低温高温获得技术学习教案

1、会计学1低温高温获得低温高温获得(hud)技术技术第一页，共159页。第1页/共159页第二页，共159页。第2页/共159页第三页，共159页。第3页/共159页第四页，共159页。连铸系统(xtng)浇钢图片第4页/共159页第五页，共159页。第5页/共159页第六页，共159页。第6页/共159页第七页，共159页。第7页/共159页第八页，共159页。第8页/共159页第九页，共159页。第9页/共159页第十页，共159页。第10页/共159页第十一页，共159页。加热。电加热是将电能转变成热能来加热钢液的。这种加热方式主要有电弧加热和感应加热。化学加热是利用放热反应产生的化学热来

2、加热钢液的。常用的方法有硅热法、铝热法和CO二次燃烧法。化学加热需吹入氧气，与硅、铝、CO反应，才能产生热量。第11页/共159页第十二页，共159页。2Al+3/2O2=Al2O3 HAl=1594752 J 氧化(ynghu)1%的铝时，钢液温度升高： H0吹入的1mol氧气温度升至1600所吸收的热量，H0=51748.85J/mol；Cp恒压热容，J/mol。 通过计算可知，若产生的热量全部被钢液吸收，则氧化1kg的铝，约使1t钢液的温度升高35。 RH-OB、RH-KTB、CAS-OB和IR-UT中，采用铝热法加热(ji r)钢液。 有顶枪吹氧的炉外精炼法，可利用CO燃烧提供热量补偿

3、。 铝氧化的反应(fnyng)和热效应计算第12页/共159页第十三页，共159页。钢水(gngshu)真空处理工艺示意图 第13页/共159页第十四页，共159页。钢包加热系统工艺示意图 第14页/共159页第十五页，共159页。第15页/共159页第十六页，共159页。大型(dxng)中间下料预焙槽简图1槽罩 2钢爪梁 3阳极 4电解质 5槽壳 6涂层 7铝 8阳极炭块 9阴极棒 10保温砖 11排烟装置 12氧化铝 13导杆 14夹板 15螺栓 16打壳和电式下料器 17氧化铝 18壳面 19边部砖 20边部保温砖 21结壳 22边部炭块 23密封圈 24钢壳第16页/共159页第十七页

4、，共159页。现代炼铜方法奥托昆普法传统熔炼方法鼓风炉熔炼方法反射炉熔炼方法电炉熔炼方法熔池熔炼方法漂浮熔炼方法诺兰达法瓦纽科夫法白银法 闪速熔炼法三菱法 基夫赛特法印柯法奥斯麦特法冰铜熔炼(rn lin)方法简介第17页/共159页第十八页，共159页。 从图2-35的Cu-Cu2O的二元系相图中可知，1423K下，铜液中Cu2O的饱和度为8.3%，相当于溶解氧0.92%。选择适当的熔剂使MeO造渣并及时除渣，以降低氧化物的活度。图2-35 Cu-Cu2O二元系相图第18页/共159页第十九页，共159页。 A点产物(819Ti) B点产物(872Ti) c点产物Ti 8283 O含量(质量

5、分数)上图是2127TiCO三元等温平衡图，这是从理论计算和实验得到(d do)的结果。第19页/共159页第二十页，共159页。n1炉壳；n2-镁砖内衬；n3一电极；n4一导电夹；n5-水冷炉顶；n6-烟气(yn q)管道；n7-料仓；n8电极升降机构；n9炉料供给管；n10一冷凝壳层；n11一熔渣；n12一排料口；n13一生铁第20页/共159页第二十一页，共159页。第21页/共159页第二十二页，共159页。金属(jnsh)热还原法制取稀土金属(jnsh)2REF3+ 3Ca =3CaF2+ 2RE一般的还原冶炼温度都在金属和渣的熔点以上50一100，并能调节控制冶炼设备(shbi)的

6、温度要达到1800，控温精度土10； 炉体真空达到10-5Pa。钙热还原(hun yun)稀土氯化物Ca +RECl3=CaCl2 +RE参加还原反应的氯化物熔点较氟化物的熔点低400600，第22页/共159页第二十三页，共159页。nn需要掌握的知识需要掌握的知识第23页/共159页第二十四页，共159页。获得(hud)高温场气体净化及气氛(qfn)控制合适(hsh)的坩埚熔体物性检测电热体的选择耐火及保温绝热温度测量及控制高温炉的设计制作第24页/共159页第二十五页，共159页。 2. 温场获得(hud)与测量2.1 低温场的获得(hud)2.2 实验室恒温的获得(hud)及应用2.3

