耐火砖结构马弗炉

马弗炉（箱式炉）旧式指针式温控器改造为数显温控器 单位有许多使用多年的旧马弗炉，按常规应该进行更新换代了，可是由于数量较大，领导不愿意多花银子购买新的，所以一般都凑合着使用。其中有些马弗炉的炉体和炉膛都能正常使用，就是温控器（柜）太老了，绝大部分都是80年代的指针式温控仪表加接触器的控制系统，炉子控温精度和显示精度远不能满足实验室试验和生产工艺的要求。 为此本人对本单位大部分马弗炉进行了有效的技术改造，为了不增加过多的经济成本，针对不同级别的马弗炉进行了不同要求的技术改造。 本例介绍其中一种不太复杂，又经济实惠的技术改造实例，针对某马弗炉的具体情况，根据技术要求所进行的技术改造，一、马弗炉情况及相关技术参数1，马弗炉（箱式炉）外观图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/09/201109302129_320493_1841897_3.jpg正面图，可以看出箱体维护不错，整体看上去还不算太陈旧。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/09/201109302130_320494_1841897_3.jpg侧面图（炉门打开状态），炉门活动自如，炉膛耐火砖也良好，无明显裂纹和破损。

买的是某国产的品牌，最高温度是1300度，硅碳棒加热，价格应该是一万多块吧，买的时候选的是耐火砖炉膛（说明书上也是），但实际看到的并不是我认为传统的砖红色的，而是白白的，加热程序升温1200度，加热样品是类似陶瓷的材料，不会有任何腐蚀性，加热控温都是好的，等到温度降到200度以下，打开一看，惊呆了：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/09/201509071843_564891_1640192_3.jpg照片里看不到我的烧的东西，因为塌掉的炉膛冷却下来非常硬地聚在一起，埋在里面取不出来。里面有个弯曲的白色的应该是炉膛的内壁，炉门原来是白色的，现在估计白色的都挥发了吧，露出的材料跟里面塌下来的炉膛是一样的。新买的在保修期的，厂家说这个情况只能返厂修，好不容易抬到门口让物流公司运到昆山了。一个星期了，人家说工程比较大，修起来需要时间，也没给时间表，到了这个地步，再着急也没办法。虽然以前觉得XX也不是个杂牌公司，马弗炉也不是什么高科技产品，现在的造成这个状况，我也只能说自己too simple。现在我自己一直有疑问，这个材料到底对不对？如果只是质量问题，还有补救的可能，如果材料不对，那再修应该也没啥意义吧

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[color=#990000]摘要：本文介绍国内耐火砖及其隔热性能测试技术现状，非常清楚的说明了印度航母锅炉爆炸的主要原因很可能就是我国民用耐火砖及其测试技术不过关。本文的另一个目的是借印度航母锅炉爆炸事故，使大家对高温隔热材料及其性能测试有一个清晰的认识和引以为戒，为今后选择合理的测试方法和手段提供参考。[/color][color=#990000]关键词：印度航母、锅炉爆炸、耐火砖、隔热性能、导热系数[/color][align=center][color=#990000][img=,631,395]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905292206432395_9347_3384_3.jpg!w631x395.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][color=#990000]1. 引言[/color][/b] 前几年，印度从俄罗斯引进的航母发生了大范围的锅炉爆炸事故，造成人员和设施的重大损失，印度和俄罗斯这两个欢喜冤家由此打起口水仗。印度抱怨俄国航母制造技术不过关，俄国指责印度航母使用技术不到位，挣来吵去相互推卸责任，最终把问题责任归结到用于航母锅炉隔热的“中国耐火砖”上，似乎是先进的俄罗斯制造技术加上印度高超航母使用技术被中国落后的耐火砖脱了后腿。 尽管我们看不到印俄两国针对航母锅炉耐火砖隔热性能上做出的分析报告，但可以从国内耐火砖及其隔热性能测试技术现状进行分析，同样可以得出问题确实出在中国耐火砖上的结论。 本文介绍国内耐火砖及其隔热性能测试技术现状，非常清楚的说明了印度航母锅炉爆炸的主要原因很可能就是我国民用耐火砖及其测试技术不过关。