专业技能训练实验报告

材料与化工学院2013级材料科学与工程x班课程作业：专业技能训练课程报告学生姓名：XXXXXX授课老师：XXXX学号：201304133100xx专业技能训练课程报告——烧结炉的拆装及操作1专业技能训练课程报告——烧结炉的拆装及操作一、技能训练目的1.了解烧结炉的种类和特点2.熟悉立式烧结炉的结构3.掌握热电偶控温原理4.掌握实验室小型箱式烧结炉的基本操作二、技能训练设备立式烧结炉（带控制系统）、小型箱式烧结炉、工具包三、技能训练内容1.烧结炉的种类烧结炉在工业上用途广泛，可以用于陶瓷烧结、粉末冶金、特殊材料烧结等等，为了对其进行深入研究，对应的在实验室也会使用一些小型的烧结炉，包括立式烧结炉、箱式烧结炉、管式烧结炉等。立式烧结炉是实验室常用的一种烧结炉，采用镍铬合金丝作为电热丝，通过电阻丝发热产生高温对所需烧结的材料进行烧结。内部以氧化铝作为炉膛耐火材料，以镍铬-镍硅合金材料制成热电偶连接控制系统对炉温进行控制，但由于型号较老，控温无法做到多段，只能实现一步加热。但随着技术更新，现在控制效果渐佳。由于立式烧结炉结构简单，便于拆装，可作为基本教学的实验器材。箱式烧结炉是实验室最常用的一种烧结炉之一，箱式烧结炉以优质电阻丝为加热元件，炉膛采用氧化铝多晶纤维材料，并采用双层炉体结构，可以达到很好的保温效果，具有很好的性能。双层炉壳内配有风冷装置，当需要降温时，可以相对快速地降温，节约实验所需时间。箱式烧结炉也配备多组温度控制函数，以满足部分实验的严格要求。由于箱式烧结炉具有炉内温度场均衡，表面温度低，升温降温速度较快，节能等特点使得箱式烧结炉在实验室更受欢迎。箱式烧结炉可广泛用于陶瓷、冶金和耐火材料等领域的生产和实践。管式烧结炉也是实验室一种常见的烧结炉，管式烧结炉以真空成型工艺技术生产的进口无机纤维作为炉膛的保温材料和特殊的绝热设计方法制造的，以硅钼棒为电热体，且提供更换。炉体采用双层炉壳结构，高性能隔热材料，炉内温度可达到1800℃，但外表面温度低，可以起到很好的保温条件，降低损耗，节约能源。电炉温度控制系统采用人工智能调节技术，具有超高温报警功能，具有热电偶损坏断电功能等智能控制，减少了安全事故发生的概率。管式炉还可支持50段升温程序控制。在实验室，管式烧结炉主要用于小型实验烧结及少量物料烧结和提取。2.设备拆装前需要了解的知识2.1电学基本知识对用电设备进行拆卸时，一定要注意安全。一定要做到三电：断电、静电、放电。意思就是说，在拆卸用电设备时，一定要保证设备不带电。具体操作就是，拆卸前确保插头从插孔中拔出。其次，可能由于天气干燥、或者其他原因导致的静电可能也会产生一定的危险性，在操作前一定要注意将身上的静电去除，尽量不穿化纤衣服，在操作前用手接触下接地金属体，以释放静电。另外，某些大型用电设备可能会含有电容器，如果放电不完全可能会有被电击的危险，对于此类设备，拆卸前一定要保证放电完全。完全满足以上三个条件后，就可以对用电设备进行拆卸了。2.2设备基础知识专业技能训练课程报告——烧结炉的拆装及操作2拆卸设备前，一定要对设备的结构有一定的了解，至少知道某一部分的大概作用，不能一无所知，以免拆卸后，无法组装。还要注意螺丝垫片等非同一般的作用。3.立式烧结炉的炉体结构立式烧结炉是实验室常见的一种烧结炉。本次技能训练采用的烧结炉为利用金属电阻丝作为电热体的烧结炉。由于铬镍合金的产品塑性好，具有抗氮能力，电阻系数、电阻温度系数和密度均较大，又由于在高温下能被空气氧化生成致密的Cr2O3或NiCrO4，阻止进一步氧化。因此，在空气氛围中使用广泛，采用镍铬合金作为发热电阻丝，可以进行1350℃以下的烧结实验。若所需温度要求更高，则镍铬合金电热体不再适用，此时需要使用的可以是钨、钼丝或者采用碳化硅电热体以及其他碳系电热体。立式烧结炉主要由这几个部分组成：炉壳、炉膛、炉盖、填充石棉纤维以及热电偶控温系统。由于此烧结炉是分体的，控温系统是与炉体分开的。炉膛由氧化铝粉末压制而成，具有较少的孔隙。