7、 高温场的获得(hud) 2.4 温度测量与控制2.5 耐火及保温材料第25页/共159页第二十六页，共159页。1-4-4低温(dwn)场的获得4.1.1 常用低温液体4.1.2 获得(hud)低温的方法：液态氮：63K到室温液态氦：可以(ky)获得毫K级的超低温绝热膨胀节流过程低温液体减压4.1.4 低温的测量与控制稀释致冷及磁冷却4.1.3 冶金实验室中常用的获得低温的方法 1-4 温场获得与测量第26页/共159页第二十七页，共159页。4.1.3 冶金实验室中常用的获得低温(dwn)的方法(1) 冰盐共溶体系 例如：3份冰十1份NaCl(质量比)可以得到-20的温度 3份冰十3份Ca

8、Cl2(质量比) 可以得到-40 2份冰十1份浓HNO3可以得到-56(2) 干冰(gnbng)浴 干冰(gnbng)的升华温度为-78.3，用时常加一些惰性溶剂， 如丙酮、醇、氯仿等以便它的导热性更好些。(3) 液氮 氮气液化的温度是 -195.8，在科学实验中经常用到。(4) 液氦 液化温度为-268.95，可获得更低的温度。第27页/共159页第二十八页，共159页。4.1.4 低温的测量(cling)与控制(1) 蒸气(zhn q)压温度计 液体的蒸气(zhn q)压随温度而改变，因此，通过测量蒸气(zhn q)压 即可知道其温度。(2) 低温的控制有两种途径：恒温(hngwn)冷浴冰

9、水浴泥浴（不能用液氧）干冰浴低温恒温器第28页/共159页第二十九页，共159页。4.2 实验室恒温(hngwn)的获得及应用(1) 利用物质的相变点温度 液氮（-195.9）、干冰-丙酮（-78.5） 、冰（0）、沸点水（100）、沸点萘（218.0）、 Na2SO4.10H2O（32.38） 、沸点硫（444.6）等，处于相平衡时，温度恒定而构成一个恒温介质浴，将需要恒温的测定(cdng)对象置于该介质浴中，就可以获得一个高度稳定的恒温条件。(2) 利用电子调节系统 利用电子调节系统对加热器或致冷器的工作状态进行自动调节，使被控对象处于设定的温度之下。如恒温水浴、恒温油浴和恒温盐浴等都是常

10、用的控温方式。它通过电子继电器对加热器自动调节，来实现恒温目的。第29页/共159页第三十页，共159页。高温(gown)冶金实验高温(gown)场的获得气体净化及气氛(qfn)控制材料性能表征4.3 高温场的获得第30页/共159页第三十一页，共159页。高温(gown)场的获得 4.3 高温场的获得第31页/共159页第三十二页，共159页。4.3.1 高温(gown)场的获得方法n（1）获得高温的方法n 新能源（光、地热）等n（2）高温炉的具体要求n 足够高的温度及合适的气氛n 炉温便于测量及控制n 炉体简易灵活(ln hu)、便于制取n 炉膛易于密封和气氛调节电(高温(gown)炉)、

11、燃料、 4.3 高温场的获得电能 热能装置电能 热能装置第32页/共159页第三十三页，共159页。(电流通过导体受阻(shu z)产生热能)。第33页/共159页第三十四页，共159页。特点4.3 高温(gown)场的获得1.电阻炉第34页/共159页第三十五页，共159页。（1）炉壳电阻炉结构(jigu)（2）电源(dinyun)引线（3）炉衬4.3 高温场的获得第35页/共159页第三十六页，共159页。 图2-5 管式（立式(l sh)）电阻炉结构示意图1-炉盖2-绝缘(juyun)瓷珠3-接线柱4-接线柱保护(boh)罩5-电源导线6 电热体7-控温热电偶8-绝缘保温材料9-耐火管1

12、0-炉管11-接地螺丝12-炉架第36页/共159页第三十七页，共159页。4.3 高温(gown)场的获得 2.管式电阻炉结构第37页/共159页第三十八页，共159页。4.3 高温场的获得(hud) 2.管式电阻炉结构第38页/共159页第三十九页，共159页。4.3 高温(gown)场的获得 2.管式电阻炉结构第39页/共159页第四十页，共159页。要求4.3 高温(gown)场的获得 2.管式电阻炉结构第40页/共159页第四十一页，共159页。4.3 高温场的获得(hud) 2.管式电阻炉结构注意使用温度和气氛a.最高使用温度b.电阻系数和电阻温度系数 c.表面负荷及允许表面负荷第

