冶金實(shí)驗(yàn)技術(shù)-5-高溫技術(shù)

2高溫技術(shù)冶金實(shí)驗(yàn)技術(shù)2.1獲得高溫方法鋼鐵冶金過程---高溫固體---液體：熔點(diǎn)高，高溫獲得高溫能源電力煤炭（固體）燃料油石油（液體）天然氣、煤氣（氣體）高溫設(shè)備（電力）：

1、感應(yīng)爐原理：在線圈中放一導(dǎo)體，當(dāng)線圈導(dǎo)通交流電時(shí)，在導(dǎo)體中便被感應(yīng)出電流，借助于導(dǎo)體的電阻而發(fā)熱。特點(diǎn)：溫度高，升溫快，易控制，是一種非接觸式的加熱裝置，能自動(dòng)攪拌。缺點(diǎn)：不能用于加熱非金屬和非磁性材料，加熱區(qū)間受感應(yīng)器容積大小的限制。種類：工頻50赫中頻150~10000赫高頻10~300千赫。2、電弧爐原理：利用電弧弧光為熱源加熱物體。用途：冶煉特殊鋼、合金鋼特點(diǎn)：用石墨作電極，電壓在500v，爐內(nèi)氣氛可以控制缺點(diǎn)：爐膛溫度不均勻，實(shí)驗(yàn)室不常用。陽極陰極3、等離子爐原理：用電弧放電加熱氣體。氣體分子在高溫區(qū)（5000K）

作用下離解為陽離子和自由電子成離子流，而后從噴嘴高速噴出，溫度可達(dá)10000K。

用途：噴涂、冶煉特點(diǎn)：溫度高，無碳污染

4、電阻爐原理：導(dǎo)體存在電阻，電流流過時(shí)產(chǎn)生焦?fàn)枱帷?/p>

I=V/RQ=I2R

特點(diǎn)：成本低，設(shè)備簡單。溫度易于控制。用途：實(shí)驗(yàn)室做各種實(shí)驗(yàn)。種類：鉬絲爐，鉑金絲爐，鐵鉻鋁電阻絲，碳化硅爐等等2.2電熱體種類及使用性能電熱體電阻爐的發(fā)熱元件金屬電熱體非金屬電熱體1、金屬電熱體（1）Fe-Cr-Al合金電熱體特點(diǎn)：抗氧化（Cr2O3膜），電阻大（合金）、易加工、價(jià)格便宜使用條件：氣氛：空氣使用溫度Tmax<=1100℃缺點(diǎn):高溫使用后,變脆--高溫用過的Fe-Cr-Al合金電熱體不要拉伸或彎曲,

不易在還原氣氛中使用（還原氣氛破壞Cr2O3膜）（2）Pt、Pt-Rh電熱體特點(diǎn)：易加工，使用溫度高、鉑的熔點(diǎn)1769℃Pt-Rh與Pt相比，TPt-Rh〉TPt

隨Rh增加TPt-Rh增加。使用條件：氣氛，空氣，不易在含H或CO的氣氛中使用（中毒）溫度：TPt<=1500℃

TPt-Rh<=1600℃缺點(diǎn):價(jià)格昂貴,不易制造大型電爐

(3)Mo、W電熱體特點(diǎn)

：Mo的加工性能好，價(jià)格便宜，電阻溫度系數(shù)較大，在升溫過程中元件的功率變化大，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整，鉬的熔點(diǎn)2160℃。使用條件：氣氛--H2、惰性氣體（Ar、He）、真空使用溫度Tmax<=2100℃,廣泛用作獲得1600~1700℃高溫采用鎢電熱體可獲得2000℃以上的高溫。缺點(diǎn)：鉬在高溫下極易氧化生成MoO3而揮發(fā)。2、非金屬電熱體（1）碳化硅（SiC）形狀棒狀：硅碳棒管狀：單螺紋、雙螺紋特點(diǎn)：SiC耐急冷急熱性好，高溫下不易變形。電阻溫度系數(shù)隨著溫度變化，850℃時(shí)電阻系數(shù)最小，低于850℃時(shí)電阻系數(shù)隨表面溫度增加而降低，高于850℃時(shí)電阻系數(shù)隨表面溫度增加而增加。使用溫度：1200~1450℃使用氣氛：空氣或CO氣氛，不易在真空條件下或H2氣中使用。（2）二硅化鉬（MoSi2）形狀：U形，特點(diǎn)：脆--垂直使用，安裝應(yīng)小心MoSi2電阻率小，供電需配低壓大電流變壓器較高的抗氧化性：電熱體表面--Mo氧化為MoO3--揮發(fā)