本文的目的是借印度航母锅炉爆炸事故，使大家对高温隔热材料及其性能测试有一个清晰的认识和引以为戒，为今后选择合理的测试方法和手段提供参考。[color=#990000][b]2. 当前国内耐火砖和隔热性能测试水平[/b]2.1. 耐火砖材料水平[/color] 国内耐火砖和相应的高温隔热材料，多年来一直是饱受诟病的一类产品，由于使用温度不高（1200℃以下）和使用环境不是很苛刻，在工业领域的多年来国产耐火砖一直勉强能够使用，而考核一个国家耐火砖的最高水平就是看耐火砖是否能在航母锅炉上得到使用。 舰用锅炉在工作过程中，炉膛内最高温度超过1800℃，起热防护作用的耐火砖要在很小的厚度范围内，使迎火面1800℃的高温传到背火面时低于300℃，并且能抵抗住内部气流、火炮射击、导弹发射和大风浪航行形成的强烈振动和冲击，否则锅炉的钢铁外壳就可能发软变形，因此对耐火材料有很高要求。 在舰用耐火砖使用上，我们军工部门曾对国内外的耐火砖进行过详细的调研和考察，但国产耐火砖无一能达到使用要求。为了，海军工程大学杨自春教授带领的团队开展了多年艰苦研究，确定用新型陶瓷材料取代传统的耐火砖材料，在制造工艺上提出了“梯度密度”的概念，利用新技术、新工艺，做出的新型耐火陶瓷样品，大幅度提高产品的耐火和隔热性能。成品在国产驱逐舰上的实验中不断改进，最后奇迹般的超过进口产品耐火度的2倍，而成本仅有进口产品的1/6。这不能不说是个奇迹，一举解决了国产武器的巨大问题缺陷。2017年1月9日，在北京人民大会堂举行的2016年度国家科学技术奖励大会上，杨自春教授凭借研制的“舰船新一代高温热防护材料和技术”荣膺国家科技进步奖二等奖。[color=#990000]2.2. 高温隔热性能测试水平[/color] 高温热防护材料的另一项核心技术就是隔热性能测试技术。到目前为止国内耐火材料隔热性能测试标准还是冶金行业标准YB/T 4130-2005“耐火材料导热系数试验方法（水流量平板法）”。此标准借鉴了美国ASTM C201“耐火材料导热性的标准测试方法”和英国BS 1902-505“耐火材料导热系数标准测试方法（平板/水量热计法）”，并从技术难度和制造成本考虑，此标准还大幅度简化了上述英美标准测试方法，因此按照YB/T 4130-2005标准执行的相应测试设备在实际测试中存在以下严重问题： （1）英美标准测试方法的导热系数测试范围为0.05~28W/mK，YB/T 4130标准中标称的范围为0.03~2W/mK。尽管YB/T 4130标称可以对隔热材料导热系数低至0.03W/mK进行测试，但大量应用证明YB/T 4130只能勉强测试大于0.5W/mK的导热系数，对小于0.5W/mK的导热系数测试误差极大。 （2）国内很多耐火材料和隔热材料权威检测机构采用执行YB/T 4130标准的高温导热仪进行的大量测试证明，YB/T 4130标准导热仪测试的导热系数值普遍大幅度偏低，也就是会将普通隔热性能的材料测试出优良隔热性能的超低导热系数结果，这往往会误导隔热材料设计和使用单位。 鉴于国内在高温隔热性能测试技术上存在的严重问题，国内军工系统为了满足军工产品的需求，分别开展下以下两方面的研究并获得了满意的结果： （1）为了对舰用高温热防护材料进行隔热性能评价，海军工程大学杨自春教授带领的团队曾采用过YB/T 4130标准和相应设备进行过测试考核，但同样发现测试结果误差大、导热系数大幅度偏低的严重问题。为此，杨自春团队自行开发的高温测试方法和设备，尽管没有任何文献报道，不知具体采用什么方法，但在以往会议交流过程中杨自春教授称已经圆满解决了这个测试难题。 （2）我们航天系统涉及到大量高等级高温隔热材料的使用，需要准确测量不同温度、不同真空度和不同气氛下的隔热材料导热系数，以了解空间环境和星际环境下材料的隔热性能。为此，我国航天系统不惜重金引进过3~4套德国耐驰公司的防护热板法高温导热仪，但由于耐驰公司的防护热板法高温导热仪最高温度只能达到700℃，而且还经常发生高温故障，所以目前常用的最高温度仅为500多度。同样，航天系统也采用过YB/T 4130标准和相应设备，同样出现测试结果太离谱的现象。为真正解决更高温度的导热系数准确测量，中国飞机强度研究所、哈工大和航天材料工艺研究所分别采用热流计法和非稳态阶跃式平面热源法研制了高达1500℃的真空型高温导热仪，上海依阳实业有限公司根据热流计法研制生产了最高温度1000℃的高温导热仪。这些设备的研制和应用，很好的解决了航天系统高温隔热材料的测试评价难题。