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《冶金工程实验技术》实验指导书

科学研究对各学科的发展起先导和推动作用。技术科学成就的取得，必须通过科学实验。科学理论不仅是以生产实践为基础，而且要依靠科学实验提供精确的数据，再经过分析总结、判断推理而形成；科学理论是否正确，仍需经过实践的检验。但是，如何进行科学实验，如何作实验设计，如何科学地观察和分析实验结果，如何处理实验数据，如何撰写科研论文等等，对于科技人员来说，尤应重视。解决好这些问题，对于得出正确的科学的研究结论，取得研究成果并应用于实践，具有重大的意义。

《冶金工程实验技术》是一门实践性极强的课程，其主要任务是结合实验室实践，使学生加深对基本分析方法和原理的理解，掌握基本的操作和技能，以及实验结果的数据处理方法，为今后解决生产与科学研究屮的有关问题打下基础。

为了更好地达到预期的目的，我们提出以下要求：

1、实验前做好预习。不但要认真预习实验部分的具体内容，还应复习与实验有关的理论。预习是做好实验的基础，通过预习要了解实验的H的、原理、步骤、计算方法和注意事项，并在此基础上拟出实验程序，这样实验时才能主动。没有预习的学生不得进行实验，因为那样不会收到实验预期的效果。

2、实验时必须严格遵守有关操作规程，注意掌握正确的操作方法；实验进行要井井有条、认真细致，要保持桌面整洁，注意培养良好的实验习惯；对每一实验步骤都应积极思考其H的和作用，细心观察实验现象，注意理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力。

3、科学实验的原始记录是非常宝贵的资料，所以要注意学习做好实验记录。实验记录应包括实验项H、实验日期、实验的主要步骤和条件、实验结果等项，一•定要实事求是地当时记录清楚。记录不但要自己看懂，也应让别人看懂。实验数据不得任意涂改。如果记错了，可以在原数字上划一直线，再将正确的数字清晰地写在其旁边。记录本和篇页都应编号，不得随意撕去。

4、各实验对准确度或精度都有一定的要求，如达不到，要自觉地重做实验。千万不要私自凑数据。应当知道，不实事求是为科学之大忌。

5、要写好实验报告。实验报告应在原始记录的基础上写成。报告要求字迹工整，文字通顺，图表清楚，符合学校的相关要求。最后根据自己的体会进行讨论或写出结论。

高温炉的结构、温度的测量与控制

一、实验目的：

1 •学习并掌握实验室常用的获得高温的方法；

2.了解并掌握常用的高温电阻炉的结构；

3.了解并掌握高温炉温度的测量与控制的方法

二、实验原理：

冶金过程大多是在高温下进行的，因此必须掌握获得高温和测控高温的技术，以便冶金实验的实施。冶金实验用的高温炉分为电炉和燃烧炉两大类，前者以电作为能源，后者用煤、煤气或燃料油作为能源。电热炉的特点是：温度易调易控，操作简便可靠，带来的杂质污染程度低。这些特点正是实验所要求的。实验小大多数情况下用电炉来获得高温, 在特殊要求下，如烧结、球团焙烧点火时，用燃烧炉来获得高温。

电热炉主要有电阻炉、感应炉、电弧炉、电子轰击炉、等离子体炉等等。实验室中最常用的是电阻炉。

根据用途不同，实验室用的电阻炉，有竖式或卧式管状炉、箱式炉、塩瑚炉等，其基本构造大体一致，有炉壳、电源引线、炉衬、炉架等儿个部分。

炉壳一般用碳素钢板焊成，也有用不锈钢板的。炉壳外径决定于工作区大小，炉温高低，耐火砖衬及绝热材料厚度，炉壳要求的温度及工作管的直径。炉壳厚度不仅须满足强度要求，还要考虑其刚性及结构加工的要求。炉壳厚度计算屮，一般要考虑可能发生爆炸时的冲击应力。

电源引线结构形式很多，具体要求是是：接线柱应与炉壳绝缘；接线柱应有足够的断面，以保证接线柱不致电流密度过大；引线与接线柱接触要好，否则会引起接线柱发热甚至烧坏；接线柱以水平布置为妥，并且要离开炉壳有一•定距离，外设保护罩。

炉衬的主要作用是保证工作区的温度稳定，在满足温度要求的前提下，尽可能减轻砖衬的质量和所占空间，对砖衬强度的要求不大。因此，H前使用较多的是轻质耐火砖和各种耐热纤维、耐热纤维毡。靠近炉壳的是绝热材料，靠近电热元件的是耐火材料。炉衬量越少、导热系数越低、热容越小，在一定的电功率下升温速度越高，达到额定温度的时间就少。不少实验室用电阻炉炉衬是全部采用耐高温的绝热材料，效果良好。