13、41页/共159页第四十二页，共159页。4.3 高温场的获得(hud) 2.管式电阻炉结构第42页/共159页第四十三页，共159页。n式中式中 为电热元件在为电热元件在2020的电阻的电阻率；率；n为电阻温度系数，为电阻温度系数， -1 -1；n为电热元件的工作温度，为电热元件的工作温度，。2.管式电阻炉结构电热(dinr)元件的性能第43页/共159页第四十四页，共159页。2.管式电阻炉结构电热(dinr)元件的性能第44页/共159页第四十五页，共159页。() 铬镍合金和铁铬铝合金()纯金属(jnsh)电热体 钨、钼、钽（Mo、W、Ta）()铂和铂铑合金(hjn)(Pt, Pt-R

14、h) 铬镍合金:铬镍合金的产品塑性好,具有抗氮能力,电阻系数、 电阻温度系数、密度均较大。铁铬铝 电阻系数比铬镍合金高,电阻温度系数则较低密 合金: 度也低,耐热性能好,可以在氧化气氛下使用。()铬镍合金和铁铬铝合金的特点2.管式电阻炉结构电热元件分类第45页/共159页第四十六页，共159页。为何可以在氧化性气氛(qfn)中使用?温度(wnd)范围2.管式电阻炉结构电热元件分类第46页/共159页第四十七页，共159页。钼： 常 用 温 度 16001700 钨： 22002400 ,熔点(rngdin)3400钽：20002100 ，熔点2900高纯氢,氨分解气,无水酒精蒸汽,真空钼在氧化

15、气氛下生成氧化钼升华，易渗碳变脆，最高使用温度2500使 用 气 氛 真空、高纯氢气或惰性气体 真空和惰性保护气氛（注意：氮气中不能用)最高使用温度2200注意:不能处渗碳气氛中2.管式电阻炉结构电热元件分类第47页/共159页第四十八页，共159页。铂电热(dinr)体 优点，。能经受氧化气氛电阻系数小升温导热快电热性能稳定缺点不能经受还原性气氛及硅、铁、硫、碳元素的侵蚀价格十分昂贵2.管式电阻炉结构电热元件第48页/共159页第四十九页，共159页。2.管式电阻炉结构电热(dinr)元件第49页/共159页第五十页，共159页。在使用过程(guchng)中电阻率缓慢增大老化如何延长其使用寿

16、命?优点2.管式电阻炉结构电热元件第50页/共159页第五十一页，共159页。 适用(shyng)于空气，可用于氮气、惰性气体中;使用到1200 1650;没有“老化”现象,在空气中长时间使用而电阻 率不变 MoSi2特有(t yu)的优点注意:不能用于还原性气氛和真空中“MoSi2疫” 低温(500700 )空气中使用时，Mo被大量氧化，而又不能形成保护膜。MoSi2疫避免低温空气中使用为何MoSi2电热体可以在高温下，氧化性气氛中使用？在高温下，发热体表面生成MoO3挥发出去，从而在发热体表面形成致密的SiO2保护膜，阻止其进一步受到氧化。2.管式电阻炉结构电热元件第51页/共159页第五

17、十二页，共159页。以碳系发热体做热源的高温(gown)炉，常用温度18002200。最高使用温度可达36002.管式电阻炉结构电热元件第52页/共159页第五十三页，共159页。能在氧化气氛下长期使用，能在氧化气氛下长期使用，适合于高精度温度的自动化控适合于高精度温度的自动化控制，制，其炉温稳定度可在其炉温稳定度可在11之内。之内。优点(yudin)2.管式电阻炉结构电热元件第53页/共159页第五十四页，共159页。第54页/共159页第五十五页，共159页。炉:1501000HZ,广泛应用 c)高频感应炉:10300kHZ (逐渐被中频炉取代) d)真空感应炉:(感应圈,坩埚全部在密封炉

18、壳内) 4.3.2 其他高温(gown)炉简介a)工频感应炉:直接采用(ciyng)工业频率(50HZ)为电源常用感应炉第55页/共159页第五十六页，共159页。图2-2 悬浮(xunf)熔炼炉（感应炉） 4.3.2 其他(qt)高温炉简介无坩埚(gngu)熔炼炉高频圈通电产生一个磁场,导体试样在此高频磁场中由于感应作用,产生感应电流,同时产生一个与原磁场相反方向的磁场,从而产生斥力,使导体试样悬浮于空间,并得到加热.第56页/共159页第五十七页，共159页。第57页/共159页第五十八页，共159页。图2-3 等离子电弧炉1-等离子发生器2-炉顶密封(mfng)部分3-底部电极(dinj

