破損交界1mm等的位置處測量，應(yīng)在試驗報告中注明；
所述的β（z），可以分別設(shè)定為5%、10%、20%、30%、40%、50%等；
所述設(shè)置在試驗機(jī)的試樣試驗端面破損深度測量裝置或量具，可以是紅外測距儀、激光測距儀、可見光測距儀、聲波測距儀等非接觸式的，也可以是接觸式的深度計等；其測量分辨率優(yōu)于5mm，測量范圍不小于10mm；
所述用于面積測量的工具，可以是非接觸式的可讀數(shù)光學(xué)設(shè)備，也可以是接觸式的量具，其測量分辨率優(yōu)于5mm，測量范圍不小于114mm×65mm；
所述的由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)衍生的破損指數(shù)，包括：表觀熱震脆性gσ、表觀抗熱震破損頻度r（σ50～σ5）和z值熱震脆性g｛z，β（z）﹜、z值抗熱震破損頻度r｛β（z）50～β（z）5﹜。
其表觀熱震脆性gσ是指，將經(jīng)過一次急熱急冷循環(huán)rσ=1次即破損時記為100，經(jīng)過一百次急熱急冷循環(huán)發(fā)生熱震損壞rσ=100次時記為1；在數(shù)值上，表觀熱震脆性gσ等于表觀抗熱震性rσ的倒數(shù)乘于100，即gσ=1/rσ×100；當(dāng)σ≥（50±5）%時，g50為其抗熱震性次數(shù)r50的倒數(shù)×100，則g50=1/r50×100；其反映了耐火制品急熱急冷易破壞的特性，其值越大則越容易破損。
z值熱震脆性g｛z，β（z）﹜是指，g｛z，β（z）﹜=1/r｛z，β（z）﹜×100；當(dāng)z=5mm，β（5）≥（50±5）%時，g（5，50）為其抗熱震性次數(shù)r（5，50）的倒數(shù)×100，則g（5，50）=1/r（5，50）×100，其值越大，在溫度急劇變化時其更易破裂；
表觀抗熱震頻度r（σ50～α5）是指，從產(chǎn)生最終破損的表觀破損率σ（如σ≥50%）的急熱急冷次數(shù)rσ（如r50）與一個產(chǎn)生初始破損的表觀破損率σ（如σ=5%）的急熱急冷次數(shù)rσ（如r5）的差值，即r（σ50～05）=r50-r5；也可以是其它，如r（σ40～σ5）、r（σ50～σ20）等。反映制品從產(chǎn)生初次破損到最終破損的劇烈程度；
z值抗熱震頻度r｛β（z）50～β（z）5﹜是指，從一個β（z）（如，z=5mm，β（5）=50%）的急熱急冷次數(shù)（如r（5，50））與一個產(chǎn)生初始破損β（z）（如，z=5mm，β（5）=5%）的急熱急冷次數(shù)r（5，5）的差值，即r｛β（5）50～β（5）5﹜=r（5，50）-r（5，5）；也可以是其它，如r｛β（5）40～β（5）5﹜、r｛β（5）50～β（5）20﹜等。
本發(fā)明的優(yōu)點：⑴本發(fā)明以特別設(shè)置有試樣試驗端面破損深度的測量裝置或量具，用于z向破損深度z值（單位：mm）的測量，可精準(zhǔn)地給出試樣受熱端面的破損狀況，特別是給出了破損點的破損深度，以表觀破損率、z值破損率、表觀抗熱震性、z值抗熱震性、表觀熱震脆性、z值熱震脆性、表觀抗熱震頻度、z值抗熱震頻度等，不僅描述了試樣受熱端面的表面破損表征，而且更深刻地反映出試樣受熱端面各點破損的深度、破壞率、破損頻度，可以更精準(zhǔn)地描述出試樣試驗端面破損深度與試樣破損率的關(guān)系，更準(zhǔn)確地提出耐火制品抗熱震性的定義。提高了測試的準(zhǔn)確性、測量精度和科學(xué)性。⑵對試樣試驗端面破損狀況（面積與深度）自動讀取、自動記錄、損失率自動分析歸檔、自動打印報告，省時省力。
附圖說明
附圖1為一種耐火制品水急冷法抗熱震性試驗機(jī)組成的示意圖。
