《冶金实验技术和研究方法》实验课程指导书

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1、《冶金实验技术和研究方法》实验课程指导书综合实验实验室高温获得与测量技术实验目的实验方法实验工艺实验设备实验要求一．实验室常用电阻炉的制作1．实验室常用电阻炉的类型按炉子的结构形状分：（1）管式炉：其炉膛为长圆形管，这种炉子达到的温域较高，并且易于通入气体。有竖式或卧式。（2）箱式炉：炉膛为方形或长方形，如马弗炉。（3）坩埚炉：炉膛为半封闭的圆形或方形的内置坩埚。按炉子所使用的电热体分：可分为很多种，如铂铑丝炉、钼丝炉、硅碳棒（管）炉、二硅化钼炉、碳管炉等等。2．高温电阻炉的结构根据用途不同，实验室用的电阻炉有竖式或卧式管状炉、箱式炉、坩埚炉等。其基本构造大体一致。（1）炉壳一般情

2、况下炉壳成圆筒形，这样刚性好、散热表面小、焊缝少。一般采用碳素钢板或不锈钢板焊成。炉壳外经取决于工作区大小、炉温高低、耐火砖衬及绝热层厚度、炉壳要求的温度及工作管的直径。炉壳要满足强度要求，还要考虑其刚性及结构加工的要求，炉壳厚度计算中，一般要考虑可能发生爆炸的冲击应力。（2）电源引线电源引线结构形式很多，设计要点是：接线柱应与炉壳绝缘；接线柱应有足够的断面以保证电流密度不致过大，炉内引线应改成双股外穿绝缘珠；接触要好，接线柱水平布置，并离开炉壳一定距离，外设保护罩。（3）炉衬炉衬的主要作用是保护工作区的温度稳定，在满足温度要求的前提下，尽可能减轻砖衬的质量和所占空间，对砖衬强度的

3、要求不高。不少实验室用电阻炉炉衬是全部采用耐高温的绝热材料，效果良好。（4）其它为便于操作和维护，电炉都有炉架；热电偶一般固定在炉壳上并加密封；炉壳设接地螺丝；如需水冷进水设在下部，出水设在最高处；有的需加防爆孔，有的需设有窥视孔等。图1-4示出管式电阻丝炉结构。高温实验电阻炉制作手工制做电炉的方法。确定采用Cr25Al5铁铬铝丝，其直径d＝1.2mm，总长L＝25m，炉膛外径60mm，加热带长度400mm。设计将电热丝均匀绕在炉管发热带长度上，则可计算电热丝匝数n＝匝。式中为炉管外周长度，L为炉丝总长度。于是得到匝间距离(电热丝中心线间距离)式中H为加热带长度。粗略计算，便可在炉

4、管400mm发热带长度上，以匝间距3mm距离划上标记，以使布线均匀。将电热丝一头留出1m左右长度，将其对折绞纽在一起作为电极引线。取一小段同材质电热丝作为绑线，与上述双股引线后面的电热丝绞扭3—4扣，一起缠于炉管加热带始端，绕完一周后，用钳子钳住绑线两端，向上用力提拉并纽紧，这样才能扭牢而不易扭断。万一扭断绑线，可另换一支，而电热丝主体不受损害，这是这种固定方法的最大优点。电热丝在炉管上按匝间距绕好后，末端电热丝固定方法与始端相同，同样留出双股电极引线。对于炉子的不同使用方式(横式或竖式)或对温度场的特殊要求，可以调整电热丝匝间距离，上述的均匀缠绕，是一种最简单形式。炉丝绕好后，为

5、了避免匝间短路，一般用A1203(不含SiO2)粉调水(少加些淀粉)成糊状，涂在炉管外面，但不宜过厚，以免干裂脱落。涂层涂好后，先在空气中阴干，然后在烘箱烘干后便可装炉。炉壳可用薄钢板制做，为使保温均匀，形状以圆筒形为好。炉壳尺寸一殷都采用经验方法确定。对于1000℃以下的炉子，炉壳内可直接填充保温材料。而1000℃以上的炉子，则靠近电热体部分，应有一层耐火材料，其外层为保温材料。对于1200℃左右的电阻丝炉，耐火层厚度约为50—70mm，保温层厚度约为100—130mm。若加入的耐火、保温材料均为粉料，则在二层之间应使用耐火陶瓷管隔开，以免两种粉料掺混后在高温下发生造渣反应。炉管

6、与耐火保温材料装好后，两端电极引线用绝缘瓷珠套上，固定在炉壳的接线柱上，务使接触良好，否则会因接触电阻过大而烧毁。在接线处，尽量不使保温材料混入，以免引起接触不良。二接线柱不应距离太近，以防短路。为了降低炉壳温度，加强保温性能，通常在炉壳内壁衬以石棉板，将3.5mm厚石棉板用水润湿，慢慢卷成筒形衬在炉壳内，待其基本晾干后，再填充耐火保温材料。装好的电炉，应在300—400℃下通电烘干6—8小时，使其彻底干燥。在实际工作条件下，往往找不到与计算相适的电热丝尺寸，而实际有的电热丝尺寸可能与计算值稍有出入，此时为了尽量使用已有的电热丝，必须对设计中的电热丝尺寸与绕法进行某些调整。当然，使

7、用现有电热丝的种类，应符合工作温度与气氛的要求。由于电热丝的加工硬化，往往使缠绕发生困难，此时可事先进行退火处理。退火可直接通电加热，也可置于退火炉中处理。退火时应注意退火温度、时间与气氛。但Fe—Cr—Al电热丝不宜高温退火处理，因为高温处理会使晶粒长大而变脆。向炉管上缠绕电热丝时，应特别避免电热丝弯折和打结，这不仅容易折断，而且会产生应力，能导致局部电阻改变，缩短炉丝寿命。有些电热体不能在空气中直接使用，应满足其应有的工作气氛，否则电热体很快烧毁。例如钼丝炉，需要