冶金試驗(yàn)研究工作程序和步驟(編輯修改稿)
2025-01-19 03:18 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中頻爐的應(yīng)用非常廣泛，大部分冶金實(shí)驗(yàn)室都配備有 5－ 150公 斤的中頻爐。 (3) 高頻感應(yīng)爐 高頻感應(yīng)爐使用的電源頻率在 10－ 300千赫茲，所用電源為高頻 電子管振蕩器、可控硅變頻器或高頻發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生高壓高頻率交流電供高頻爐使用。高頻爐受電源功率限制，主要用于實(shí)驗(yàn)室。作為科研試驗(yàn)用的高頻爐容量通常僅有幾百克。 高頻感應(yīng)爐的電源設(shè)備復(fù)雜，工作電壓高，安全性差，這種爐子逐步被中頻感應(yīng)爐所代替。 根據(jù)電流頻率，感應(yīng)爐可分為以下三種： （ 4）真空感應(yīng)爐 真空感應(yīng)爐是用來(lái)進(jìn)行真空冶金的設(shè)備。真空爐的電源設(shè)備與中頻感應(yīng)爐基本相同。真空爐的感應(yīng)圈和坩堝部分被放在能夠密封的爐殼內(nèi)（如圖 25所示），由真空泵抽氣后，真空度可達(dá)到 內(nèi)。國(guó)產(chǎn)真空感應(yīng)爐容量為 10－ 1500公斤。 真空爐的設(shè)備和操作都比較復(fù)雜，可以在真空下加料、取樣和鑄錠，一般僅在進(jìn)行特殊要求的鋼種試驗(yàn)時(shí)才使用。 圖 25. 容量 10㎏的實(shí)驗(yàn)室真空感應(yīng)爐 1爐殼； 2坩堝； 3多孔塞； 4水冷管；5金屬取樣和溫度測(cè)量裝置； 6觀察孔； 7轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 8氣體凈化器； 9氣瓶 等離子電弧爐 等離子爐是用電弧放電加熱氣體以形成高溫等離子體作為熱源進(jìn)行熔煉或加熱的電爐。 等離子電弧爐由等離子槍、爐體及直流電源三部分組成，如圖 26所示。 圖 26. 等離子電弧爐 1等離子發(fā)生器 。2爐頂密封部分 。 3底部電極 。4傾出口 其它高溫爐 ? 當(dāng)氣態(tài)原子獲得一定能量時(shí)，其最外層電子會(huì)脫離原子核的吸引成為自由電子。而原子則成為正離子。這種現(xiàn)象叫做氣體的電離。自由電子、正離子以及氣體的原子和分子等組成的混合體叫做等離子體。 ? 用于產(chǎn)生等離子體的裝置稱為等離子發(fā)生器，也叫等離子槍。當(dāng)氣體（常用 Ar氣）通過(guò)等離子槍內(nèi)電弧區(qū)時(shí)，被電離成等離子體，從噴口高速噴出，氣體又極快復(fù)合成分子狀態(tài)而放出能量。氬弧等離子流的溫度能達(dá) 2萬(wàn) ℃ 以上。 等離子體發(fā)生器有兩種 (見(jiàn)圖 27) (a) 一種是等離子槍中只有一 個(gè)負(fù)電極，而正電極是用被 加熱和熔化的金屬充當(dāng)，這 種方式稱為 轉(zhuǎn)移弧 。 (b)另一種是發(fā)生器本身就具有 正負(fù)兩極，極間產(chǎn)生電弧， 這種電弧又被等離子氣體帶 出形成等離子體火炬，這種 方式稱為 非轉(zhuǎn)移弧 ； ? 轉(zhuǎn)移弧等離子爐可用于金屬熔煉 。 ? 非轉(zhuǎn)移弧炬亦稱為等離子體氣體加熱器，可用于加熱氣體或加熱金屬和鋼液。 圖 a轉(zhuǎn)移弧 。 b非轉(zhuǎn)移弧 電子束爐 ? 電子束加熱的原理是高速電子流轟擊被加熱金屬表面，將它的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而金屬被加熱、熔化并流入水冷銅模內(nèi)。圖 28是電子束熔煉原理示意圖。 ? 熔煉是在 101－ 103Pa的高真空下的水冷銅坩堝（結(jié)晶器）內(nèi)進(jìn)行的，可以有效地避免金屬液被耐火材料污染，因此 電子束熔煉為一些金屬材料，特別是難熔金屬提供了一種有效地精煉手段。 在實(shí)驗(yàn)室里，電子束加熱已成功的用來(lái)區(qū)域精煉金屬和生產(chǎn)單晶。 圖 28. 電子束熔煉原理示意圖 ? 懸浮熔煉爐又稱為 無(wú)坩堝熔煉爐 ，其裝置如圖 29所示。 ? 當(dāng)懸浮線圈通入交流電后就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，如果有一個(gè)導(dǎo)體（金屬試樣）在這個(gè)高頻磁場(chǎng)中，由于感應(yīng)作用在金屬內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，其方向與懸浮線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反，從而產(chǎn)生一個(gè)斥力使導(dǎo)體懸浮于空間。 ? 懸浮熔煉可以避免坩堝材料產(chǎn)生的污染，主要用于實(shí)驗(yàn)室的小型純金屬熔煉研究，也可用于冶金反應(yīng)平衡研究。 圖 29. 懸浮熔煉爐 冷坩堝熔煉爐 ? 冷坩堝熔煉是一種采用水冷分瓣銅坩堝對(duì)物料進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉的方法。典型的冷坩堝熔煉爐結(jié)構(gòu)如圖 210所示。 ? 銅坩堝分瓣的目的是為了避免導(dǎo)電的坩堝對(duì)電磁場(chǎng)產(chǎn)生屏蔽作用； ? 水冷的目的是為了使坩堝壁溫度保持在冷態(tài)，避免熔池中熔料與坩堝發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)。 圖 溫度的測(cè)量 在冶金高溫實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)確的溫度測(cè)量和控制是必不可少的。 測(cè)量溫度的方法分二類 ? 接觸式測(cè)溫（如熱電偶） 傳感元件要緊靠被測(cè)物體或直接置于溫度場(chǎng)中； ? 非接觸式測(cè)溫（如光學(xué)高溫計(jì)） 利用被測(cè)物體的熱輻射或輻射光譜分布隨溫度的變化來(lái)測(cè)量物體溫度的。 由導(dǎo)體 A、 B可組成一對(duì)熱電偶 。 接點(diǎn) 1焊接在一起 ， 工作時(shí)將它置于被測(cè)溫的場(chǎng)所 ， 故稱為工作端 （ 熱端 ） 。 接點(diǎn)2要求恒定在一定溫度下 ， 稱為自由端 （ 冷端 ） 。 圖 211. 塞貝克效應(yīng)示意圖 常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有 : 熱電偶名稱 極性 化學(xué)成分 使用溫度 (℃ ) 長(zhǎng)期 短期 鉑銠 10鉑 ＋ Pt90%， Rh10% 1300 1600 － Pt100% 鉑銠 30鉑銠 6 ＋ Pt70%， Rh30% 1600 1800 － Pt94%， Rh6% 表 25 鉑銠 10－鉑熱電偶分度表（分度號(hào)： LB3）（自由端溫度為 0℃ ） 工作端 0 1 2 3 4 5 6 7 8
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