耐火度是表征耐火材料在无荷重条件下抵抗高温而不熔化的高温性能指标, 是耐火材料的最重要性能指标之一。普通耐火材料的耐火度为1 580～1 800℃。按照GB/T 7322—2007的规定, 检测耐火材料的耐火度时, 要在2 h内将炉温升至比试样预估耐火度低200℃的温度, 然后再按平均2.5℃·min-1匀速升温直至实验结束。但是, 在实际检测过程中发现, 现有的耐火度检测用竖式碳阻炉在高温阶段的升温速率达不到要求, 而且炉管和炭粒需要经常更换, 既影响检测效率, 也增加了检测成本。经过探索, 对现有耐火度检测用竖式碳阻炉进行了改进, 取得了较好的使用效果。本文对此作了介绍。目前, 比较常用的耐火度检测用竖式碳阻炉的基本结构如图1所示。在使用图1的竖式碳阻炉按GB/T 7322—2007检测耐火材料耐火度的过程中发现, 竖式碳阻炉的镁砂管在使用一段时间后, 虽然处于上、下低温带的部分基本完好, 但处于高温带的部分经常出现开裂、熔化、变形, 因此使用3～5次后就需要更换。更换一次镁砂管耗时2个工作日, 直接影响检测工作效率。为此, 对镁砂管做了以下改进:
(1) 将一段式镁砂管改为三段式镁砂管, 见图2。三段之间采用插接式, 当中间段损坏需要更换时, 可以只更换中间段。(2) 改进镁砂管材质和成型方法。一段式镁砂管采用纯镁砂浇注成型, 其体积密度大, 气孔率低, 抗热震性差。提高镁砂管的抗热震性也是提高其使用次数的关键之一。为此, 对镁砂管进行了如下优化:(1) 适当引入部分低膨胀率的堇青石骨料, 增大颗粒料的临界粒度, 并将中、粗颗粒的比例提高到60% (w) 。(2) 将成型方法由浇注成型改为挤压成型。改进后的镁砂管密度减小, 气孔率增大, 抗热震性也有了较大的提高。
竖式碳阻炉是利用填充在炉管与炉衬之间的炭粒作为发热体的电阻炉, 电流通过炭粒产生的热量符合焦耳定律Q=I2Rt。炭粒的主要成分是碳 (C) , 在空气气氛中达到一定温度后就会发生氧化。而炭粒氧化后粒度变小, 并产生灰分, 这会增大炭粒之间的电阻。由于氧化主要发生在高温带, 这使得高温带炭粒的电阻增大更多, 发热越多, 温度越高, 加剧了碳阻炉温度的不均匀性。因此, 当炭粒氧化到一定程度后, 就需要及时更换新的炭粒。为了减小炭粒的高温氧化速度, 延长炭粒的使用寿命, 对炭粒做了以下改进。(1) 使用前煅烧。炭粒是由石油焦加石墨烧结而成的, 但市场上购买的成品炭粒往往烧结不够充分。为此, 在使用之前将炭粒在1 200℃煅烧3～5 h, 以进一步排除其挥发分和水分, 提高其密度和强度, 减小其在高温使用过程中的氧化速度和破损率。(2) 在不同段带使用不同粒度级配的炭粒。将炭粒分成2～3、3～5、5～8 mm, 在碳阻炉的不同段带部位使用不同粒度级配的炭粒。经过多次试验探索, 总结出比较合理的粒度级配见表1。通过以上改进, 炭粒的氧化速度减小, 使用寿命延长, 碳阻炉的温度均匀性也得到提高。
GB/T 7322—2007要求的升温速率较高。有些试样的耐火度很高。在实际检测中发现, 即使是新换炭粒的试验炉, 其在高温阶段的升温速率也往往达不到要求。主要原因是竖式碳阻炉炉管上下两端都是敞开的。下部敞开是为了锥盘旋转, 上部敞开是为了方便观察试验锥的弯倒情况, 这增加了炉管内的热量损失。为了解决这一问题, 在炉管上端增加了一个保温观察冒口 (见图3) , 盖上时保温, 取下时能观察试验锥。
通过以上三方面的改进, 竖式碳阻炉由以前的使用7～9次需要重装一次炉体 (主要是更换炉管和炭粒) 延长到使用20～25次更换一次炉体。不仅降低了检测成本, 而且大大提高了检测效率。
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