冶炼金属的实验装置

1. 感应炉的实验

感应炉冶炼
一、目的：
1、掌握(真空)感应炉冶炼的工艺过蚂前程，(真空)感应炉冶炼设备操作。
2、了解(真空)感应炉冶炼原理和特点，根据冶炼品种制定冶炼衫物握工艺。
二、(真空)感应炉冶炼原理和特点
1、原理：感应电炉工作原理基于电磁感应和电流热效应原理。当交变电流通过感应圈时，在线圈周围产生交变磁场，炉内导电材料在交变磁场作用下产生感应电势．在炉料表面一定深度，形成电流(涡流)。炉料靠涡流加热熔化。如果炉内熔化的是钢铁金属材料．处在强磁场中的钢液受到电磁力的作用产生强烈的运动。磁场对钢液的这种作用称为电磁搅或庆拌作用。同一匹线圈产生的磁场对埚内两点A，、B，的作用力如图1，由于埚中部磁场强度最大．坩埚中部受压力最大，上下两端依次减小．这种压力差使炉内钢液产生运动。 真空感应电炉是将感应坩埚和锭模放人真空室中，冶炼和浇注同在真空状态下完成。冶炼在真空下进行，由于碳氧反应产物为气体CO，使反应向生成C0方向移动，可使碳的脱氧能力达到和硅、铝相近的水平。根据气体在钢液中的溶解服从平方根定律，可知真空下冶炼，有利于钢液去气。对某些蒸气压较高的合金元素，如Pb、As、B1、sn、zn等，当外界压力降低到小于蒸气压时，变可从合金中蒸馏出来，从而改差钢和台金的性能。
三、实验过程
1、坩埚制备：为了提高电效率．感应炉坩埚壁不能太厚，加上电磁搅拌的冲刷和坩埚内外温差大，坩埚寿命往往较低，坩埚制备是一项经常性的工作。
（1）原料：电熔镁砂：MgO>98%，不得混入杂物，新烘磁选后使用：粘土：粒度<0.3mm；玻璃水；磷酸：粒度<0.5mm；石墨芯，外部包3层纸，底角要求圆滑；玻璃布；石棉板；炉底砖；坩埚材料配比：电熔镁砂98.0～98.5%；硼酸1.5～2.0%，总量30kg。
（2）打结：真空感应炉打结前要抽真空检漏，漏气率应< 1.5μ/分。 10 P 1 2P 漏气率 图1 电磁力对钢液的作用 及钢液运动方向 P1—停泵时真空度，μ； P2一停泵10分钟后真空度，μ。 用摇表检查托盘与感应器之间是否绝缘。 感应器托盘下要垫好木块，以防止大轴转动。石棉板放人玻璃布口袋，再将口袋放入感应器内。在石棉板上放置炉底砖。加入混合镁砂5kg左右；用钎子、平锤捣打结实，打结后的炉底厚度40mm左右。把石墨芯固定在炉底正中间，坩蜗壁分层打结，每层打结前用钎子划松镁砂2～3mm，再加镁砂l.5～2Kg，捣实。打结最后第二层时镁砂中加入适量玻璃水。最后一层用80%镁砂加20%粘土及适量玻璃水混合均匀，轻握成团即可，以便加固出钢口和炉沿。
（3）烧结坩锅：送电前，检查电气、水冷、机械系统是否正常。正常后．方可送电。功率从4kw起送电．功率间隔2kw，每挡送10分钟。送至功率为32kw．时间达20分钟停止送电。30分钟拨出石墨芯子．迅速清理坩埚。坩埚壁如有细小裂缝，用细镁砂修补。如有整圈横裂，大口纵裂则拆除重打。
（4）洗炉烧结：清理完坩埚后。用纯铁、金属镍或返回钢洗炉，洗炉料比正常料稍多。洗炉时间3小时。炉料保持2小时不熔。
2、真空系统操作：打开5〃阀，用机械泵抽低真空。
1、旋片式机械真空泵
2、油扩散喷射泵
3、真空熔炼室
4、预真空阀门
5、低真空阀门
6、高真空阀门 如需要高真空．先关5〃阀，再打4〃、6〃阀；如需要转低真空，先关6〃、4〃阀，再开5〃阀。破真空时。依次关闭所有阀门，管道、炉体内充气后，打开炉体。
3、熔炼：真空感应炉冶炼所用原料必须清洁、无油、无锈、无污物。称量准确。
（1）装料：装料时，要上松下紧，一次装完，补加的合金小料装入炉盖上的料仓内。返回 钢、纯铁、镍、铬、铝、钨、钴、高钒等可装入坩埚内。返回钢在底部，纯铁在四周，钴在底部或中下部，镍在中下部，铬在中部，钼、钨、高钒在中上部，铜在中上部。其它补加的合金料按如下顺序加人料仓：硅、钛、铝、铌、锰、硅钙、硼铁、钙、稀土、碳。装料的同时，把经过烘烤的锭模、帽头、漏斗装入浇注室。
（2）熔化：电气、水冷、真空系统．机械系统、测温装置、加料槽、感应圈、窥视孔经检查合格后：关闭4〃、6〃阀门，打开5〃阀，合炉抽真空，小功率送电。真空度满足要求后，可适当提高功率。熔化期间，不可随意倾动坩埚，以防炉科掉出，发现炉料架桥可倾动坩埚使料下落。炉料熔化80～90%，后加装在科槽中的铜铌等。全熔后，钢液面平稳，温度达到要求．进入精炼期。
（3）精练期：锰、硅钙、硼铁、钙、稀土合金在预真空下加入；硅、钛、铝在高真空下加入。合金小料加入后，倾动坩埚，提高功率进行磁力搅拌。达到出钢温度，关闭所有阀门，停泵出钢。
4、浇注：开始慢浇，中间适中，浇至帽口线上三分之一处迅速充填直至浇注完毕。迅速撤除真空，吊出钢锭模，注后40分钟方可脱模。
5、特殊情况处理
（1）破真空：遇有下列情况需破真空。炉料严重架桥；真空度达不到要求，检查炉内是漏水、渗水；低真空有严重打弧。
（2）突然停电时，迅速关闭所有阀门。
（3）功率表（见右图）、电流表、电压表指针突然剧烈摆动，要注意发生漏炉，立即停电，如果料全熔，可加入合金小料，倾动坩埚搅拌．关用所有阀门。停泵出钢。
（4）熔炼过程中，需调节补偿电容值，必须先调励磁调节钮，使中频电流、中频电压、中频功率回零，再改变电容按钮。