炉膛外缠绕着镍铬合金电阻丝，为了避免电阻丝短路，炉膛材料上留有凹槽，以使得电阻丝不会相互接触。为使炉膛内部温度相对均匀，在炉膛侧面均匀钻有孔洞。炉膛下部有两块耐火砖，以使炉膛处于烧结炉内部合适位置，炉膛上有炉盖，炉盖也是由耐火的氧化铝制成，与炉膛相比，炉盖的孔隙较多较大。炉膛四周有几块耐火砖，烧结炉中的其他空隙全部都由耐火材料石棉纤维填充，保证炉内温度稳定，实验结果会更加精确，且热量不易散失，减少热量损失，节约能源。炉盖上有个可供热电偶插入的孔，将热电偶插入即可测量炉膛内部的温度，反馈到控制系统，从而就可以控制烧结温度了。炉膛电阻丝的两端通过导线经炉壳连到控制系统的适当位置，通过各元件的配合，能够很好地达到控温效果。图1炉膛结构图2炉膛周围填充的石棉4.立式烧结炉的控制系统由于此立式烧结炉是分体式的，控制系统与炉体不在一起，而是通过导线相连。控制系统是在一个独立的控制箱中，控制箱正面主要是控制器的显示和设置界面，电流表以及控制开关。内部则是整个控制系统的电路连接。控制系统由控制器，控制开关，电流表，交流接触器，螺旋熔断器以及继电耦合器组成。控制器主要起控制作用，此控制器含有20个接线柱，但不是所有接线柱都要利用，我们只需利用我们需要的几个模块。能够控制输入输出以及热电偶等几个基本功能即可。具体专业技能训练课程报告——烧结炉的拆装及操作3在于，当电源连通和控制开关闭合的情况下，当炉膛温度低时，控制加热，温度达到时，控制停止加热。电流表在控制系统中的作用主要在于提示设备是否处于正常工作状态，当温度未达到制定温度时，即加热系统工作，此时电流将会流过电流表，电流表指针发生偏转；若温度达到或者略有偏高时，停止加热后，电路中没有电流通过，电流表指针指示为零。交流接触器，此处相当于继电器的作用，是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。经常应用于自动化的控制电路中，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当热电偶反馈的温度未达到烧结温度时，接触器接触闭合，使电路接通，开始加热；当温度达到设置温度时，接触器断开，电炉断开，停止加热。螺旋熔断器是保护电路作用的，相当于保险丝的作用。保险丝是任何用电设备必须配备的，具有保护设备和保护实验人的作用，因此是用电设备必不可少的元件。由于此立式烧结炉具有高电压和低电压两条路径，利用低电压控制高电压，所以保险是十分必要的。若通过电流高于电路所能承受的最大电流，保险丝则会被烧断，从而断开电路，保护安全。由于此立式烧结炉的型号比较老，控制器对于温度的设定不能做到分段控制，只能直接设置烧结温度。图3立式烧结炉控制箱实体图5.立式烧结炉的热电偶控温系统是烧结炉的重要组成部分，控温性能的好坏也决定着烧结炉的价值，而控温可以利用很多种测温装置。其中，热电偶是其中使用最多的。热电偶的种类有很多，此立式烧结炉采用镍铬-镍硅热电偶。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势-热电动势。温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。此镍铬-镍硅热电偶是由一根镍铬合金丝和镍硅合金丝组成，之间通过特殊焊接，形成一个焊点，此焊点是通过计算的，若有所损坏，则热电偶报废，无法通过自行焊接恢复初始性能。为避免两根电阻丝相互接触，在两合金丝间加上陶瓷套管，而且，陶瓷还具有隔热作用。热电偶外还有一层金属套管以保护内部热电偶合金丝，尤其是保护热电偶焊点完整，不受损伤。专业技能训练课程报告——烧结炉的拆装及操作4图4热电偶及其套管6.小型箱式烧结炉的结构箱式烧结炉也是实验室常见的一种烧结炉，本次训练采用小型箱式烧结炉演示操作。箱式烧结炉集控制系统与炉膛为一体，炉衬使用真空成型高纯氧化铝聚轻材料，以电阻丝为加热元件。能够满足实验室对金属、非金属及其他材料进行烧结、融化和分析。