耐火澆注料高溫耐壓強(qiáng)度不確定度分析

杜懷軍

(陽(yáng)泉市硅鋁質(zhì)耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山西 陽(yáng)泉 045000)

耐火澆注料在實(shí)際使用過程中經(jīng)受著復(fù)雜應(yīng)力作用，隨著溫度逐步升高，其力學(xué)性能變化趨勢(shì)存在明顯的差異，為保證其能承受壓力作用而不發(fā)生損毀失效，對(duì)其高溫耐壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定以進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和材料選取，保證設(shè)備和生產(chǎn)過程的安全，非常必要且具有重要意義，而且高溫耐壓強(qiáng)度也是評(píng)定耐火材料耐磨性、抗渣性和抗剝落性等性能的依據(jù)。測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小，所以測(cè)量結(jié)果必須附有不確定度說明才是完整并有意義的[1]。為此，本文對(duì)某公司生產(chǎn)的一批低水泥耐火澆注料的高溫耐壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)影響其測(cè)定結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析，給出了不確定度報(bào)告。

1 測(cè)量原理

依據(jù)YB/T2208-1998耐火澆注料高溫耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，以規(guī)定升溫速率10 ℃/min加熱試樣到試驗(yàn)溫度1 000 ℃，保溫1 h至試樣達(dá)到均勻的溫度，以規(guī)定的加荷速率0.5 N·mm-2·s-1對(duì)試樣施加載荷，直至試樣破碎[2]。

2 數(shù)學(xué)模型

高溫耐壓強(qiáng)度的計(jì)算公式如式(1)、式(2)。

(1)

(2)

式中：P為試樣高溫耐壓強(qiáng)度，N/mm2；F為試樣破碎時(shí)最大載荷，N;S試樣受壓面積，mm2;S1、S2為試樣上、下受壓面的面積，mm2。

3 高溫耐壓強(qiáng)度不確定度的分析

3.1 不確定度來(lái)源分析

引起不確定度的主要因素有：①試驗(yàn)重復(fù)性引入的不確定度；②壓力的不確定；③面積的不確定度。

3.2 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.2.1 由重復(fù)性試驗(yàn)?zāi)突饾沧⒘细邷啬蛪簭?qiáng)度時(shí)引入的A類不確定度

本檢測(cè)室對(duì)一批耐火澆注料試樣經(jīng)1 000 ℃×1 h處理后的高溫耐壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1。

表1 高溫耐壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

由貝塞爾公式可得測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)差為：

式中，n為試樣數(shù)量。

3.2.2 耐火澆注料高溫耐壓強(qiáng)度的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.2.2.1 壓力的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

壓力F的不確定度由3部分構(gòu)成：來(lái)自壓力試驗(yàn)機(jī)示值的不確定度uF1；來(lái)自計(jì)量部門傳遞過來(lái)的不確定度uF2；試驗(yàn)員讀數(shù)時(shí)引入的不確定度uF3。

c) 壓力機(jī)示值為計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集，測(cè)試值由數(shù)顯裝置顯示，所加載荷波動(dòng)在YB/T2208-1998規(guī)定范圍內(nèi)，故實(shí)驗(yàn)員讀數(shù)引入的不確定度可以忽略，即uF3=0。

3.2.2.2 面積的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

面積的測(cè)量不確定度由3部分構(gòu)成：直徑測(cè)量?jī)x器引入的不確定度ud1，測(cè)量人員在測(cè)量試樣直徑讀數(shù)引入的不確定度ud2，計(jì)量部門傳遞過來(lái)的不確定度ud3

c) 檢定證書顯示測(cè)量直徑用游標(biāo)卡尺借助高一等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行校準(zhǔn)的，其不確定度為0.000 1 mm，故引入的不確定度相比可忽略不計(jì)，即ud3=0。

3.2.2.3 由溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

在高溫耐壓試驗(yàn)中，升溫速率、保溫溫度和保溫時(shí)間均由計(jì)算機(jī)程序控制，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)YB/T2208-1998，測(cè)溫?zé)犭娕?、溫度顯示裝置、爐溫均勻性均經(jīng)計(jì)量部門檢定合格，漂移在標(biāo)準(zhǔn)許可范圍內(nèi)，因而由溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量可不予考慮。

3.2.2.4 耐火澆注料高溫耐壓強(qiáng)度的B類合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5 擴(kuò)展不確定度

UP=kuP=2×0.25 MPa=0.5 MPa

置信概率P=95%；包含因子k=2。

6 測(cè)量不確定度報(bào)告

該澆注料的高溫耐壓強(qiáng)度的不確定度為：P=11 MPa,UP=0.5 MPa，k=2。

7 分析和討論

對(duì)于窯爐或熱工設(shè)備用耐火澆注料，高溫耐壓強(qiáng)度在設(shè)計(jì)規(guī)范或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中通常要求不小于某一值(下限)，因此在滿足使用要求和節(jié)約成本的前提下適當(dāng)高一些為好。該澆注料的檢測(cè)結(jié)果為p=(11±0.5)MPa，k=2。如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)規(guī)范要求大于10.5 MPa，則本檢測(cè)結(jié)果表明該批澆注料肯定合格，如果要求大于11.5 MPa，則可判定為不合格。

但當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求大于10.5 MPa～11.5 MPa之間的某值時(shí)，判定材料合格與否就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)；若要求大于10.5 MPa～11 MPa之間的某值，則材料不合格的概率小于合格的概率，可稱為松限合格(或略為不合格)，判定為合格的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小；若要求大于11 MPa～11.5 MPa之間的某值，則材料合格的概率小于不合格的概率，可稱為緊限不合格(或甚為不合格)，判定為合格的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。因此，測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的判斷和產(chǎn)品質(zhì)量的判定是有幫助。