1-4-低温、高温获得技术课品

各种冶金工业设备方法原理介绍钢铁冶金工艺流程转炉的热源？连铸系统浇钢图片正在使用的长水口电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称。按电能转换热能方式的差异，电炉可分为：电渣重熔炉—利用电阻热；感应熔炼炉—利用电磁感应；电子束炉—依靠电子碰撞；等离子炉—利用等离子弧；电弧炉—利用高温电弧，不包括加热炉、热处理炉等。电炉的热源？精炼过程中钢液的加热？钢液在进行炉外精炼时，有热量损失，会造成温度下降。若炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正常浇铸，增加炉外精炼工艺的灵活性，在精炼剂用量，钢液处理最终温度和处理时间均可自由选择，以获得最佳的精炼效果。常用的加热方法有电加热和化学加热。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。2[Al]+3/2{O2}=Al2O3ΔHAl=－1594752J氧化1%的铝时，钢液温度升高：32,,0992)(OAlPFePFeAlAlCCMMHHTΔH0—吹入的1mol氧气温度升至1600℃所吸收的热量，ΔH0=－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。铝氧化的反应和热效应计算钢水真空处理工艺示意图钢包加热系统工艺示意图铝电解过程中的两极反应阴极反应Al3++3e→Al阳极反应2O2-+C－4e→CO2总反应2Al2O3+3C→4Al+3CO2适宜的Al2O3烧结温度一般为1200℃~1260℃。在阴极碳块的端部，阴极钢棒与碳块接触面的温度低于900℃，大型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Al大型中间下料预焙槽简图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方法简介从图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2-35Cu-Cu2O二元系相图Ti-O-C系等温三元相图A点产物(81．9％Ti)B点产物(87．2％Ti)c点产物Ti82％～83％O含量(质量分数)／％上图是2127℃Ti～C—O三元等温平衡图，这是从理论计算和实验得到的结果。1～炉壳；2--镁砖内衬；3一电极；4一导电夹；5--水冷炉顶；6--烟气管道；7--料仓；8～电极升降机构；9～炉料供给管；10一冷凝壳层；11一熔渣；12一排料口；13一生铁金属热还原法制取稀土金属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的温度要达到1800℃，控温精度土10℃；炉体真空达到10-5Pa。钙热还原稀土氯化物Ca+RECl3=CaCl2+RE参加还原反应的氯化物熔点较氟化物的熔点低400℃～600℃，问题：如果您的毕业论文题目是“Na3AlF6-Al2O3-La2O3熔盐体系表面张力的研究”，实验温度为900～1000ºC。要完成这个题目，你需要哪些准备？步骤需要掌握的知识获得高温场气体净化及气氛控制合适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2.温场获得与测量2.1低温场的获得2.2实验室恒温的获得及应用2.3高温场的获得2.4温度测量与控制2.5耐火及保温材料1-4-4低温场的获得4.1.1常用低温液体4.1.2获得低温的方法：液态氮：63K到室温液态氦：可以获得毫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4.1.3冶金实验室中常用的获得低温的方法(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CaCl2(质量比)可以得到-40℃2份冰十1份浓HNO3可以得到-56℃(2)干冰浴干冰的升华温度为-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。4.1.4低温的测量与控制(1)蒸气压温度计液体的蒸气压随温度而改变，因此，通过测量蒸气压即可知道其温度。(2)低温的控制有两种途径：恒温冷浴冰水浴泥浴（不能用液氧）干冰浴低温恒温器4.2实验室恒温的获得及应用(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。高温冶金实验高温场的获得气体净化及气氛控制材料性能表征4.3高温场的获得高温场的获得4.3高温场的获得4.3.1高温场的获得方法（1）获得高温的方法新能源（光、地热）等（2）高温炉的具体要求足够高的温度及合适的气氛炉温便于测量及控制炉体简易灵活、便于制取炉膛易于密封和气氛调节电(高温炉)、燃料、4.3高温场的获得电能热能装置电能热能装置1.1高温电炉分类(加热方式的差异)(1)电阻炉(2)感应炉(3)电弧炉(4)等离子炉(等离子电弧炉)(5)电子束炉4.3高温场的获得4.3.1高温场的获得方法(电流通过导体受阻产生热能)。4.3.1高温场的获得方法电阻炉是冶金实验中最常用的加热设备，有如下特点:设备简单制作方便温度分布及调节控制比较方便可靠炉内气氛易于调节等。