[color=#990000][b]3. 印度航母锅炉爆炸事故中耐火砖问题分析[/b][/color] 综上所述，我国耐火砖造成了印度航母锅炉爆炸事故，我们分析主要原因如下： （1）海军工程大学杨自春教授带领的团队研制生产的舰用高温热防护材料已经非常成熟，并成功替代进口耐火砖在舰船中得到了应用。我国这些军工系统的高温热防护材料目前根本就没有转为民用和扩散到社会上，因此更不可能还销售给印度军方，因此印度军方得到的中国耐火材料只能是廉价低性能的民用耐火砖产品。 （2）国产民用耐火材料一般都会经过国内耐火材料权威机构进行检测，能进行高温耐火材料检测的国内民用产品权威检测机构无一例外采用的都是YB/T 4130标准和相应导热仪，对国内民用耐火砖的导热系数测试结果一定会远低于实际导热系数，出具的检测报告自然会满足航母锅炉隔热性能的要求。但自从印度航母锅炉爆炸事故后，国内个别权威检测机构已经不再采用YB/T 4130标准和相应导热仪出具导热系数低于0.03W/mK的检测报告，以避免不必要的风险和责任。 （3）一般来说，按照军工配套产品的订购管理规程，所订购材料除了需要生产厂家出具材料性能检测报告之外，还需要订购机构或第三方进行验证检测。也就是说印度军方订购了中国耐火砖后，除了中国耐火砖厂家出具中国权威结构的检测报告外，还需要在印度国内进行第三方验证检测。但从我们查到的相关资料可以看出，印度直到2017年才仿制完成德国耐驰的防护热板法高温导热仪，但测试温度范围仅为50~300℃。由此可见，在印度军方当年进口中国耐火砖时，要么没有进行印度国内的第三方测试，要么印度国内第三方测试与中国国内测试一样存在问题。 （4）印度航母锅炉爆炸后，印度，特别是俄罗斯一定会对锅炉耐火砖进行全面检测，检测结果一定差于设计指标要求，由此印度和俄罗斯会认定中国耐火砖存在问题而造成锅炉爆炸。 总之，如果印度航母锅炉使用了从中国引进的耐火砖，那一定是中国民用级别的耐火砖，而错误的导热系数测试结果一定很低并在纸面上满足航母锅炉的高温隔热要求，这才误导印度军方将这些品质较低的中国耐火砖堂而皇之的使用在航母锅炉上，使得这些“物美价廉”的耐火砖给印度航母带来了灾难。[color=#990000][b]4. 总结[/b][/color] 本文仅从高温隔热材料的隔热性能角度分析印度航母锅炉爆炸的原因，也有可能其他性能对锅炉用高温隔热材料带来严重影响。本文希望通过印度航母锅炉爆炸事故来展现目前国内耐火材料及其隔热性能测试技术方面存在的严重问题，以使印度航母锅炉爆炸事故能为我们提供更好的警示作用。 本文的另一个重点是说明目前国内采用的YB/T 4130标准和相应导热仪，由于YB/T 4130标准在照搬国外标准过程中过于简化，获得的导热系数测试数据基本都是错误的，测试的导热系数严重偏低，因此在使用YB/T 4130标准和相应导热仪时要十分谨慎。有关简化国外标准带来的误差影响将专文进行分析。[color=#990000][b]5. 参考文献[/b][/color]（1）YB/T 4130-2005耐火材料导热系数试验方法（水流量平板法）（2）ASTM C201-93（2019）Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories.（3）BSI - BS 1902-5.5 Methods of testing Refractory materials - Part 5: Refractory and thermal properties - Section 5.5 Determination of thermal conductivity (panel/calorimeter method) (method 1902-505).（4）秦强, 蒋军亮, 王琦, et al. 大温差测试条件下热防护材料高温导热系数试验方法. 科学技术与工程, 2014, 14(35):56-60.（5）解维华, 张博明, 杜善义, et al. 高温绝热毡有效热导率的理论分析与实验研究. 材料研究学报, 2006, 20(6).（6）杨景兴, 何凤梅, 陈聪慧, et al. 高温长时使用隔热材料热导率评价. 复合材料学报, 2013(s1):279-282.