圖中：1、加熱爐熱電偶，2、急熱加熱爐，3、耐火爐襯，4、加熱元件，5.1、水平狀態(tài)試樣（急熱前、急熱后），5.2、急熱狀態(tài)試樣，5.3、測試狀態(tài)試樣，5.4、急冷狀態(tài)試樣，6、爐門，7、夾持器，8、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，9、移動機(jī)構(gòu)，10、移動機(jī)構(gòu)驅(qū)動器，11、雙目三維景深模組，12、雙目三維模組支架與通訊電纜，13.1、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接口，13.2、打印機(jī)，14.1、智能上位機(jī)，14.2、上電按鈕，15、電控柜，16、主機(jī)架，17、冷卻水入口，18、急冷水槽，19、冷卻水出口，20、爐門升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)，21、夾持器旋轉(zhuǎn)軸，22、急熱加熱爐爐膛。
具體實施方式
結(jié)合附圖1，說明本發(fā)明的具體實施例。
一種基于z向破損深度的抗熱震性試驗方法，其是在試驗機(jī)中特別設(shè)置有試樣試驗端面破損深度的測量裝置或量具，本實施例中在試驗機(jī)的試樣試驗端面破損深度測量裝置或量具，以及用于面積測量的工具，為雙目三維景深模組，用于z向破損深度z值（單位：mm）的測量，所述的z值，可以根據(jù)合同約定或試驗需要分別設(shè)定為大于等于0、1、2、5、10、20、30、40或50等（單位：㎜），在未破損與破損交界1mm等的位置處測量；同時在試驗前測試試樣試驗端面xy向的原始面積a1（單位：mm2），每次急熱急冷循環(huán)后，自動測試試樣試驗端面xy向的表觀破損面面積a2（單位：mm2）；以σ=a2/a1×100%計算試樣試驗端面表觀損失率σ（單位：%）,所述的σ，可以根據(jù)合同約定或試驗需要分別設(shè)定為5、10、20、30、40、50或其他（單位：％）；以具有一定z向破損量值z值（本實例取值為5mm）的xy向平面的破損面積a（z）2占其試驗前原始xy向平面面積a1的百分率β（z）=a（z）2/a1×100%計算試樣試驗端面基于z值的損失率β（z）（單位：%），所述的β（z），可以根據(jù)合同約定或試驗需要分別設(shè)定為5、10、20、30、40、50或其他（單位：％）；以達(dá)到設(shè)定的σ數(shù)值的急熱急冷循環(huán)次數(shù)rσ（單位：次）表示材料的表觀抗熱震性，并以達(dá)到設(shè)定的z和β（z）數(shù)值的急熱急冷循環(huán)次數(shù)r﹛z，β（z）﹜（單位：次），表示材料的基于z值的抗熱震性；試驗報告中，包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：設(shè)定的σ、z和β（z）數(shù)值和實際測試的急熱急冷循環(huán)次數(shù)的表觀抗熱震性rσ（單位：次）、基于z值的抗熱震性r｛z，β（z）﹜（單位：次），以及由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)衍生的破損指數(shù)，這些衍生的破損指數(shù)有益于判斷耐火材料在高溫窯爐中使用的破損預(yù)期及壽命。
所述的由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)衍生的破損指數(shù)，包括：表觀熱震脆性gσ、表觀抗熱震破損頻度r（σ50～σ5）和z值熱震脆性g｛z，β（z）﹜、z值抗熱震破損頻度r｛β（z）50～β（z）5﹜。
如圖1所示：完成本發(fā)明所述的一種基于z向破損深度的抗熱震性試驗方法的試驗機(jī)，其包括加熱爐熱電偶1，急熱加熱爐2，耐火爐襯3，加熱元件4，水平狀態(tài)試樣（急熱前、急熱后）5.1，急熱狀態(tài)試樣5.2，測試狀態(tài)試樣5.3，急冷狀態(tài)試樣5.4，爐門6，夾持器7，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8，移動機(jī)構(gòu)9，移動機(jī)構(gòu)驅(qū)動器10，雙目三維景深模組11，雙目三維模組支架與通訊電纜12，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接口13.1，打印機(jī)3.2，智能上位機(jī)4.1，上電按鈕14.2，電控柜15，主機(jī)架16，冷卻水入口17，急冷水槽18，冷卻水出口19，爐門升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)20，夾持器旋轉(zhuǎn)軸21，急熱加熱爐爐膛22。