19、)4-倾出口第58页/共159页第五十九页，共159页。图2-4 电子束重熔过程(guchng)示意图 电子束的加热(ji r)的原理 高速(o s)电子流轰 击被加热的金 属表面，将它 的动能转化成 热能，从而金 属被加热，融 化并流入冷铜 模内。电子束炉第59页/共159页第六十页，共159页。分类分类电弧炉电弧炉电子束炉电子束炉感应炉感应炉电阻丝炉电阻丝炉优点优点能量集中，能量集中，弧区温度很弧区温度很高。炉内气高。炉内气氛可控，灵氛可控，灵活性大。活性大。避免金属避免金属与耐火材与耐火材料接触可料接触可能产生的能产生的玷污玷污 。温度高、升温度高、升温快、易控温快、易控制，便于密制，便

20、于密封和气氛控封和气氛控制制设备简单、制设备简单、制作方便、温度作方便、温度分布及调节控分布及调节控制方便可靠，制方便可靠，炉内气氛易调炉内气氛易调节节缺点缺点不易获得均不易获得均匀的温度分匀的温度分布，不易控布，不易控温。温。不易获得不易获得均匀的温均匀的温度分布。度分布。不能用于加不能用于加热非金属和热非金属和非磁性材料非磁性材料加热样品数量加热样品数量受一定限制受一定限制第60页/共159页第六十一页，共159页。第61页/共159页第六十二页，共159页。4.4 温度(wnd)测量与控制 第62页/共159页第六十三页，共159页。1.温标(wnbio)？ 用来量度物体温度数值的标尺叫

21、温标。它规定了温度的读数起点(零点(ln din)和测量温度的基本单位。 Celsius定义(dngy)：在1atm下，水的冰点为0 ，沸点为100 ，用这两个固定点分度玻璃水银温度计100份，每份为1。第63页/共159页第六十四页，共159页。1)经验(jngyn)温标摄氏温标华氏温标2)国际温标 3)热力学温标4.4.1温标及温度的测量方法第64页/共159页第六十五页，共159页。(1)经验(jngyn)温标摄氏温标(sh sh wn bio):1740年摄氏（瑞典）在100kPa，把水的冰点定为0，水的沸点定为100。所用标准仪器是水银温度计。华氏温标：按照华氏温标，水的冰点为32，

22、沸点是212 。将冰点至沸点的温度段分成180等份。对应的每份温度为1华氏度，单位为，标准仪器亦是水银温度计。4.4.1温标及温度的测量方法第65页/共159页第六十六页，共159页。(2)国际(guj)温标目前(mqin)各国采用的是1990年国际温标国际温标是以一些纯物质的相平衡点(即定义固定点,见P142 表610)为基础建立起来,这些点的温度数值是给定的。4.4.1温标及温度的测量方法n到目前为止,还不可能用一种温度计复现整个温标,n所以,国际温标采用四种标准仪器分段复现热力学温标：n(1)0.655.0K,3He和4He蒸气压温度计；n(2)3.024.5561K, 3He和4He定

23、容气体温度计；n(3)13.8033K961.780C,铂电阻温度计；n(4)961.780C以上，光学或光电高温计。第66页/共159页第六十七页，共159页。第67页/共159页第六十八页，共159页。4.4.1温标(wnbio)及温度的测量方法(2)国际(guj)温标t90=T90-273.15 （2-1) (1)固定点总数较1968年国际实用温标IPTS-68(75)增加4个,变得更准确；(2)取消了水沸点,氧沸点等,增加氖,汞等三相点及镓等熔点及凝固点；(3)低温下限延伸至0.65K；(4)高温范围的铂铑10-铂热电偶,作为温标的标准仪器已被取消,代之为铂电阻温度计。第68页/共15

24、9页第六十九页，共159页。n是利用物体的热辐射或电磁性质来是利用物体的热辐射或电磁性质来测定物体的温度。测定物体的温度。第69页/共159页第七十页，共159页。2.温度(wnd)测量方法及测温仪器的分类2.4.1温标及温度的测量方法第70页/共159页第七十一页，共159页。否达到(d do)要求；(4)价格要低，寿命要长，维护使用方便。2.4.1温标(wnbio)及温度的测量方法第71页/共159页第七十二页，共159页。第72页/共159页第七十三页，共159页。钢铁冶金实验(shyn)研究中常用的测温计原理种类测量范围准确度膨胀水银有机液体双金属 -50650 -200200 -50