（7）高温热流计法导热仪（TC-HFM-1000）：上海依阳实业有限公司；http://www.eyoungindustry.com/2011/1122/7.html（8）Reddy K S, Jayachandran S. Investigations on design and construction of a square guarded hot plate (SGHP) apparatus for thermal conductivity measurement of insulation materials. International Journal of Thermal Sciences, 2017, 120: 136-147.[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]

实验室有一台马弗炉，有些年头了，炉膛是很厚的耐火砖。（图中仪器重新喷过银漆）。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112202200_339784_1827385_3.jpg原配的温控系统精度不高，调节是旋钮式，显示是指针式的。而且设定500度能差个30度，温度波动也很大。正负十几度，检定的数据很差。不过加热系统和温度测定都正常，因此考虑更换自动温度控制器。原控制系统是开关断续加热，即加热功率为0或100。当温度低于设定值，加热系统全功率加热，达到设定温度后就断开加热，由于热惯性，温度会继续冲高再回落，到设定温度之下后再周而复始。这样的温度曲线是很大的波峰和波谷交替出现。拟更换的温度控制器是PID专家自整定的，能够自动适应仪器和环境的具体情况，设定最佳的加热策略，实现精确控制。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112202202_339785_1827385_3.jpg购入新的控制器和控制柜，如果自己加工一个控制柜，费用还能进一步降低。将原马弗炉的温度探头数据线和电源连线接入新的控制器，改造即告完成。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112202203_339787_1827385_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112202204_339788_1827385_3.jpg重新开机，设定500度，开启控制器的自整定功能，让控制器与马弗炉进行匹配。一段时间后，自整定完成，优化后的程序自动存入。更换PID温度控制器后，温度设定可通过面板准确输入。利用温度偏差校正，500度仅相差不到1度，温度曲线基本上是一条直线，波动很小。改造前的检定数据：设备温度设定：600℃，温度显示：（580~594）℃。实际测量：温场温度：（557.0±9.3）℃温度偏差（中心点）：+30.0℃温度波动度（中心点）：±9.2℃改造后的检定数据：设备温度设定：550.0℃，温度显示：550.0℃。实际测量：温度偏差：+0.7℃温度波动度（中心点）：±0.6℃中心点实测情况：平均值549.3℃当然实际上如果差个3度5度，不调也可以了，500度差5度完全可以接受了。连控制器和控制柜，花费千余元，但是仪器的精度上了一个大台阶，本次改造达到了预期的目的。补充，回美丽版主：事实上，仅换温控仪才300-400左右，更便宜的或更贵的也有，选了个适中的。另外加了个小巧精致的控制柜，这个厂家要赚点钱的。如果利用现有材料加工一个控制柜，也是可以的，不过没这么美观大方。热电偶都是用的原来的，本来就是好的，没必要换。换了温控仪后，要通过计量检定才能使用。计量检定时，计量所用温度探头实测的温度，与温控仪显示温度之差，就是要调整的偏差，在温控仪设置中改一下就行，在检定时现场就改了。

[align=center][font='黑体'][size=29px]马弗炉维修记[/size][/font][/align][align=left][/align][align=left][font='仿宋'][size=21px]科室有台旧的马弗炉，因为出现加热故障，所以在角落蒙尘了两年。基层的区疾控想开展二氧化硅的测定，正好缺少一台马弗炉，于是我就考虑修好后送给他们。[/size][/font][/align][align=left][font='仿宋'][size=21px]马弗炉是分体的，由温控台和加热炉两部分组成。原理很简单，就是利用电阻发热。由于设备太陈旧，开关断掉了，测温探头掉在外面晃晃悠悠的，温控台和加热炉连接的电线有一段已经裸露，看着就非常危险，温控台上面的螺丝也锈死了拧不下来。