为便于操作和维护，电炉都有炉架。电炉上的控温热电偶其热端应靠近电热元件。热电偶-般尚定在炉壳上，并加密封，安装此热电偶时应注意避免砖衬膨胀时可能使热电偶剪断。为防止炉壳带电引起的触电事故，炉壳应设有接地螺丝。有的炉子需要水冷，水冷进水口位置应设在下部，排水口设在最高端。有的电热体需要气体保护，气体一般是上进下出。炉内充有易燃易爆气体时，应考虑设置防爆孔。由于操作上需要，有的还设有窥视孔，有的设有密封装置。应特别指出的，在温差较大的地区，由于热应力作用，构件容易变型而失去密封作用，因此需要密封的区域往往配有水冷装置。刚玉材料的炉管抗热冲击能力较差，应尽可能避免电热元件

或冷却元件的直接作用，否则寿命减短。

电热元件是电阻炉的关键组成部分，其作用是把电能转化为热能，使被加热的样品达到所要求的温度。它决定炉子的工作能力和寿命。电热元件性能主要有：

（1）最高使用温度：元件最高使用温度是指电热元件本身的表而温度，而不是炉膛最高。炉膛的最高温度主要取决于电热温度。一般来说，炉膛温度比电热元件温度低50〜150°C,炉膛的最高温度取决于电热元件的最高使用温度。

（2）电阻系数及电阻温度系数：电阻系数是指电热体在20°C下，Im长度,lnm/断而所具有的电阻值。电热体的电阻随着温度变化而变化，衡量这个变化程度的叫电阻温度系数，正值说明随着温度升高电阻值增加；负值则相反。电阻温度系数越小，说明温度变化时电阻值变化小，在一定的供电制度下，供电功率较稳定，温度控制性能较好。

（3）表而负荷及允许表而负荷：表而负荷是指电热体单位工作表而上分担的功率。表而负荷是选择电热元件必须考虑的一个参数。若此参数值选得过大，电热体的寿命将大大减低，以致很快烧毁。此值选得过小，电热元件就要增多，增加了有关费用。允许表而负荷值是从大量实践小总结出来的，采用允许表而负荷值来设计电热元件，综合了技术上和经济上的合理要求。允许表而负荷对不同材质规格的电热体以及工作状态有关。

电热比热、加工性体的其它性能有导热系数、高温强度、密度、膨胀系数、化学稳定性等等，在选用电热体时对这些性能应有所了解，特别是适用的气氛应给予充分的重视。

冃前我们常用的几种主要的电热材料有：

（D辂银合金：洛银合金的产品塑性好，拉拔、绕丝容易，经高温加热后脆化不严重，便于焊接返修，具有抗氮能力。电阻系数、电阻温度系数、密度均较大。适合于iooor 以下的空气环境条件下长期使用。

（2）铁馅铝合金：铁锯铝合金电阻系数比銘银合金高，电阻温度系数则稍低，密度也低。耐热性能好，可以在氧化气氛下使用。由于其耐热性、功率稳定性及材料消耗等方而均优于锯银合金，而且价格低廉，可以节省大量的银，在使用温度以下的电阻炉屮应用较广。但使用时要注意下列问题：

一是锯铝合金塑性较差，拉拔、绕制比较困难。经高温加热后晶粒变粗，性脆易断, 可焊性差。二是有一定的热膨胀系数，安装吋应留有余地。若这种合金丝绕在光管上，而且在竖炉小使用，由于加热膨胀，电热丝会松脱。应在所绕的电热丝上涂抹一层磷酸一- 刚玉粉加以固定，最好是用螺纹管。

（3）钳：钳的电阻系数较小，仅有0. 045Q.mm7n1,但电阻温度系数较大。因此在升温过程小元件的功率变化较大，应随时调整。钳在氧化气氛下生成氧化钳升华；在渗碳气氛下易渗碳变脆，屯阻系数也増高。因此钳仅能应用在高纯氢、氨分解气、无水酒精蒸汽及真空中，允许温度可达，超过此温度易蒸发。高温屮能与硅及SiO/起作用，故支承物一•般为氧化铝。长期在高温屮使用晶粒变粗，性质变脆。

（4）钳：钠多用于微型电炉小，如卧式显微镜的微型加热炉，测定冶金熔体熔点的小型电炉以及标定热电偶的小型电炉小。使用温度为1300〜1400°Co钠电热体的优点是: 能经受氧