4.3 耐火试验炉

GB/T 9978.1一2008 中6.1.1描述的升温条件,不足以确保采用不同设计方案制造的耐火试验炉对试件提供同样的耐火试验环境,也不足以确保从这些不同的耐火试验炉得到试件试验结果的一致性。
用来控制试验炉温度的热电偶处在一个动态热平衡状态的环境中,受到加热炉内存在的热辐射和热对流的影响。通过对流把热量传递到一个无遮蔽物体的过程,取决于受热物体的大小和形状,通常小的受热物体(如热电偶接头)的温度要高于大的受热物体(如试件)的温度。因而对流热对热电偶温度有较大的影响,传递到试件的热量主要受到试验炉炉壁辐射热和火焰辐射热的影响。
试验炉中,同时存在气体热辐射和炉壁表面之间的热辐射。气体热辐射取决于试验炉内的温度和气体的吸收特性,同时受可见火焰部分的辐射影响显著。
试验炉炉壁表面之间的热辐射取决于炉壁的温度、炉壁的吸收特性与发射特性以及试验炉的大小和构造。因此,试验炉炉壁的温度取决于其热力学特性。
对任一物体的对流热传递,取决于该物体所在局部环境气体温度与该物体表面温度的差异以及气体的流速。
试验炉内气体产生的辐射热与其温度相关,试件吸收的辐射热是试验炉内气体辐射热和试验炉炉壁辐射热的总和。后者开始时很小,随着炉壁温度的升高而逐渐增加。本部分中描述的热电偶很小,适宜于测量气体温度。另一方面,试件温度对辐射热更为敏感。
根据上述讨论,在不同测试机构中使用本部分的试验要求时,为了实现试验结果的一致性,其最终的解决方法是使用标准的测试机构对耐火试验炉进行理想化设计。这些设计应精细到试验炉尺寸、构造、材料、建造技术以及使用燃料的类型等方面。
有一种方法可以减少目前在用耐火试验炉之间存在的试验结果不一致的问题。采用温度易随炉内气体温度变化而变化的热惰性材料,把耐火试验炉炉壁表面填满,该材料的特征性能应符合GB/T 9978.1—2008 中5.2的规定。这样,试验炉内气体和试验炉炉壁之间的温差会降低,由燃料供给的不断增加的热量,通过试验炉炉壁辐射到达试件表面。因而,采用不同设计的耐火试验炉,测试相同试件得到的耐火试验结果的可通用性会得到加强。
在可能的情况下,应重新检査、优化现有耐火试验炉有关燃料喷嘴和可能使用燃料的设计方案,以避免可能导致试件表面受热不均的气流紊乱和相关压力波动的发生。
尽管GB/T 9978.1—2008 中5.5.1.1对用于测量并控制炉内温度的热电偶设计有所说明,但仍然建议在试验操作中尽可能使用对于辐射热和对流热综合效应更为敏感的热电偶,以进一步减少试验炉热性能变化带来的影响。
为了完善试验结果的一致性,调整现有试验炉设计的最为有效的“工具”之一是使用校准程序(见4.12)。


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