Štandardná skúšobná metóda ASTM C201 pre tepelnú vodivosť žiaruvzdorných materiálov

Štandardná skúšobná metóda ASTM C201 pre tepelnú vodivosť žiaruvzdorných materiálov, ktorú vyvinula Americká spoločnosť pre testovanie a materiály (ASTM) , opisuje skúšobnú metódu na stanovenie porovnávacej tepelnej vodivosti žiaruvzdorných materiálov za štandardných skúšobných podmienok. Táto skúšobná metóda je určená pre žiaruvzdorné materiály s vodivostným faktorom nepresahujúcim 28,8 W/m·K a hrúbkou 25 mm.

Ďalšie podrobné testovacie metódy ASTM, ktoré sa majú použiť v spojení s touto testovacou metódou pri testovaní špecifických typov žiaruvzdorných materiálov, sú:

• Štandardná skúšobná metóda ASTM C182 pre tepelnú vodivosť izolačných žiaruvzdorných tehál
• Štandardná skúšobná metóda ASTM C202 pre tepelnú vodivosť žiaruvzdorných tehál
• Štandardná skúšobná metóda ASTM C417 pre tepelnú vodivosť nepálených monolitických žiaruvzdorných materiálov
• Štandardná skúšobná metóda ASTM C767 pre tepelnú vodivosť uhlíkových žiaruvzdorných materiálov

Tepelná vodivosť žiaruvzdorných materiálov je nevyhnutnou vlastnosťou pre výber vlastností tepelnej vodivosti. Používatelia vyberajú žiaruvzdorné materiály, ktoré spĺňajú špecifikované podmienky tepelných strát a teploty studenej plochy bez prekročenia teplotného limitu žiaruvzdorných materiálov. Táto testovacia metóda umožňuje testovanie tepelnej vodivosti žiaruvzdorných materiálov pomocou kalorimetra.

Táto testovacia metóda vyžaduje veľký teplotný gradient a ustálené podmienky. Výsledky sú založené na priemernej teplote. Údaje získané touto testovacou metódou sú vhodné na schválenie špecifikácií a návrh viacvrstvovej žiaruvzdornej konštrukcie. Použitie týchto údajov vyžaduje zohľadnenie skutočného prostredia a podmienok aplikácie.

Skúšobná vzorka by mala pozostávať z troch hladkých tehál s rozmermi 228 mm a šiestich mastencových tehál s rozmermi 228 mm x 64 mm x 57 mm, ktoré reprezentujú testovaný materiál. Ďalšie pokyny na prípravu vzorky a umiestnenie ochrannej tehly sú uvedené v skúšobných metódach pre konkrétne materiály. Tieto tehly by sa mali vyberať z hľadiska rovnomernosti štruktúry a objemovej hmotnosti a mali by byť bez zlomených rohov alebo hrán. Ako skúšobná vzorka by sa mala použiť jedna tehla a dve ďalšie tehly by sa mali použiť ako ochranné tehly, jedna na každej strane vzorky.

Pozdĺž okrajov testovanej vzorky a ochrannej tehly by sa malo umiestniť šesť mastencových tehál, aby sa zabránilo bočnému úniku tepla. Testovaná vzorka a ochranná tehla pokrývajú plochu približne 456 mm x 342 mm. Na testovanie je možné predložiť celkovo deväť hladkých tehál s priemerom 228 mm, z ktorých šesť je narezaných na vytvorenie mastencovej tehly.

Pri príprave skúšobnej vzorky by mali byť povrchy troch plochých tehál (228 mm x 114 mm) a povrchy mydlovej tehly (228 mm x 57 mm) zarovnané a rovnobežné s hrúbkou maximálne 60,3 mm. Hrúbka by nemala presiahnuť 76 mm a byť najmenej 51 mm. Kontaktné hrany by mali byť zarovnané a kolmé na povrch tehly a povrch mydlovej tehly.

Skúšobná vzorka sa suší 12 hodín pri teplote 105 °C až 110 °C. Na konci tejto doby sa objemová hmotnosť stanoví v librách na kubickú stopu (alebo kilogramoch na kubický meter) v súlade s normou ASTM C134. Merania hrúbky sa však vykonávajú v súlade s týmito metódami.

Pri vykonávaní skúšok sa používajú postupy na skúšanie špecifických typov žiaruvzdorných materiálov opísaných v nasledujúcich skúšobných metódach: normy ASTM C182, ASTM C202, ASTM C417 a ASTM C767.

Počas testu sa zaznamenávajú nasledujúce údaje:

• Lineárne rozmery testovanej vzorky
• Vzdialenosť medzi pripojeniami termočlánkov na testovanej vzorke
• Tri sady údajov o teplote nameraných termočlánkami na testovanej vzorke
• Priemerná teplota medzi jednotlivými termočlánkami v testovanej vzorke, vypočítaná zo zaznamenaných teplôt
• Priemerný nárast teploty vody pretekajúcej kalorimetrom
• Priemerný prietok vody prechádzajúcej kalorimetrom
• Tepelný tok cez testovaciu vzorku na jednotku plochy

Výpočty sa vykonávajú podľa vzorca uvedeného v norme.

