[发明专利]一种下加荷装置及基于其上的耐火材料试验加卸荷方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料热态加荷试验技术领域，尤其涉及一种可实现无偏心均匀施力的下加荷装置及基于其上的耐火材料试验加卸荷方法。

背景技术

耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，可直接接触高温固相、液相或气相，广泛应用于钢铁、冶金、石油、化工等行业。耐火材料的破坏原因有高温、自身及固相物料的荷重、液体或气体的冲刷侵蚀等。实际使用过程中，耐火材料常常受到高温及荷重的同时作用，因此模拟耐火材料在高温和恒定荷重同时作用下的热态加荷试验对评价耐火材料抵抗破坏能力及其使用极限具有重要指导意义。

目前，用于描述耐火材料在高温及荷重同时作用下的热态加荷试验有压蠕变和荷重软化温度试验，对应这2个性能指标的相应检测标准中均阐述了恒定载荷竖直施加于试样或间接通过固定的支撑棒施加于试样的加荷原理，并提出了加荷装置应在整个试验过程中沿加压棒、试样和支撑棒的公共轴心线垂直均匀施加压力，进而保证测试结果准确性的要求。

实际试验过程中，荷重或者加压棒、试样、支撑棒之间接触面的不完全平整、试样试验过程中发生的各向异性变形等都会造成加荷方向偏离和试样受力不均。现有技术中通常只在加压棒外侧设滑套用于导向限位，但其无法实现偏心后的精确调整。

发明内容

本发明提供了一种下加荷装置及基于其上的耐火材料试验加卸荷方法，通过在下加荷组件中设置具有自动找正对中功能的球面连接扣，保证荷重始终沿下加压棒、试样和上加压棒的公共轴心线垂直均匀地施加压力，提高了试验结果的准确性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种下加荷装置，包括自下至上依次同轴设置的金属压杆、球面连接扣、下加压棒、上加压棒和上加压棒固定座；所述金属压杆外侧设导向用的滑动轴套；球面连接扣由扣座、球面支座、加压棒连接座和支撑弹簧组成，金属压杆与扣座固定连接，加压棒连接座与扣座活动连接；球面支座的顶面为平面，加压棒连接座的底端设平面与球面支座上的平面相配合；球面支座的底面为球面，与金属压杆顶部的球面凹槽配合形成铰点；加压棒连接座的顶部与下加压棒固定连接；加压棒连接座与金属压杆之间设支撑弹簧，金属压杆、球面连接扣和下加压棒组成可竖直往复移动的下加荷组件，上加压棒由上加压棒固定座固定，试样放置在下加压棒顶部。

所述扣座的顶部开孔供加压棒连接座的底端伸入，加压棒连接座的伸入端设下端板卡在对应孔的内侧，下端板的底面为垂直于轴线的平面，加压棒连接座的顶端与下加压棒的下端固定连接；扣座底部与金属压杆上部的连接板通过螺栓连接，金属压杆的顶部设球面凹槽与球面支座相配合；加压棒连接座的下端板与金属压杆上的连接板之间设支撑弹簧。

所述试样的顶部可移动地设有上垫片，试样的底部可移动地设有下垫片。

一种基于所述下加荷装置的耐火材料试验加卸荷方法，包括如下步骤：

1)安装调试：上加压棒的下部置于加热炉内；在其正下方安装下加荷组件，下加荷组件能够在驱动装置带动下沿竖直方向上、下移动，且在实验过程中下加荷组件移动时的阻力不大于4N；手动下压下加压棒，并有意使之偏离垂直方向，抬起手后看其能否自动回复至垂直状态；如果不能回复至垂直状态，需重新调整或更换支撑弹簧；

2)装载试样：将下垫片、试样、上垫片对中后依次放置在下加压棒上；

3)加荷：启动驱动装置的上升开关，下加荷组件沿竖直方向缓慢上升，当上垫片与上加压棒的底面完全接触后，球面连接扣中的支撑弹簧开始压缩；继续上升后下加压棒的底端平面与球面支座的顶面紧密贴合，在此过程中由球面支座底部的球面与金属压杆顶部的球面凹槽配合自动对中找正；荷载通过下加压棒均匀地施加在试样上；

4)加热：按设定的升温曲线对试样进行加热；

5)卸荷：启动驱动装置的下降开关，金属压杆下移，支撑弹簧的压缩变形逐渐释放，当支撑弹簧恢复至装载试样时的形变时，试样开始脱离上加压棒，从而卸掉施加在试样上的载荷；卸荷后金属压杆继续通过球面连接扣带动下加压棒和试样整体下移；试验过程结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过滑动轴套对下加荷组件的运动方向进行约束，通过球面连接扣的自动找正对中功能，保证下加压棒只能沿着其与试样及上加压棒的共轴线做往复直线运动，下加荷组件的运动轨迹与共轴线的偏离很小，可视为无偏心加荷；

2)通过球面连接扣活动连接金属压杆和下加压棒，试样加荷和卸荷过程平稳；