其相互位置關(guān)系：試樣5.2固定在夾持器7上，夾持器7后端連接在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8上安裝有夾持器旋轉(zhuǎn)軸21，夾持器旋轉(zhuǎn)軸21座與移動機(jī)構(gòu)9聯(lián)接，移動機(jī)構(gòu)9上安裝有移動機(jī)構(gòu)驅(qū)動器10。在移動機(jī)構(gòu)驅(qū)動器10的驅(qū)動下移動機(jī)構(gòu)9帶動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8前后水平移動，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8帶動夾持器7和試樣在垂直方向旋轉(zhuǎn)、使試樣5.3到與水平呈30°的測試位、到達(dá)急熱前后的水平狀態(tài)試樣（急熱前、急熱后）位置、到達(dá)急熱狀態(tài)的試驗爐中急熱狀態(tài)試樣5.2位置、到達(dá)急冷狀態(tài)試樣5.4位置。啟動電控柜15上的上電按鈕14.2，給設(shè)備電氣系統(tǒng)供電，設(shè)備自動到達(dá)初始狀態(tài)。在裝樣位安裝好測試狀態(tài)試樣5.3，雙目三維景深模組11在本實施例2中是試樣5試驗端面的面積和破損深度的測量裝置，與智能上位機(jī)14.1自動甄別試樣試驗端面形貌和測量面積a0，在智能上位機(jī)14.1上輸入試驗要求并記錄相關(guān)信息。智能上位機(jī)14.1發(fā)出指令，急熱加熱爐2加熱到試驗溫度，保持20min，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8帶動夾持器7旋轉(zhuǎn)，到達(dá)急熱前后的水平狀態(tài)試樣（急熱前、急熱后）位置；爐門升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)20帶動爐門6，打開爐門6，移動機(jī)構(gòu)9帶動夾持器7向急熱加熱爐2方向移動，直至急熱狀態(tài)試樣5.2進(jìn)入急熱加熱爐2內(nèi)50mm，保持20min，移動機(jī)構(gòu)9帶動夾持器7離開急熱加熱爐2，到達(dá)水平狀態(tài)試樣5.1（急熱前、急熱后）位置；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8帶動夾持器7旋轉(zhuǎn)，到達(dá)急冷狀態(tài)試樣5.4位置，保持3min，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8帶動夾持器7旋轉(zhuǎn)，通過水平狀態(tài)試樣5.1（急熱前、急熱后）位置，然后到達(dá)測試狀態(tài)試樣5.3，雙目三維景深模組11與智能上位機(jī)14.1自動甄別試樣試驗端面形貌和測量面積a2等，按照實施例1繼續(xù)進(jìn)行計算、往復(fù)試驗工作，直至結(jié)束，打印機(jī)13.2打印報告。
具體實施方法過程如下：
f1、試樣5準(zhǔn)備：其操作方法依據(jù)gb/t30873-2014，備好三塊長230㎜×高114mm×寬65（75）mm的直形磚，并置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥，用雙目三維景深視覺模組11（一種具有z向尺寸紅外測量和xy向平面尺寸可見光測量的非接觸式電子光學(xué)設(shè)備）采集試樣試驗端面的原始信息a1（單位：mm2），輸送到智能上位機(jī)14.1儲存?zhèn)溆谩?/p>
