關(guān)于焦炭反應(yīng)性測定設(shè)備的幾個(gè)關(guān)鍵問題
現(xiàn)在市場上所能見到的做焦炭反應(yīng)性試驗(yàn)的設(shè)備有很多廠家生產(chǎn)，雖然每個(gè)生產(chǎn)廠家都是遵照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范工藝來進(jìn)行此設(shè)備的設(shè)計(jì)制造，但卻因各生產(chǎn)廠家技術(shù)實(shí)力不同導(dǎo)致該產(chǎn)品的最終使用性能相去甚遠(yuǎn)，我們這里不好提及指出具體是哪些廠家的產(chǎn)品存在問題，但作為最終的使用者不妨擦亮眼睛，運(yùn)用您所掌握的知識(shí)來辨別哪些是魚目混珠華而不實(shí)、哪些是喧賓奪主誤導(dǎo)用戶的產(chǎn)品。從而避免日后使用中出現(xiàn)疏漏導(dǎo)致不必要的損失！
這里我謹(jǐn)由技術(shù)角度來提供一些參考，希望大家共同交流，以期真正提高此產(chǎn)品性能，甚至能提高整個(gè)此行業(yè)的技術(shù)水平為盼！
這里筆者提出焦炭反應(yīng)性設(shè)備的三個(gè)核心問題：恒溫區(qū)150mm；1100℃的恒溫；氣體流量。
1、在國家GB/T 4000-2008標(biāo)準(zhǔn)中，我們知道每臺(tái)反應(yīng)爐安裝完成后，要測定恒溫區(qū)，使?fàn)t膛內(nèi)1100℃±5℃的恒溫區(qū)的長度不小于150mm。在現(xiàn)在市場上各廠家的設(shè)備均是設(shè)計(jì)后加工成型，爐體的內(nèi)外結(jié)構(gòu)及材料一經(jīng)選用后基本不可變化，所以用戶購買了此設(shè)備直到調(diào)試完成，沒有哪個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)商做恒溫區(qū)的測定工作，即便說測定了若發(fā)現(xiàn)恒溫區(qū)不夠也無法再更改，所以這個(gè)恒溫區(qū)事實(shí)是設(shè)計(jì)階段決定的。那么這個(gè)恒溫區(qū)的長度是否合格一般的用戶現(xiàn)場無法知道，這只能由廠家的技術(shù)能力和誠信度來決定了。同時(shí)這里也嚴(yán)重指出，很多用戶似乎從未關(guān)注過這個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，這也是用戶非常大的漏洞。那么這個(gè)恒溫區(qū)與哪些因素有關(guān)呢？
恒溫區(qū)涉及到了爐體整體結(jié)構(gòu)、爐膛內(nèi)部的保溫材料、爐膛管是何種結(jié)構(gòu)、內(nèi)部發(fā)熱元件的結(jié)構(gòu)形式、爐膛內(nèi)動(dòng)態(tài)熱平衡等很多因素。
現(xiàn)產(chǎn)品中存在以硅碳棒作為加熱的方式，因?yàn)楣杼及艟哂袎勖L，工作穩(wěn)定，易更換等優(yōu)點(diǎn)。另一種加熱元件就是比較傳統(tǒng)的電阻絲加熱方式，對于硅碳棒一般都是按爐體的圓周方向等間距排列6根或8根采用單相（220V）供電，硅碳棒能在反應(yīng)管的外部垂直方向形成好的恒溫段，但在水平圓周方向因棒間距的存在，必然在圓周方向上形成波浪形的溫度場，那么可見這種形式的加熱時(shí)的恒溫區(qū)難以得到。而電阻絲因?yàn)槭敲芾@方式，所以在水平與垂直方向都會(huì)形成較好的溫度場，但因電阻絲外部一般都放置爐磚或其他所謂改進(jìn)的爐磚的結(jié)構(gòu)，使在高溫下爐磚變形膨脹導(dǎo)致爐磚間的縫隙加大，這使?fàn)t體內(nèi)由底部到上部形成強(qiáng)烈的熱對流，從而垂直方向上無法得到足夠長度的恒溫區(qū)。