2. 冶金冶炼业实验室都能用到什么仪器

冶金冶肆握炼业实验室都能用到什么仪器
我国在钢铁冶金领域建立了若干个重点技术创新实验室，从采矿技术，选矿技术，烧结球团，高炉冶炼，非高炉炼铁，熔融还原，转炉冶炼，电炉冶炼，连铸技术，连铸连轧，冷却裂差庆技术，品种开发，镜像检庆亏验，节能技术，环保技术，流程优化，总图布置，自动控制，焦化配煤，焦油精制等各个方面进行研究开发。东北大学，北京钢铁研究总院，北京科技大学，宝钢技术中心，河钢钢研院，首钢研究院等都有这样的研究队伍和人才开发及培养机制。

3. 炼铁原理的实验中，酒精灯的作用

实验步骤:
1.检查装置气抄密性袭
2.加入三氧化二铁
3.通入一氧化碳
4.通入一氧化碳一段时间后，点燃酒精灯，加入三氧化二铁
5.停止加热
6.冷却后停止通CO

现象：红色的三氧化二铁变成黑色物质
澄清石灰水变浑浊
尾气处气体燃烧发出蓝色火焰

结论：1.CO有还原性，可以冶炼金属
2.CO有可燃性，可以作燃料

右边得酒精灯的作用：除去多于的CO，防止污染空气
一氧化碳的性质、用途：1.CO有还原性，可以冶炼金属
2.CO有可燃性，可以作燃料

4. 根据实验装置图，回答下列问题． （1）实验室用碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳，其化学方程式为______

5. 模拟炼铁的实验时要先通一氧化碳吗为什么

（1）炼铁的实验步骤是：反应前，先通一段时间一氧化碳，然后再加热（目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气，防止一氧化碳与其中的空气混合后，被点燃发生爆炸）．反应后，先撤走并熄灭酒精灯，等固体冷却后再停止通一氧化碳（目的是防止石灰水倒吸到玻璃管内，使其炸裂；也为了使固体冷却，防止刚还原出来的铁再次被氧化）．
（2）由于一氧化碳有毒，如果直接排放到空气中，会造成污染；所以在有关一氧化碳的实验时，都需要注意尾气的处理，常用点燃或收集的方法；
为防止CO与空气混合加热时引起爆炸，进行加热前要先通入CO排出装置内空气．故实验过程中，先要进行的是Ⅱ；
（3）生铁的性能比纯铁优越，故工业炼铁的主要产物是生铁；
故答案为：（1）Ⅱ；排尽玻璃管内的空气，防止发生爆炸；防止铁重新被氧化；
（2）在b导管处用气球收集或点燃；
（3）生铁．

6. 铁的冶炼原理（1）炼铁原理的实验装置图（2）实验操作步骤：①检查装置气密性②装药品并固定装置③通____

（2）根据CO具有可燃性，与玻璃管中的空气混合受热会发生爆炸，因此，应先回通CO排尽玻璃管中的空气，然后答再加热．所以实验前，为了防止要先通入一氧化碳，然后再加热；实验结束后，要先停止加热，玻璃管冷却后再停止通入一氧化碳；为了防止灼热的铁被进入的空气氧化；故填：一氧化碳；点燃酒精灯加热；停止加热；继续通一氧化碳直到玻璃管冷却；排尽装置中的空气，防止加热发生爆炸；防止灼热的铁被进入的空气的氧气氧化；
（3）一氧化碳有毒，应该进行尾气处理，常见的尾气的处理方法为对尾气进行点燃或收集．故填：尾气中含有一氧化碳，会污染空气；点燃或收集；
（4）一氧化碳在高温的条件下能将红色的氧化铁粉末还原为黑色的铁粉，同时生成二氧化碳气体；二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水；故填：红色粉末变成黑色；澄清的石灰水变浑浊；
（5）玻璃管A中反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO