PDF《硅钼棒电炉的设计与制造》

硅钼棒电炉的设计与制造 贾英全(东北大学, 沈阳 110006) 摘要: 本文叙述了硅钼棒电炉的设计和制造方法.

该炉的特点是既可在空气下使用, 又能在保护气氛下使用. 文中指出了使用该炉过程中要注意的问题. 关键词: 硅钼棒;

电炉;

设计;

制造 中图分类号: TM924

3 文献标识码: B 文章编号: 1001- 9642(2000) 05- 0027-

02 1 前言随着我国科学技术事业的高速发展, 对各种材料性能 的要求愈来愈高, 很多特种陶瓷材料的烧结需要在较高的 温度下(>

1500 ) 进行, 往往还需要不同的烧结气氛, 一般 硅碳棒电炉已不能满足需要.因此作为研究特种陶瓷的人 员来说, 多气氛硅钼棒电炉是必不可少的设备. 硅钼发热体是一种以 MoSi2 为主体的电阻发热元件. 该元件在氧化气氛下加热到

1200 以上时, 发生如下反应: 2MoSi2+ 7O2= 2MoO3+ 4SiO2 气态的三氧化钼挥发掉, 二氧化硅则附着在元件的表 面上, 生成致密的石英玻璃膜, 从而保护元件不再氧化.因 此硅钼棒发热体的抗氧化性很好, 在氧化气氛下最高可使 用到

1700 .硅钼棒发热体的电阻不象硅碳棒那样随使用 的时间增加而增加, 因此可以新旧混合使用.硅钼棒的缺 点是在低温时脆性较大, 因此在组装电炉时需要小心.

2 硅化钼电炉炉体的设计和组装

2 1 选择炉型 炉型分为圆桷型和箱型, 圆桷型又分为立式和卧式, 本 设计是选择立式圆桷型(见图 1).

2 2 选择耐火炉管和保温材料 由于该电炉经常工作在

1550 以上, 因此内炉管选择 刚玉管, 外套管选择高铝材料, 高铝套管外的保温砖采用高 铝砖, 电炉的外壳用 3mm 厚的钢板焊成.

2 3 确定电炉外壳尺寸 电炉外壳尺寸是通过外壳体积与炉膛体积之比来确定 的, 本炉采用的体积比是: V壳/V膛=

15 2

4 确定硅钼棒的规格和数量 本炉采用 U 型加热元件( 见图 2), 其规格为 6/ 12, 即 发热端 直 径为 6mm, 冷端 直径为12mm, 冷端 中心距为 50mm.硅钼棒的冷热端长度由下面公式得出: 图1炉体结构 Fig.

1 Construction of the stove

1 高铝砖;

2 高铝套管;

3 硅钼棒;

4 刚玉管;

5 密封垫;

6 进水管;

7 进气管 图2硅化钼发热体的形状 Fig.

2 shape of MoSi2 heater L冷= H项+ 80mm;

L热= H膛- 30mm 其中: L冷 硅钼棒的冷端长, mm;

L热 硅钼棒的热端长, mm;

H顶 炉顶的保温层厚度, mm;

H膛 炉膛的高度, mm. 硅钼棒的数量由下面公式确定: M= Q膛 S膛/W 其中:M 硅钼棒支数;

第36卷第

5 期2000 年10 月中国陶瓷CHINA CERAMICS Vol.

36 No.

5 Oct.

2000 作者简介: 贾英全, 工程师 收稿日期: 1999- 06-

22 Q膛 炉膛内表面负荷, W/ cm2 ;

S膛 炉膛内表面积, cm2 W 每支硅钼棒在高温下的功率, W Q膛 可按经验数据, 在上述条件下可取: Q膛= 2W/ cm

2 .

2 5 支撑夹头和导线夹头的安装 硅钼棒采用吊装法( 见图 3), 硅钼发热体是大电流元 件, 为保证良好的接触, 本电炉采用如图

4 所示的导线卡 头, 导线使用铝排.初次装炉时要格外小心, 每个螺丝不要 拧的太紧, 待加热元件升到

1400 后, 使炉温降下来, 再次 将螺丝拧紧. 图3支承卡头示意图 Fig.

3 Sketch map for sustaining clip

1 硅钼棒;

2 绝缘子;

3 紧固螺丝;

4 铁卡子 图4导线夹头 Fig.

4 clip for conducting line

1 硅钼棒;

2 夹具;

3 紧固螺钉;

4 铝排 我们自制硅钼棒电炉的炉膛体积 V膛= 8800cm3 , 根据 前面叙述过的公式算出下面参数: 炉壳体积: V壳=

8800 15= 132000cm3 ;

硅钼棒冷端长度: L冷= 25cm;

硅钼棒热端长度: L热= 30cm;

硅钼棒的支数和连接方式:

6 只串联. 结果烧结时需用保护气氛, 可将图

1 中刚玉管的上部 安装上带冷却水套和出气孔的密封头即可( 见图

1 中刚玉 管的下部) .

3 炉温自动控制单元的设计 由于硅钼棒电阻随着温度变化而变化, 常温下阻值很 小, 六只棒串联后仅 为006 欧 姆左右.属于电流控制元 件, 而加热功率由于其电阻特性有一定的自控作用, 所以实 现自动控温是较容易的.本电炉采用可控硅作为交流调压 器, 来控制电源变压器的初级, 如图

5 所示.电源为交流 220V, 此电路变压器初级电流小, 虽然是用可控硅作控制元 件, 因功率因数较高, 且不恶化电网, 和用直接控制硅钼棒 的可控硅交流调压器相比, 具有一定的优越性. 图5可控硅交流调压器电器原理图 Fig.

5 Prinsiple map for alternating current voltage changer of silicon controlled rectifier Jc 交流接触器;

BG1, BG2 可控硅;

T 电源变压器;

DL 硅钼棒电炉;

DE 热电偶;

ZK

100 可控硅电压调整器;

XCT-

191 动圈式温度仪表.

4 电炉调试情况 电炉炉体和控制单元安装完毕后, 先不要将电源变压 器的输出端接到电炉的发热体上.首先试验控制电路, 检 查交流接触器的动作情况和 ZK-

100 、XCT-

191 的电源 是否正常.无问题后再把电源变压器的输出端子接到电热 体上, 把ZK-

100 上的 手动- 自动 开关拨向 手动 位置 并将 手动 调节旋钮置到零位.然后按下电源接通按钮 QA, 将ZK-

100 的电源接通并缓慢调节 手动调节 旋钮, 此时电流表和电压表均有指示, 电炉开始升温, 当炉温接近 工艺所要求的温度时, 将 手动 自动 开关拨向 自动 位置, 电炉即进入自动控制状态.

5 自制硅钼棒电炉的升温记录 时间 电压(V) 电流(A) 炉温( ) 7:

0 40

100 8:

45 60

120 690 9:

30 90

160 990 10:

00 100

170 1150 10:

30 100

165 1250 11:

00 120

175 1340 11:

30 140

180 1420 12:

50 140

175 1550 通过几年使用证明, 该电炉控温性好, 造价低, 使用方 便, 是无机材料行业的理想烧结设备.

28 中国陶瓷2000 年第

5 期