特点4.3高温场的获得1.电阻炉4.管式电阻炉结构（卧式）（1）炉壳电阻炉结构（2）电源引线（3）炉衬4.3高温场的获得图2-5管式（立式）电阻炉结构示意图1-炉盖2-绝缘瓷珠3-接线柱4-接线柱保护罩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10-炉管11-接地螺丝12-炉架(1)炉壳一般情况下作成圆筒形,这样钢性好焊缝小,散热面积小；炉壳外径决定于工作区大小,它决定了炉温高低,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；炉壳的厚度不仅要满足强度要求,还要考虑刚性和结构加工的要求,炉壳厚度计算时一般要考虑可能发生爆炸时的冲击应力。4.3高温场的获得2.管式电阻炉结构(2)电源引线（要求）①接线柱应与炉壳绝缘；②接线柱应有足够的断面,以保证电流密度不至于过大.一般紫铜接线柱的电流密度为2.5-4.5A/mm2,有水冷时为10-18A/mm2.炉内引线应改为双股,外穿绝缘珠,以防导线间短路或炉壳带电。③线与绝缘柱接触要好,否则会引起接线柱发热甚至烧坏；④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。4.3高温场的获得2.管式电阻炉结构(3)炉衬炉衬的主要作用是保证工作区的温度稳定;目前使用较多的是轻质耐火砖和各种耐火纤维、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。4.3高温场的获得2.管式电阻炉结构注意：关于电阻炉的设计是本章的重点能够画出电阻炉示意图根据温度和气氛要求选择合适的电热体正确选择热电偶选择合适的耐火材料电阻炉设计制作要求4.3高温场的获得2.管式电阻炉结构(4)电热体（电热元件）作用：把电能转化成热能，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。①性能:②分类：a.金属电热体b.非金属电热体4.3高温场的获得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①电热元件的性能a.最高使用温度（电热元件本身最高的承受温度）=炉温+(50~150℃)炉膛的最高温度主要取决于电热元件的使用温度4.3高温场的获得2.管式电阻炉结构b.电阻系数和电阻温度系数电阻系数,又叫电阻率,指温度在20℃、1m长度的电热体1mm2端面所具有的电阻值,其单位：Ω•mm2/m。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。可按下式计算：式中为电热元件在20℃的电阻率；为电阻温度系数，℃-1；为电热元件的工作温度，℃。20(1)tt20t2.管式电阻炉结构——电热元件的性能c.表面负荷及允许表面负荷指电热元件单位工作面积上分担的功率。在一定电热炉功率条件下，电热元件表面负荷选得越大，则电热元件用量就越少。但电热元件表面负荷越大，其寿命越短。实际上，只有选择得当，才能得到最佳效果。2.管式电阻炉结构——电热元件的性能a.金属电热体(ⅰ)铬镍合金和铁铬铝合金(ⅱ)纯金属电热体钨、钼、钽（Mo、W、Ta）(ⅲ)铂和铂铑合金(Pt,Pt-Rh)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。(ⅰ)铬镍合金和铁铬铝合金的特点2.管式电阻炉结构——②电热元件分类(ⅰ)铬镍合金和铁铬铝合金要求：在1000~1300℃范围内，空气中使用最多。它们抗氧化、价格便宜、易加工、电阻大和电阻温度系数小。注意：它们抗氧化因为在高温下由于空气的氧化能生成（致密的）Cr2O3或NiCrO4，阻止进一步氧化。②为何可以在氧化性气氛中使用?①温度范围2.管式电阻炉结构——电热元件分类(ⅱ)纯金属电热体钨、钼、钽（Mo、W、Ta）共性：在真空或适当气氛下获得更高的温度；电阻系数大，熔点高，抗氧化差(不能在空气中使用)钼：常用温度1600～1700℃钨：2200～2400℃,熔点3400℃钽：2000～2100℃，熔点2900℃高纯氢,氨分解气,无水酒精蒸汽,真空∵钼在氧化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（ⅲ）铂和铂铑合金(Pt,Pt-Rh)铂：多用于微型电热炉中,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及标定热电偶的小型电炉中；使用温度为1300~1400℃,铂铑合金丝可用到1600℃。铂电热体优点，。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b.非金属电热体①碳化硅(SiC)电热体②二硅化钼(MoSi2)电热体③碳系电热元件④铬酸镧（LaCrO3）发热元件2.管式电阻炉结构——电热元件①碳化硅电热体形状:常为棒状或管状，也有U型及W型。耐温度骤变性好，化学性能稳定，不与酸性材料反应；耐高温，在空气中常用温度为1450℃。注意:SiC电热体不能在真空和氢气气氛中使用;可以在1300℃将它浸于B2O3中并升温至1500℃，则其表面形成