經(jīng)過現(xiàn)場大量的經(jīng)驗(yàn)積累及對幾種廠家及一定數(shù)量的爐體內(nèi)部恒溫區(qū)的測試（水平圓周方向+垂直方向）硅碳棒加熱形式大部分是水平圓周方向存在波浪形溫度場，極個(gè)別的存在垂直方向也沒有符合標(biāo)準(zhǔn)的恒溫區(qū)（爐體垂直方向尺寸過短且爐體內(nèi)反應(yīng)管的上下兩頭散熱量太大等因素造成）。
對電阻絲爐膛測試得到的都是垂直方向沒有恒溫區(qū)，遺憾的是所有測試的設(shè)備均沒有合格的，最短的恒溫區(qū)僅30mm。
那么要想得到好的恒溫區(qū)：
對于硅碳棒結(jié)構(gòu)的加熱方式，無非就是增加圓周方向棒的排列密度，同時(shí)還要考慮在圓周方向上如何將每只棒的發(fā)熱能快速的在圓周方向上自動(dòng)均勻，避免出現(xiàn)波浪型溫度場。
對于電阻絲結(jié)構(gòu)的加熱方式，在爐絲管外部采用密實(shí)的保溫材料，不可以采用溫度膨脹系數(shù)大的爐磚或類似材料，即便采用其他形式的爐磚若沒有解決高溫膨脹所產(chǎn)生的間隙而仍然存在熱對流，恒溫區(qū)是無法得到的。
2、1100℃的恒溫控制是非常重要的，在恒溫控制過程中若溫度控制超差會(huì)使最終試驗(yàn)結(jié)果偏離真實(shí)結(jié)果，這樣的結(jié)果沒有實(shí)際意義。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定恒溫精度為±5℃,那么這里提示用戶的是，在假定其他因素都沒有變化的情況下,做如下試驗(yàn)：1100℃±5℃，兩次試驗(yàn)；1100℃±3℃兩次試驗(yàn)；1100℃±2℃兩次試驗(yàn),要求是同樣一種焦炭試樣進(jìn)行了6次試驗(yàn)，我們即可明顯的看到數(shù)據(jù)結(jié)果，溫度誤差越小的自然兩次結(jié)果的一致性越好，這顯而易見。而1100℃±5℃，兩次試驗(yàn)結(jié)果的一致性最差。所以1100℃時(shí)的恒溫精度當(dāng)然越高越好。
3、氣體流量，關(guān)于氣體流量是個(gè)簡單的問題，就因其簡單卻被容易忽視，當(dāng)升溫達(dá)到400℃時(shí)通N2進(jìn)行保護(hù)，這時(shí)若N2流量超過了國家標(biāo)準(zhǔn)沒關(guān)系，只要能保證焦炭不被燒損即可。但若N2流量不夠而導(dǎo)致焦炭燒損，那其后的試驗(yàn)已沒有意義。當(dāng)1100℃時(shí)穩(wěn)定10min后切換到通CO2進(jìn)行熱反應(yīng)，很多系統(tǒng)采用浮子流量計(jì)來對CO2進(jìn)行計(jì)量，因浮子流量計(jì)本身會(huì)受大氣濕度、壓力等因素影響，實(shí)際工作中計(jì)量精度無法考查， CO2流量的準(zhǔn)確度也就無法保證，CO2氣體流量即使不超差也同上面溫度精度差的性質(zhì)一樣，會(huì)使同一試樣多次試驗(yàn)的結(jié)果一致性差。現(xiàn)在已有此類設(shè)備采用了質(zhì)量流量計(jì)，這種新型流量計(jì)不受濕度、大氣壓變化的影響，是非常理想的計(jì)量元件。但質(zhì)量流量計(jì)的控制精度與其價(jià)格成指數(shù)關(guān)系，若選擇較高精度的質(zhì)量流量計(jì)與普通精度的價(jià)格差出幾倍所不止。
公元2009
撰文：SYD
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