>1000℃高溫下:SiO2膜生成，阻止Mo氧化。不易在500℃-700℃空氣中使用，此溫度下Mo被大量氧化而又形不成

SiO2保護(hù)膜。使用溫度：800-1600℃，Tmax<=1700℃使用氣氛：空氣。不易在真空中、還原氣氛中使用。(3)碳系電熱元件形狀：管狀、板狀特點(diǎn):使用溫度高，價(jià)格便宜，電阻溫度系數(shù)小，故需低壓大電流變壓器耐熱沖擊能力高，抗氧化能力差。使用溫度1700~2200℃使用氣氛：真空或中性氣氛

2.3電阻爐設(shè)計(jì)與制作1、電熱體種類選擇原則最高工作溫度：爐膛最高工作溫度低于電熱體最高使用溫度100℃爐內(nèi)工作氣氛，加工性能、來源、價(jià)格。2、電阻爐的功率計(jì)算按熱負(fù)荷計(jì)算電功率PP=KQ總

/3598K--功率儲(chǔ)備系數(shù)

3598--熱功當(dāng)量，即3598kJ/h相當(dāng)于1kwQ總--爐子最大熱負(fù)荷，根據(jù)熱平衡求得按爐膛面積計(jì)算電功率P管狀電阻爐：不同溫度下每100m2爐管內(nèi)表面所需功率如表。箱式電阻爐：P=K*FkwK--爐膛內(nèi)單位表面所需功率，kw/m2

F---爐膛內(nèi)壁總表面m2K經(jīng)驗(yàn)值：爐膛溫度40075010001200K4~76~1010~1515~20例一爐管尺寸為Ф50，最高使用溫度1000℃，爐體中等保溫，加熱帶長度400mm，求爐子所需功率。根據(jù)最高工作溫度確定電熱體為F-C-A

在1000℃，每100cm2爐管面積所需功率為190w

因此加熱面積s=3.14*5*40=628cm2

爐子功率p=190*628/100=1.2kw3、電熱體的總電流和總電阻

I=P/UU---供電電壓VR=U/I=U2/P

當(dāng)供電電壓一定，電熱體電阻增加，其功率降低。4、線狀電熱元件尺寸計(jì)算（鉬絲、鐵鉻鋁等）直徑d（mm）P42頁式2-9長度L（m）式2-10驗(yàn)算表面負(fù)荷：W實(shí)際=P*1000/（3。14*d*L）<=W允許5、電熱絲的纏繞原則：高溫區(qū)恒溫帶盡可能長，嚴(yán)防電熱絲短路實(shí)施：兩端間隔密，中間間距稍大一些。6、電阻爐使用前的準(zhǔn)備（1）水冷裝置（2）氣氛控制（3）溫度場標(biāo)定（4）烘爐2.4溫度測量技術(shù)常用測溫?zé)犭娕嫉奶匦詿犭娕嫉氖褂谜_選用適合使用溫度范圍與氣氛的熱電偶熱電偶焊接——鹽水電弧焊校驗(yàn)——與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶比較冷端處理：計(jì)算法E實(shí)際=E測+E環(huán)境冷端恒溫法辦（冰+水）補(bǔ)償電阻（銅電阻）補(bǔ)償導(dǎo)線——不同熱電偶選不同補(bǔ)償導(dǎo)線。正確選用測量儀表電位差計(jì)——精度高、速度慢、手動(dòng)操作，逐步被淘汰數(shù)字電壓表——精度高、阻抗高，數(shù)字顯示電壓值電子式自動(dòng)平衡記錄儀——可記錄，精度低動(dòng)圈式儀表——應(yīng)與熱電偶匹配，精度低。數(shù)字溫度表——直觀顯示，精度高，現(xiàn)發(fā)展為可編程式溫度儀。光學(xué)高溫計(jì)輻射能與溫度的函數(shù)關(guān)系式：1、維恩公式——描述絕對黑體輻射能譜分布的公式。

Io（l）=c1l-5exp（-c2/lT）

(1)

式中：

Io（l）——絕對黑體的輻射強(qiáng)度w/cm3

l——波長、厘米

c1=1.19*10-12w.cm3c2=1.438cm.K2、普朗克公式：

E0（l）=c1*l-5（exp（c2/lT）-1）-1（2）當(dāng)lT<=c2時(shí)，即為維恩公式由（1）（2）式看出：如果保持波長一定，輻射強(qiáng)度就只是溫度的單一函數(shù)由于物體并非絕對黑體，則：

EB（l）=e（l，T）E0（l）=e（l，T）c1*l-5exp（-c2/lT）（3）

方程（1）（2）（3）是亮度高溫計(jì)的理論基礎(chǔ)。即：E0（l）=f（T）根據(jù)物體亮度的大小判斷物體的溫度。

3、比色高溫計(jì)：

R（T）=E0（l2）/E0（l1）=e（l2，T）/e（l1，T）

=

（l2/l1）-5exp[c2/T（1/l1-1/l2）]

正確選擇

l1，

l2是至關(guān)重要的。4、比色高溫原理塊圖：測光器濾波片光電元件差分放大處理機(jī)顯示儀表5、特點(diǎn)：靈敏度高，精度