25、500 -0.12-15-0.55压力液体压力蒸汽压力-30600 -20350 -0.55-0.55电阻铂电阻热敏电阻-2601000 -50350 -0.015-0.35电势B/LL-01800 2 热辐射光电辐射比色2003000 1003000 1803000 110520520第73页/共159页第七十四页，共159页。第74页/共159页第七十五页，共159页。势记为EAB。热电偶就是利用这个原理测量温度。t1t0AAB12第75页/共159页第七十六页，共159页。t1t0AAB12a.“由一种均质导体组成的闭合回路，不论(bln)导体的截面、长度及各处的温度分布如何，都不产生热

26、电动势”。该定律说明，如果热电偶的两根热电极是由两种均质导体组成，那么(n me)，热电偶的热电动势仅与两接点温度有关，与热电极的温度分布无关。第76页/共159页第七十七页，共159页。若热电极为非均质导体，当它处于具有温度(wnd)梯度的温度(wnd)场时，将产生附加电势，如果此时仅从热电偶的热电动势大小来判断温度(wnd)的高低，就会引起误差。第77页/共159页第七十八页，共159页。b.中间(zhngjin)金属定律“在热电偶测温回路内，串联第三种导体，只要其两端温度相同，则热电偶所产生的热电动势与串联的中间金属无关”。 若把连接导线和显示仪表看作是串联的第三种金属，只要他们两端的温

27、度相同，就不影响热电偶 所产生的热电动势。第78页/共159页第七十九页，共159页。3-热电偶2-连接(linji)导线图2-7 由中间金属的热电偶回路(hul)示意图 （利用中间金属测量金属熔体温度） A B432+-t0t011-显示仪表4-金属熔体第79页/共159页第八十页，共159页。图2-8 由中间(zhngjin)金属的热电偶测温回路示意图(a)有中间(zhngjin)金属的热电偶测温回路示意图(b)利用中间金属测量金属熔体温度的示意图(c)利用第三种金属测量表面温度示意图第80页/共159页第八十一页，共159页。t1t0ABABtntnA,B-热电偶电极(dinj)A,B-

28、补偿导线或铜线用导线连接热电偶的测温回路示意图第81页/共159页第八十二页，共159页。参考(cnko)电极回路示意图EAB(t1,t0)= EAC (t1,t0)- EBC(t1,t0)第82页/共159页第八十三页，共159页。参考电极(dinj)回路示意图第83页/共159页第八十四页，共159页。a 直流电弧焊b.交流(jioli)电弧焊等 热电偶的校验 常用的是比较法，即用标准热电偶与被校热电偶进行比较修正。把两支热电偶的工作端捆扎在一起，放在温度均匀的高温炉中，冷端放在0的恒温器中，在各检定点比较两支热电偶的示值，而后画成对照曲线就可应用。检定时炉温控制要严格。此法操作简便，可以

29、用不同型号的热电偶作比较。第84页/共159页第八十五页，共159页。(3)热电偶的使用(shyng) ()冷端恒温(hngwn)法。最好把冷端恒定在0这样能与分度表 一致。一般是把冷端放在冰瓶里（或电子零点仪中)此方法方便，使用较多。有的把冷端放在热惰性大的恒温(hngwn)器中，而后作一次性补正就可以用了。第85页/共159页第八十六页，共159页。 ()采用(ciyng)补偿导线 一般测量仪表不宜安装在被测对象旁边，可以用补偿导线把热电势引到温度恒定或波动不大的地方。在一定的温度范围内，补偿导线的热电性能与热电偶的热电性能很接近，但它不能消除冷端温度不为的影响，因此仍然要进行补正。补偿导

30、线一般的使用温度为-20100 ，耐热型的为40200 。(3)热电偶的使用(shyng) 第86页/共159页第八十七页，共159页。补偿导线(doxin)的特点与作用第87页/共159页第八十八页，共159页。注意事项第88页/共159页第八十九页，共159页。5.热电偶的测温线路(xinl)串接热电势(dinsh)：E串=E1+E2+E3+En 并联热电势：第89页/共159页第九十页，共159页。6测量(cling)仪表 第90页/共159页第九十一页，共159页。测量仪表优点缺点电位差计,电桥精度最高,可作为标准仪器 要熟练的操作技术；2. 手动操作,速度慢。数字电压表1. 精度高,

