《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: 能经受氧化气氛，电阻系数小，升温导热快，电性能稳定。

缺点是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。

金属型电热材料还有铸、铉、馄，使用温度均较高。

由于要求的保护气氛比较严格, 使用寿命短，应用不广。

近年来，根据我国资源特点生产出-•类稀土铁馅铝合金，它比银偌合金更耐高温，电阻更高，价格更低，现正在逐步推广应用屮。

非金属型的电热材料分为硅碳系，硅钳系及碳系三种，它们的耐热性很好，因此都用作为较高温的加热元件。

其它高温炉有感应炉、电弧炉、等离子电弧炉、电子束炉、悬浮熔炼炉、燃烧炉等, 可参看相关图书、资料，在此不再一赘述。

在冶金高温实验川实验是在控制条件下进行的。

高温实验时首先要测量温度，而后才能控制温度。

温度测量及控制是高温技术小重要的组成部分。

准确的温度测量和控制是必不对少的。

在许多情况下，温度测量的精度决定了整个实验的误差大小。

测量温度的方法分为接触式（如热电偶）和非接触式（如光学高温计）两利-在接触式测温时，传感元件要紧靠被测物体或直接置丁温度场屮;而非接触式测温是利用被测物体的热辐射或辐射光谱分布随温度的变化来测量物体温度的。

在实验室及生产川，使用最广泛的是热电偶。

铠装热电偶是20世纪60年代发展起来的测温元件,它是一•种将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中的热电偶,其优点是：规格多,品种全,适用范围广,测量温度范围大,大量用于-200〜900°C范用内：响应速度快，如露端铠装热电偶的时间常数只有0.01s,适合于科研的特殊需要；因为热电偶丝用血0绝缘，气密性致密性较好，寿命长；机械强度耐压性好，在震动、低温、高温、腐蚀性恶劣条件下都能使用；外径范用宽，可满足特殊需要。

其工作原理在有关课程屮已有详细介绍。

选择测温计应考虑的原则是：（1）合适的使用温度范用和准确度，合适的使用气氛, 符合咐蚀、抗热震性的要求；（2）响应速度，误差，互换性及可靠性能否符合要求；（#）读数，记录，控制，报警等性能是否能达到要求；（4）价格要低，寿命要长，维护使用方便。

测量仪表：实验屮要求精确测量温度吋，如测定相变温度，差热分析，熔点等，可以采用电桥电位差计。

需要自动测温并控温的可采用电子式自动平衡仪表。

转换器可以与H 动控制仪表连接，或与计算机单板机配套，形成测温、显示记录、控制、报警等功能。

动圈式仪表用于精确度要求不高的场合，当它测温时，线路屮有电流通过，因而总线路电阻将会影响测量的准确度。

使用吋必须将外接电阻调到设计的公称值。

带放大电路的动圈式仪表因输入阻抗大，不必调整外部阻抗。

用电位差计测热电势，因回路小没有电流通过, 测得值就是热电偶的热电势。

各种测温仪表的优缺点见下表：供电及炉温控制：实验室电炉大多采用工业电网的220V或380V电床，电炉和电网间通过刀开关、熔断丝及交流接触器相连接，一般不需要其它转换设备。