科室同事都说太旧了，申请报废吧。我觉得仪器结构和原理比较简单，虽然年代久远，但不应该是大毛病，于是请了师傅过来帮忙维修。[/size][/font][/align][align=left][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231621106309_7074_4052563_3.png[/img][/align][align=left][font='仿宋'][size=21px]师傅很老练，用电动螺丝刀很快便打开控制器，不看不知道，一看吓一跳，里面电线老化严重，控制器内线路连接大部分都断开了。剪掉电线前段老化的线头，重新接好控制器内线路，又选取了一段看着还差不多的电线，连接温控器和加热炉；测温探头也接好装回加热炉；和加热板连接的电线也断了，接好后又套了一层耐高温管，防止温度过高烧毁电线；师傅又出去买了开关按钮接上。[/size][/font][/align][align=left][font='仿宋'][size=21px]一切就绪，我接通电源开机的时候，还有些担心，怕是硬件故障无法修复，当看到指示灯亮起，温度正常升高的时候，我露出了欣慰的笑容：设备能够正常使用了！[/size][/font][/align][align=left][font='仿宋'][size=21px]从马弗炉的维修过程，我也得到启示：实验室仪器设备，维修维护是很必要的。为了降低实验过程中仪器设备的故障率，提高仪器设备的可靠性，使仪器设备处于良好的状态，并增加其使用寿命，就需要实验室工作人员及时对仪器设备进行维护保养，只要维修过的仪器设备性能指标满足要求，就不能因为它旧了就弃之不用。近三年因为疫情原因，从国家财政到地方财政都非常紧张，我们也做好了过紧日子的准备，那么就从一台小小的马弗炉开始吧。[/size][/font][/align][align=left][/align][align=left][/align][align=left][/align]

[b]我是马弗炉工程师[/b][table=100%][tr][td][b]上午分享了自己的经验，今天继续分享一些自己经验，如果有不懂的，可以给我留言，我是马弗炉工程师[/b]马弗炉英文叫muffle furnance,muffle意思是包裹，覆盖。所以马弗炉又叫覆盖炉。一般来讲马弗炉的加热方式随着加热温度的不同而不同，一般常见的加热方式是电阻丝加热，硅碳棒加热 ，硅钼棒加热。加热温度可以到达1200℃，1500℃，1700℃。电阻丝的材质是高纯钼铬铁铝合金,掺钼的目的是增加耐腐蚀，常温下不受空气腐蚀，提高耐磨性，铬元素在地壳中含量位居第17位，提高抗氧化性，常规的加热丝能加热到温度1200度是极限，但是国外的像那博热的加热丝可以做到1400℃。硅碳棒和硅钼棒是中高温加热元件，加入钼的目的增加高温下的抗氧化性，如果加热到2000度，就要用石墨棒加热。这三种加热元件最高温度不宜太长时间，不要超过半个小时左右。如果恒定最高温，最高可以加热到1150℃，1450℃，1650℃，可以长期使用。我们公司有一个客户，做了一个实验，连续使用了一个月，中间没有间断，一个月后产品依然正常运行。所以来讲，产品加热时间问题可以放心。绝对能满足客户的要求。热电偶(thermal couuple）是一种检测温度的元件，热电偶依靠将温度信号转化成电压信号，从而可以读出来测量温度。常见的热电偶分为k，s，b型，这三种分别使用的温度由低到高1200.1500.1700.摄氏度。热电偶的质量高低直接影戏温度测量的准确性，如果数据测量不准确，将导致实验的失败，那么热电偶怎么才能测出来接近实际温度呢？第一，热电偶的位置要放在合适的位置，第二，热电偶质量过关。同一批次的热电偶质量可能也存在细微的误差，所以安装之前需要再次检验。如果测量温度与实际温度相差太大，首先考虑热电偶是否出了问题。比如热电偶接反了，会导致测量温度降低，不能测出实际温度。热电偶短路会导致测量不到温度，炉膛加测不到温度就会持续升温，直至吧炉膛烧坏，才会停止加热。[b]明天分享一些外国的产品，比如说那博热和赛默飞。[img=,200,267]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/03/201903281314331836_8990_3860607_3.jpg!w200x267.jpg[/img][/b][/td][/tr][/table]