31、可作为标准仪器；2. 不需要手动操作和熟练技术。1. 要维持高精度,需定期校验;通电后需要稳定时间。电子式自动平衡仪表显示机构的转矩大；用自动平衡法,精度高；可作为小量程仪表。结构复杂动圈式仪表1 与热电偶配用时不必用辅助电源；结构简单。1. 与热电偶匹配时要调正外接电阻；转矩小。带放大器的动圈式仪表不必调正外接电阻；转矩大。放大器需要电源。数字温度计可直接显示温度；不要求熟练技术。要保持精度应定期检验，注意使用环境。转换器 管温度范围，可得到统一信号；无可动部分，结构简单只是转换信号，不能直读温度； 需进行换算才能知道温度。6测量(cling)仪表 第91页/共159页第九十二页，共159页

32、。常用(chn yn)热电偶的性能与特点：P147热电势与温度呈简单的单值函数关系； 热电势和热电率要大，复制性要好；(3)良好的加工性能：良好的朔性和足够强的机械性能(4)其它性能:较高的熔点(以便在较大的温度区间工作)、 较低的蒸气压等.第92页/共159页第九十三页，共159页。常用(chn yn)热电偶常用(chn yn)热电偶中又分为标准化与非标准化热电偶第93页/共159页第九十四页，共159页。铂铑13铂热电偶(R型热电偶)这类热电偶的正极为含铑13%的铂铑合金，负极为纯铂。同S型相比(xin b)，它的电动势高15%左右，其他性能几乎完全相同。分度号为R。第94页/共159页第

33、九十五页，共159页。因两极(lingj)都为铂铑合金，又称双铂铑热电偶。镍铬镍硅(镍铝)热电偶(K型热电偶)正极为含铬10%的镍铬合金(hjn)，负极为含硅0.3%的镍硅合金(hjn)。特点是适用温度范围宽，高温下性能稳定，热电动势与温度的关系近似线性，价格便宜。目前用量最大的热电偶。适于在氧化性极惰性气氛中使用,分度号为K。第95页/共159页第九十六页，共159页。13.8033273.16K温度(wnd)国家基准固定点 H2 Ne O2 Ar Hg 第96页/共159页第九十七页，共159页。(0961.78)的温度国家(guji)基准水三相点273.16K(0.01)镓熔点(rngd

34、in)302.9146K(29.7646)铟凝固点429.7485K(156.5985)锡凝固点505.078K(231.928)锌凝固点692.677K(419.527)铝凝固点933.473K(660.323)银凝固点1234.93K(961.78) 第97页/共159页第九十八页，共159页。(1234.932473）K温度基准(jzhn)装置 光电高温计标准装置 温度范围(fnwi)：（8003200） 扩展不确定度： 1.15.9（p=0.99）第98页/共159页第九十九页，共159页。温度(wnd)范围： 8002200 辐射温度计检定(jindng)装置扩展不确定度： 0.71

35、.6（p=0.99）第99页/共159页第一百页，共159页。第100页/共159页第一百零一页，共159页。2.4.2温度控制2.5 耐火(nai hu)与保温材料冶金(yjn)高温实验中，高温炉炉衬材料和反应容器材料的选择是十分重要的，它往往是高温实验成败的一个重要因素。实验研究人员必须了解耐火材料的性能和使用范围，才能适应实验的需要。耐火材料的基本特性包括工作和结构特性两个方面，这些特性是设计选用耐火材料是必须掌握的。第101页/共159页第一百零二页，共159页。主要(zhyo)指标耐火度荷重软化点化学稳定性热稳定性热导率导电性第102页/共159页第一百零三页，共159页。纯氧化物耐

36、火制品的耐火度和熔点才比较接近。 (1)耐火度 第103页/共159页第一百零四页，共159页。温度称为荷重软化点。荷重软化点表征耐火材料的机械特性,而耐火度表示其热性质.显然,耐火材料的实际使用(shyng)温度不得超过荷重软化点,更不能超过耐火度。4.5.2耐火材料的工作(gngzu)特性 第104页/共159页第一百零五页，共159页。4.5.2耐火材料的工作(gngzu)特性 第105页/共159页第一百零六页，共159页。4.5.2耐火材料的工作(gngzu)特性 (5)热导率耐火材料的热导率表示其导热能力的大小，用导热系数表示，单位为：J/m h 。耐火材料中矿物晶型变化将使热导率

37、变化，最明显的例子是SiO2 , 例如, 0时结晶的二氧化硅热导率比石英玻璃高几倍。第106页/共159页第一百零七页，共159页。4.5.2耐火材料的工作(gngzu)特性 第107页/共159页第一百零八页，共159页。适用于承重大(zhngd)的地方。第108页/共159页第一百零九页，共159页。第109页/共159页第一百一十页，共159页。但1727下, SiO2与H2作用的平衡(pnghng)pH2O稍高，其余氧化物的pH2O都不高。 第110页/共159页第一百一十一页，共159页。4.5.4 某些耐火材料(nihucilio)的工作稳定性 Al2O3在N2和HCl气氛(qfn

