冶金試驗(yàn)研究工作程序和步驟(編輯修改稿)
2025-01-19 03:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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 ℃ 以上。 等離子體發(fā)生器有兩種 (見圖 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產(chǎn)生一個(gè)磁場，如果有一個(gè)導(dǎo)體（金屬試樣）在這個(gè)高頻磁場中，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，其方向與懸浮線圈產(chǎn)生的磁場相反，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)電的坩堝對電磁場產(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 溫度的測量 在冶金高溫實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)確的溫度測量和控制是必不可少的。 測量溫度的方法分二類 ? 接觸式測溫（如熱電偶） 傳感元件要緊靠被測物體或直接置于溫度場中； ? 非接觸式測溫（如光學(xué)高溫計(jì)） 利用被測物體的熱輻射或輻射光譜分布隨溫度的變化來測量物體溫度的。 由導(dǎo)體 A、 B可組成一對熱電偶 。 接點(diǎn) 1焊接在一起 ， 工作時(shí)將它置于被測溫的場所 ， 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： LB3）（自由端溫度為 0℃ ） 工作端 0 1 2 3 4 5 6 7 8
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