冶金实验技术-5-高温技术课件

1、 2 高温技术冶金实验技术2.1 获得高温方法 钢铁冶金过程-高温 固体-液体：熔点高，高温 获得高温能源 电力 煤炭 （固体） 燃料 油 石油 （液体） 天然气、煤气 （气体） 高温设备 （电力）： 1、感应炉 原理：在线圈中放一导体，当线圈导通交流电时，在导 体中便被感应出电流，借助于导体的电阻而发热。 特点： 温度高，升温快，易控制，是一种非接触式的加 热装置，能自动搅拌。 缺点： 不能用于加热非金属和非磁性材料，加热区间受 感应器容积大小的限制。 种类： 工频 50赫 中频 15010000 赫 高频 10300千赫。2、电弧炉 原理：利用电弧弧光为热源加热物体。 用途：冶炼特殊钢、合

2、金钢 特点：用石墨作电极，电压在500v，炉内气氛可以控制 缺点：炉膛温度不均匀，实验室不常用。阳极阴极3、等离子炉 原理：用电弧放电加热气体。气体分子在高温区（5000K） 作用下离解为阳离子和自由电子成离子流，而后从 喷嘴高速喷出，温度可达10000K。 用途：喷涂、冶炼 特点：温度高，无碳污染 4、电阻炉 原理：导体存在电阻，电流流过时产生焦尔热。 I=V/ R Q=I2R 特点：成本低，设备简单。温度易于控制。 用途：实验室做各种实验。 种类：钼丝炉，铂金丝炉，铁铬铝电阻丝， 碳化硅炉等等2.2 电热体种类 及使用性能 电热体 电阻炉的发热元件 金属电热体 非金属电热体1、金属电热体（

3、1） Fe-Cr-Al合金电热体n特点 ：抗氧化（Cr2O3膜），电阻大（合金）、易加工、价格便宜 n使用条件：气氛：空气 使用温度Tmax=1100 n缺点: 高温使用后,变脆-高温用过的 Fe-Cr-Al合金电热体不要拉伸或弯曲, 不易在还原气氛中使用（还原气氛破坏 Cr2O3膜） （2）Pt、Pt-Rh电热体n特点：易加工，使用温度高、铂的熔点1769 Pt-Rh与Pt相比，T Pt-Rh T Pt 随Rh增加T Pt-Rh增加。n使用条件：气氛，空气，不易在含H或CO的气氛中使用（中毒） 温度： T Pt =1500 T Pt-Rh =1600 n缺点:价格昂贵,不易制造大型电炉 (3

4、) Mo、W电热体n特点 ：Mo的加工性能好，价格便宜，电阻温度系数较大，在升温过程中 元件的功率变化大，应随时调整，钼的熔点2160 。n使用条件：气氛-H2、惰性气体（Ar、He）、真空 使用温度 Tmax 1000 高温下 : SiO2膜生成，阻止Mo氧化。n不易在500 -700 空气中使用，此温度下Mo被大量氧化而又形不成 SiO2保护膜。n使用温度：800-1600，Tmax =1700 n使用气氛：空气。不易在真空中、还原气氛中使用。(3) 碳系电热元件n形状：管状、板状n特点:使用温度高，价格便宜，电阻温度系数小，故需低压大电流变压器 耐热冲击能力高，抗氧化能力差。n使用温度

5、17002200 n使用气氛：真空或中性气氛 2.3 电阻炉设计与制作1、电热体种类选择原则n最高工作温度：炉膛最高工作温度低于电热体最高使用温度100 n炉内工作气氛，n加工性能、来源、价格。2、电阻炉的功率计算n按热负荷计算电功率P P=KQ总 / 3598 K-功率储备系数 3598-热功当量，即3598kJ/h相当于1kw Q总-炉子最大热负荷，根据热平衡求得n按炉膛面积计算电功率Pn管状电阻炉：不同温度下 每100m2炉管内表面所需功率如表。n箱式电阻炉：P=K* F kw K-炉膛内单位表面所需功率，kw/ m2 F-炉膛内壁总表面 m2K经验值：炉膛温度 400 750 1000