38、)中是稳定的,在高温下与HF气体发生反应生成AlF3。含S的气氛(qfn)会微弱的腐蚀Al2O3。nMgO在N2气氛下可稳定至1700以上，n卤素和S的气氛会腐蚀MgO。第111页/共159页第一百一十二页，共159页。4.5.4 某些耐火材料(nihucilio)的工作稳定性 第112页/共159页第一百一十三页，共159页。(e).耐火(nai hu)氧化物对碳的稳定性第113页/共159页第一百一十四页，共159页。第114页/共159页第一百一十五页，共159页。第115页/共159页第一百一十六页，共159页。以上，碱金属、碱土金属、氯化物、以上，碱金属、碱土金属、氯化物、溴化物和碘

39、化物等熔盐，都可用溴化物和碘化物等熔盐，都可用Al2O3、MgO、ZrO2质容器，氟质容器，氟化物则用石墨容器。化物则用石墨容器。碱金属的硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐碱金属的硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐在高温下采用白金在高温下采用白金(bijn)或石墨质或石墨质容器。容器。4.5.4 某些(mu xi)耐火材料的工作稳定性第116页/共159页第一百一十七页，共159页。第117页/共159页第一百一十八页，共159页。ne)二氧化锆制品二氧化锆制品1.耐火(nai hu)氧化物材料4.6 实验室常用的耐火材料及绝热材料第118页/共159页第一百一十九页，共159页。4.6 实验室常用(chn yn)的

40、耐火材料及绝热材料1.耐火氧化物材料第119页/共159页第一百二十页，共159页。4.6 实验室常用(chn yn)的耐火材料及绝热材料1.耐火氧化物材料第120页/共159页第一百二十一页，共159页。真空炉管，钢液取样管，插入式热真空炉管，钢液取样管，插入式热电偶的保护套管，棒式电偶的保护套管，棒式ZrOZrO固体固体电解质封接件等。电解质封接件等。4.6 实验室常用(chn yn)的耐火材料及绝热材料1.耐火(nai hu)氧化物材料第121页/共159页第一百二十二页，共159页。4.6 实验室常用(chn yn)的耐火材料及绝热材料1.耐火氧化物材料第122页/共159页第一百二十

41、三页，共159页。4.6 实验室常用(chn yn)的耐火材料及绝热材料1.耐火氧化物材料第123页/共159页第一百二十四页，共159页。4.6 实验室常用(chn yn)的耐火材料及绝热材料1.耐火氧化物材料第124页/共159页第一百二十五页，共159页。2石墨(shm)和非氧化物耐火材料 第125页/共159页第一百二十六页，共159页。2石墨(shm)和非氧化物耐火材料 a)石墨(shm)第126页/共159页第一百二十七页，共159页。2石墨(shm)和非氧化物耐火材料 第127页/共159页第一百二十八页，共159页。2石墨(shm)和非氧化物耐火材料 第128页/共159页第一

42、百二十九页，共159页。硅化物 氧化性气氛中热力学不稳定，但以MoSi2为例，在氧化气氛中能形成一层二氧化硅保护膜，在空气中高温下直到熔点抗氧化性能很好。2石墨(shm)和非氧化物耐火材料 第129页/共159页第一百三十页，共159页。钨(W),钼(Mo),铌(Nb),钽(Ta)铂(Pt),铱(Ir),铑(Rh),钌(Rt),易氧化(ynghu)抗氧化，氧化气氛使用第130页/共159页第一百三十一页，共159页。高温实验中，实验室常用耐火材料有冶炼坩埚(gngu)、耐火砖等；常用的保温材料有炉管、热电偶保护管、辐射屏幕等。 实验室常用几种(j zhn)材料表 材料名称熔点 性能耐火度用途备

43、注化学性导热性绝缘性Al2O32600 2000炉衬、坩埚、保护管、底座、支架大于1600 使用石英17281700坩埚、炉管、取样器、保护管容易炸裂MgO28001700坩埚、炉管、氧化氛中使用CaO26001700坩埚不能遇水极其蒸汽ZrO227002000坩埚、炉衬、绝热材料、固体电池酸性氧化物，还原性气氛石墨47002000坩埚、电极、电热体、 升华点、还原气氛Pt17721400坩埚、高温毛细管W、Mo、Nb、Ta绝热材料见P64表3-7。有轻质硅砖、黏土转、石棉板、膨胀蛭石、硅酸铝纤维、泡沫水泥等-好，-一般，-差第131页/共159页第一百三十二页，共159页。和保温材料和保温材

