耐火浇注料高温耐压强度不确定度分析

杜怀军

(阳泉市硅铝质耐火材料质量监督检验中心，山西 阳泉 045000)

耐火浇注料在实际使用过程中经受着复杂应力作用，随着温度逐步升高，其力学性能变化趋势存在明显的差异，为保证其能承受压力作用而不发生损毁失效，对其高温耐压强度进行测定以进行合理设计和材料选取，保证设备和生产过程的安全，非常必要且具有重要意义，而且高温耐压强度也是评定耐火材料耐磨性、抗渣性和抗剥落性等性能的依据。测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小，所以测量结果必须附有不确定度说明才是完整并有意义的[1]。为此，本文对某公司生产的一批低水泥耐火浇注料的高温耐压强度进行了测定，并对影响其测定结果的不确定度进行了分析，给出了不确定度报告。

1 测量原理

依据YB/T2208-1998耐火浇注料高温耐压强度试验方法，以规定升温速率10 ℃/min加热试样到试验温度1 000 ℃，保温1 h至试样达到均匀的温度，以规定的加荷速率0.5 N·mm-2·s-1对试样施加载荷，直至试样破碎[2]。

2 数学模型

高温耐压强度的计算公式如式(1)、式(2)。

(1)

(2)

式中：P为试样高温耐压强度，N/mm2；F为试样破碎时最大载荷，N;S试样受压面积，mm2;S1、S2为试样上、下受压面的面积，mm2。

3 高温耐压强度不确定度的分析

3.1 不确定度来源分析

引起不确定度的主要因素有：①试验重复性引入的不确定度；②压力的不确定；③面积的不确定度。

3.2 各输入量的标准不确定度

3.2.1 由重复性试验耐火浇注料高温耐压强度时引入的A类不确定度

本检测室对一批耐火浇注料试样经1 000 ℃×1 h处理后的高温耐压强度进行检测，结果如表1。

表1 高温耐压强度检测结果

由贝塞尔公式可得测试的标准差为：

式中，n为试样数量。

3.2.2 耐火浇注料高温耐压强度的B类标准不确定度

3.2.2.1 压力的标准不确定度分量

压力F的不确定度由3部分构成：来自压力试验机示值的不确定度uF1；来自计量部门传递过来的不确定度uF2；试验员读数时引入的不确定度uF3。

c) 压力机示值为计算机自动采集，测试值由数显装置显示，所加载荷波动在YB/T2208-1998规定范围内，故实验员读数引入的不确定度可以忽略，即uF3=0。

3.2.2.2 面积的标准不确定度分量

面积的测量不确定度由3部分构成：直径测量仪器引入的不确定度ud1，测量人员在测量试样直径读数引入的不确定度ud2，计量部门传递过来的不确定度ud3

c) 检定证书显示测量直径用游标卡尺借助高一等级的标准量块进行校准的，其不确定度为0.000 1 mm，故引入的不确定度相比可忽略不计，即ud3=0。

3.2.2.3 由温度变化引入的标准不确定度分量

在高温耐压试验中，升温速率、保温温度和保温时间均由计算机程序控制，严格执行标准YB/T2208-1998，测温热电偶、温度显示装置、炉温均匀性均经计量部门检定合格，漂移在标准许可范围内，因而由温度变化引入的标准不确定度分量可不予考虑。

3.2.2.4 耐火浇注料高温耐压强度的B类合成标准不确定度

4 合成标准不确定度

5 扩展不确定度

UP=kuP=2×0.25 MPa=0.5 MPa

置信概率P=95%；包含因子k=2。

6 测量不确定度报告

该浇注料的高温耐压强度的不确定度为：P=11 MPa,UP=0.5 MPa，k=2。

7 分析和讨论

对于窑炉或热工设备用耐火浇注料，高温耐压强度在设计规范或产品标准中通常要求不小于某一值(下限)，因此在满足使用要求和节约成本的前提下适当高一些为好。该浇注料的检测结果为p=(11±0.5)MPa，k=2。如果产品标准或设计规范要求大于10.5 MPa，则本检测结果表明该批浇注料肯定合格，如果要求大于11.5 MPa，则可判定为不合格。

但当标准或规范要求大于10.5 MPa～11.5 MPa之间的某值时，判定材料合格与否就存在一定的风险；若要求大于10.5 MPa～11 MPa之间的某值，则材料不合格的概率小于合格的概率，可称为松限合格(或略为不合格)，判定为合格的风险相对较小；若要求大于11 MPa～11.5 MPa之间的某值，则材料合格的概率小于不合格的概率，可称为紧限不合格(或甚为不合格)，判定为合格的风险相对较大。因此，测量结果的不确定度评定对试验数据的判断和产品质量的判定是有帮助。