f2、試樣5處理：向試樣5試驗面浸印耐火氧化鉻微粉，約0.1mm后，置入電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥2h或在室溫下放置5h以上。
f3、裝樣：按gb/t30873-方法1的5.4.2安裝試樣5。
f4、啟動電源，給智能上位機(jī)14.1、雙目三維景深視覺模組11等機(jī)電設(shè)備供電。
f5、操作智能上位機(jī)14.1，試樣5試驗端面到測試位置，雙目三維景深視覺模組11自動甄別試樣5試驗端面的信息a0(此時a0=a1，但浸印前后試樣5試驗端面的rgb不同)，并將其輸入到智能上位機(jī)14.1。將試樣5名稱、試樣編號、委托單位、熱處理溫度、試樣試驗條件（試驗溫度1100℃，σ表觀破損率取50%，z的最小值取5mm）、試樣5試驗端面尺寸及一些特征等基本信息輸入到智能上位機(jī)14.1。
f6、選擇或輸入升溫制度、試驗溫度、試驗結(jié)束條件等運行參數(shù)。
f7、啟動運行鍵，試驗爐自動加熱，加熱到試驗溫度（1100℃）自動保溫20min，打開爐門，試樣試驗端面進(jìn)入爐膛內(nèi)邊沿50mm以內(nèi)，爐溫在5min內(nèi)恢復(fù)到試驗溫度，開始保溫計時；供水系統(tǒng)自動供水；試樣試驗端面在爐內(nèi)保溫20min后，試樣試驗端面迅速垂直進(jìn)入水槽水位線下50mm，距水槽底部大于20mm處，開始急冷計時，保持流出和流入水槽的溫度升高不大于10℃，關(guān)閉爐門，當(dāng)試樣急冷3min時，試樣試驗端面移到待測位置，約5min，啟動雙目三維景深視覺模組，自動甄別急熱急冷后試樣試驗端面xy平面的破損a（5）2（單位：mm2）和z向破損深度的情景與數(shù)據(jù)z（單位：mm），將其輸送到智能上位機(jī)14.1，與試樣5未涂色的原始端面a1和涂色后的端面信息a0，在智能上位機(jī)14.1上快速運算，按σ=a2/a1×100％計算表觀破損率，按β（5）=a（5）2/a1×100%計算試樣試驗端面基于z值的損失率β（5）；當(dāng)σ和β（5）小于（50±5）％時，打開爐口，試樣迅速送入爐內(nèi)50mm，進(jìn)行第二次急熱，保持20min，試樣從爐內(nèi)移出，進(jìn)入水槽，急冷3min；測試，計算；如此往復(fù)，直至滿足f8的試驗結(jié)束條件時試驗結(jié)束。
f8、試驗結(jié)束條件：
f8.1試驗達(dá)到了任何預(yù)設(shè)（σ和或z和或β（z））的試驗條件的循環(huán)次數(shù)；
f8.2設(shè)定試樣試驗端面表觀破損率σ剛剛大于等于（50±5）％的循環(huán)次數(shù)，同時報告z和β（z）；
f8.3設(shè)定z的最小值為5mm的循環(huán)次數(shù)，同時報告試樣試驗端面破損率β（5）和σ值；
f8.4其他情況的停止。
f9計算并報告：除包含gb/t30873方法1的報告項目外，還應(yīng)包含表觀破損率σ的5%、10%、20%、30%、40%、50%急熱急冷循環(huán)次數(shù)r5、r10、r20、r30、r40、r50及對應(yīng)的β（5）、r（5，5）、r（5，10）、r（5，20）、r（5，30）、r（5，40）、r（5，50）和其相應(yīng)的三維圖像，該基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息經(jīng)智能上位機(jī)14.1給出了試樣5的表觀熱震脆性g5、g10、g20、g30、g40、g50等，z值熱震脆性g（5，5）、g（5，10）、g（5，20）、g（5，30）、g（5，40）、g（5，50）和表觀抗熱震頻度r（σ50～σ5）和z值抗熱震頻度r｛β（5）50～β（5）5﹜等。
按照上述方法，三塊高鋁磚部分測試數(shù)據(jù)（見表一）和試驗報告（見表二）如下：
表一測試數(shù)據(jù)
表二試驗報告