44、料, ,设计炉体结构等方面。设计炉体结构等方面。第132页/共159页第一百三十三页，共159页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)确定试验用小型电炉所需功率的简单方法 对一圆筒形炉管（炉膛），首先要求出欲加热的炉管部分的内表面积，假定炉子为中等保温程度，则可有下表的经验数据查出每100cm2加热管内表面所需功率。第133页/共159页第一百三十四页，共159页。温度温度/ 0C 300 40050060070080090010001100功率功率/w20 40 6080100130160190220温度温度/ 0C120013001400150016001700180019002000功率功

45、率/w 260 300 3504004505105706307001.确定(qudng)电炉功率例. 有一炉管，内径3cm，加热部分长40cm，欲加热到800， 求在中等保温(bown)情况下炉子所需功率。首先计算加热炉堂内表面积查表,800时每100cm2加热管内表面所需功率因此，上述炉管所需功率为2.7 管式电阻炉的设计第134页/共159页第一百三十五页，共159页。炉子(l zi)最高工作温度炉内气氛(qfn) 根据炉膛所要达到的最高温度和炉子 的工作气氛，决定电热体种类（参考电热体一节）。例如欲制作一台在空气中最高使用温度为1200电阻丝炉，可选Cr25A15电热丝为发热体铬镍合金、

46、铁铬铝合金选择发热体时，除了考虑最高使用温度和工作气氛外， 温度分布的好坏价格是否便宜附属设备的复杂程度还应考虑取决于2.7 管式电阻炉的设计第135页/共159页第一百三十六页，共159页。正确选用是非常重要的环节。2.7 管式电阻炉的设计(shj)第136页/共159页第一百三十七页，共159页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)第137页/共159页第一百三十八页，共159页。 mm (2-1) (2-2)2.7 管式电阻炉的设计(shj)制作n(2).电热(dinr)体尺寸计算公式对圆线:mm (2-3) mm2 (2-4) (2-5)P加载功率,kW电热元件端电压,V炉膛内壁表面积电

47、热体总电阻电热元件表面负荷电热体长度电热体工作温度t, 20的总电阻率电阻温度系数 其中:电热体直径第138页/共159页第一百三十九页，共159页。对扁线mm (2-6)mm2 (2-7)(2).电热(dinr)体尺寸计算公式电热体长度(chngd)厚度，mmb 电热体长度(chngd)宽度，mm电热体表面负荷, W/cm2 对圆线W/cm2 (2-8)对扁线W/cm2 (2-9)2.7 管式电阻炉的设计制作第139页/共159页第一百四十页，共159页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)3. 电热(dinr)体的计算 (2).电热体尺寸计算公式第140页/共159页第一百四十一页，共159

48、页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)制作第141页/共159页第一百四十二页，共159页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)制作n烘炉的目的是逐出水分，消除应力。烘炉前应根据筑炉材料特性来制定烘炉曲线，升温过程中应注意砖衬、结构的体积变化。烘炉由电热元件供热，应设排气孔，以利水气顺利排走。(1)烘炉第142页/共159页第一百四十三页，共159页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)制作5.电阻炉使用前的准备工作 第143页/共159页第一百四十四页，共159页。2.7 管式电阻炉的设计(shj)制作工作温度恒温带长度精度第144页/共159页第一百四十五页，共159页。测温点测温点abcde

49、f g温度温度 940956963962960958950以下面(xi mian)一组数据说明,沿炉管纵向等距离测得一组温度值,试求ag和bf长度上的恒温带. ag两点间温度平均值为956 ,其平均算术均差为6 由此得到炉管ag两点间的恒温带为 .用同样(tngyng)的方法可得bf长度上的恒温带为 .6.电阻炉的恒温(hngwn)带2.7 管式电阻炉的设计制作第145页/共159页第一百四十六页，共159页。 (a) (b)电炉结构(jigu)与温度分布情况炉丝外覆一层保温材料：(a)炉管内(un ni)均匀缠有电热丝； (b)电热丝炉口密绕6.电阻炉的恒温带2.7 管式电阻炉的设计制作第146页/共159页第一百四十七页，共159页。4.7 管式电阻炉的设计(shj)制作第147页/共159页第一百四十八页，共159页。4.7 管式电阻炉的设计(shj)制作 50mm60mm10000C电阻炉示意图(1