6、 1200 K 47 610 1015 1520温 度 30040050060070080090010001100功 率 w20406080100130160190220温 度 120013001400150016001700180019002000功 率 w260300350400450510570630700 例 一炉管尺寸为50，最高使用温度1000，炉体中等保温，加热带长度400mm，求炉子所需功率。 根据最高工作温度确定电热体为F-C-A 在1000，每100cm2炉管面积所需功率为190w 因此 加热面积 s=3.14*5*40=628 cm2 炉子功率 p=190*628/100

7、=1.2 kw3、电热体的总电流和总电阻 I =P / U U-供电电压 V R=U / I=U2 / P 当供电电压一定，电热体电阻增加，其功率降低。4、线状电热元件尺寸计算（钼丝、铁铬铝等）n直径d（mm） P42页 式2-9n长度L（m） 式2-10n验算表面负荷： W 实际=P*1000/（3。14*d*L）=W允许5、电热丝的缠绕 原则：高温区恒温带尽可能长，严防电热丝短路 实施：两端间隔密，中间间距稍大一些。6、电阻炉使用前的准备 （1）水冷装置（2）气氛控制（3）温度场标定（4）烘炉2.4 温度测量技术n常用测温热电偶的特性 抗气氛能力 种类测温极限 极限温度下电势 mv氧化 还

8、原补偿导线NiCr-NiAl 1300 45好不好Cr/AlPt-PtRh13% 1650 16很好很不好Cu/CuNi2%PtRh5%-PtRh20% 1700 9很好很不好钨铼 1800 26不好好n热电偶的使用w正确选用适合使用温度范围与气氛的热电偶w热电偶焊接盐水电弧焊w校验与标准热电偶比较w冷端处理：n计算法 E 实际=E测+E环境n冷端恒温法办（冰+水）n补偿电阻（铜电阻）n补偿导线不同热电偶选不同补偿导线。w正确选用测量仪表n电位差计精度高、速度慢、手动操作，逐步被淘汰n数字电压表精度高、阻抗高，数字显示电压值n电子式自动平衡记录仪可记录，精度低n动圈式仪表应与热电偶匹配，精度低

9、。n数字温度表直观显示，精度高，现发展为可编程式温度仪。n光学高温计w辐射能与温度的函数关系式：w1、维恩公式描述绝对黑体辐射能谱分布的公式。 I o（l）=c1l-5 exp（-c2/lT） (1) 式中： I o（l）绝对黑体的辐射强度 w/cm3 l 波长、厘米 c1=1.19*10-12w. cm3 c2=1.438cm . Kw2、普朗克公式： E0（l）= c1*l-5（exp（c2/lT）-1）-1 （2） 当lT=c2时，即为维恩公式 由（1）（2）式看出：如果保持波长一定，辐射强度就只是温度的单一函数由于物体并非绝对黑体，则： E B（l）= e（l，T） E0（l）= e（

10、l，T） c1*l-5 exp（-c2/lT） （3） 方程（1）（2）（3）是亮度高温计的理论基础。 即： E0（l）=f（T） 根据物体亮度的大小判断物体的温度。 w3、比色高温计： R（T）= E0（l2）/ E0（l1） = e（l2，T）/e（l1，T） = （l2/l1）-5 expc2/ T（1/l1-1/l2） 正确选择 l1 ， l2 是至关重要的。n4、比色高温原理块图：测光器 滤波片 光电元件 差分放大 处理机 显示仪表w5、特点：n灵敏度高，精度高。n测量范围宽，测温范围在600-3000K之间。n测温距离大，测温距离在一米附近最佳，是非接触式测温。n所测温度为比色温度，不是实际温度。