控制面板配有智能温度调节仪，控制电源开关和功率输出指示灯。整个箱式烧结炉的上部是炉膛，下部是控制系统，上方炉膛的炉门很好地改进了，可以在任何位置固定，即可以控制炉门开放大小，以此控制降温速度。而且此箱式烧结炉控制系统相较于前面立式烧结炉的控制系统性能优越很多。此控制系统不仅能够控制多段控温，而且段数多，可以设置30段。其次，相较于立式烧结炉的电流表，此处利用LED灯，灯亮表示工作，灯灭表示停止工作。另外，此控制系统的热电偶较小，置于炉膛内壁，避免与外界碰撞，减小损坏几率。此控温系统也有个缺点，由于控制仪表上按键太少，不同操作代表不同的功能，因此，对于初学者有一定难度。必须认真看懂说明书参数才能很好操作。7.小型箱式烧结炉的操作对于小型箱式烧结炉的操作，首先要仔细认真地看看说明书。了解开机后初始显示的启动操作，清楚PV、SV显示的内容意思，清楚C01、T01等函数意思，以及-121对应的停止工作指令。熟悉基本意思后，即可开始操作。四、技能训练步骤1.熟悉炉体结构，逐步拆除炉盖、热电偶、耐火砖、炉膛等2.拆除控制器外壳，观察控制系统内部电路连接，掌握其控制原理，对电路进行拆除当接通外电源时，闭合控制开关，对烧结温度进行设置，当热电偶感应炉内温度未达到设置温度时，通过控制继电器闭合，使电路连通，控制器控制电阻丝加热，从而使炉膛内部温度升高；当炉内温度达到设置温度时，热电偶将反馈给控制器，控制继电器断开，使电阻丝停止加热。3.根据自己对控制电路的理解，自己动手连接电路4.连接好的电路通过老师的检查，讲清楚控制原理专业技能训练课程报告——烧结炉的拆装及操作55.将立式烧结炉所有部分拼装完整6.动手操作小型箱式烧结炉，对炉温进行设置提示符输入数据意义C010起始温度值T0145第一段运行时间（升温）C02450第二段起点温度T0220第二段运行时间（保温）C03450第三段起点温度T0355第三段运行时间（升温）C041000第四段起点温度T0410第四段运行时间（保温）C051000第五段起点温度T0550第五段运行时间（降温）C06500第六段起点温度T06-121停止工作指令表1箱式电阻炉温度控制设置注：整个过程中升降温都是每分钟5℃，-121是停止工作的指令函数7.完成训练五、技能训练注意事项1.拆卸用电设备前要保证安全，做到“三电”2.拆装烧结炉要注意防护措施，注意带好手套，防护眼镜。由于烧结炉中含有大量石棉纤维，而石棉纤维对人体是有害的，为避免石棉纤维的吸入，拆卸时一定要带好口罩。六、技能训练体会通过这次专业技能训练，我们学到了很多关于烧结炉的知识。也对我们专业相关的实验设备有了初步了解，有了更多的专业技能。为了对训练有个初步的了解，我在训练前做了相关资料的搜索和阅读，熟悉了多种烧结炉，虽然开始时候重点都放在工业的烧结炉上，最终还是知道重点在实验室的小型烧结炉上，也对实验室的立式烧结炉、箱式烧结炉和管式烧结炉有了一定的了解。也对烧结炉中的的电热体，控温热电偶的种类和原理有了一定的了解。尤其在对立式烧结炉的拆装过程中，学到了很多东西。第一，对于我这种既喜欢拆东西，拆完又发现无法将其按照原样拼装回去的人来说，算是学到了很受益的一课。老师告诉我们，对于拆卸用电设备，不是只用拔掉插头就可以，还有很多东西要注意，包括静电和电容器放电，在拆卸设备前先用手接触下金属板释放静电，还应把电容器中的电放完，才能开始拆卸。第二，以前在实验室只是见过烧结炉，但并不是很清楚烧结炉的内部结构，此次专业技能训练给了我认识烧结炉的机会。我知道了立式烧结炉的基本结构，知道了其中的电热体，耐火材料，热电偶等以前都不知道的东西。尤其是控制系统拆装时，我对烧结炉控温系统有了很深的理解。一个控制器，一个热电偶，一个继电器等几个简单的原件就可以做到很好的温度控制系统。第三，除了拆装立式烧结炉，对箱式烧结炉的操作也有颇多体会，虽然在没看说明书之前对其操作是一窍不通，但了解其基本显示的意思后，操作起来也是挺简单