Správa, ktorá sa má vypracovať, by mala obsahovať nasledujúce informácie:

• Názov značky alebo iné identifikačné informácie
• Objemová hustota sušenej testovanej vzorky
• Všeobecný opis skúšobnej vzorky pred a po skúške z hľadiska možných štrukturálnych zmien, ktoré môžu nastať pri vystavení teplotám vykurovacej komory.
• Údaje o tepelnej vodivosti vypočítané v súlade s touto normou pri priemerných teplotách zaznamenaných počas 2-hodinovej doby udržiavania v prípade konštantného tepelného toku a uvedené pri priemere dvoch teplôt použitých vo výpočte.
• Krivka znázorňujúca skutočné hodnoty tepelnej vodivosti získané v porovnaní s priemernými teplotami.

Na požiadanie by mali byť zaznamenané údaje zahrnuté do správy.

Stručne povedané, norma ASTM C201 poskytuje presnú metódu na stanovenie tepelnej vodivosti žiaruvzdorných materiálov za kontrolovaných podmienok. Táto vlastnosť je kľúčová pre aplikácie vo vysokoteplotných prostrediach, ako sú pece, rúry, spaľovne a reaktory. Hlavným účelom tejto normy je merať tepelnú vodivosť hustých a izolačných žiaruvzdorných materiálov. Tepelná vodivosť je kľúčovým parametrom pri určovaní prenosu tepla žiaruvzdorného materiálu. Nižšia tepelná vodivosť naznačuje lepšiu izoláciu, čo pomáha zvýšiť energetickú účinnosť a znížiť tepelné straty.

Norma ASTM C201 sa vzťahuje na:

• Husto tvarované žiaruvzdorné materiály (napr. žiaruvzdorné tehly, liatinové tehly)
• Izolačné žiaruvzdorné materiály (napr. ľahké tehly)
• Monolitické žiaruvzdorné materiály
• Predtvarované žiaruvzdorné výrobky s rôznymi geometriami a zložením

Testovanie sa zvyčajne vykonáva pri zvýšených teplotách (od izbovej teploty do približne 1650 stupňov Celzia), aby sa simulovali podmienky reálneho prostredia.

Skúšobná metóda ASTM C201 vo všeobecnosti zahŕňa nasledujúce kroky:

• Nastavenie testu: Vzorka sa umiestni do pece, kde je vystavená kontrolovanému teplotnému gradientu. Vzorka by mala mať dostatočnú veľkosť na udržanie reprezentatívnej testovacej plochy.
• Meranie teploty: Na testovaný kus sa umiestni platinový odporový teplomer na meranie teplotného gradientu. Tento teplomer ponúka vysokú presnosť a stabilitu v širokom teplotnom rozsahu.
• Tepelný príkon: Známe množstvo elektrickej energie prechádza cez ohrievač zabudovaný vo vzorke alebo umiestnený v jej blízkosti.
• Zber údajov a výpočet: Výsledný teplotný profil a príkon sa používajú na výpočet tepelnej vodivosti materiálu.

Táto norma je dôležitá z nasledujúcich dôvodov:

• Návrh a inžinierstvo: Pomáha inžinierom vybrať vhodné materiály pre aplikácie pri vysokých teplotách.
• Energetická účinnosť: Pomáha vyvíjať energeticky účinné tepelné systémy identifikáciou materiálov s optimálnymi izolačnými vlastnosťami.
• Kontrola kvality: Umožňuje výrobcom overiť vlastnosti materiálov a zabezpečiť súlad s konštrukčnými špecifikáciami počas výroby.
• Výskum a vývoj: Poskytuje cenné údaje pre vývoj nových žiaruvzdorných materiálov a zlepšenie existujúcich.

Obmedzenia tejto metódy sú:

• Táto metóda je najvhodnejšia pre homogénne materiály a nemusí poskytovať presné výsledky pre materiály s vysokou pórovitosťou alebo nehomogénnym zložením.
• Vzorky musia byť dostatočne veľké, aby sa do nich zmestili teplotné senzory a ohrievač, čo nemusí byť vždy praktické.

Naša organizácia, ktorá už roky podporuje podniky vo všetkých sektoroch prostredníctvom širokej škály testovacích, meracích, analytických a hodnotiacich aktivít, má silný tím zamestnancov, ktorí pozorne sledujú globálny vývoj vo vede a technike a neustále sa zlepšujú. V tejto súvislosti poskytujeme aj testovacie služby v súlade s normou „ASTM C201 Štandardná skúšobná metóda pre tepelnú vodivosť žiaruvzdorných materiálov“.