В. С. ВЕСЕЛОВСКИЙ, И. В. ШМАНЕНКОВ,
Е. В. НОСАЧЕВ
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
В ЛАБОРАТОРНОЙ ПРАКТИКЕ
ИЗДАНИЕ ПЯТОЕ ДОПОЛНЕННОЕ
МХТ-СОСР
ГКЕ’КИЙеЪ? 'к-ДТОЮТ!
Химич ск fi <азод
Гехяяч-с^а-! иоттка
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ХИМИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА	1951	ЛЕНИНГРАД
542
В—38
15-4-3
В книге описаны лабораторные электрические и
газовые нагревательные приборы, а также даны ука-
зания по их расчетам, изготовлению и применению.
Настоящее издание переработано и дополнено
сведениями о новых материалах и приборах, выпу-
скаемых промышленностью.
Книга предназначена для работников исследова-
тельских, заводских и учебных лабораторий.
К ЧИТАТЕЛЮ
Издательство просит присылать Ваши замеча-
ния и отзывы об этой книге по адресу: Москва,
Новая площадь, 10, подъезд И, Госхимиздат.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ................................................. 5
Введение..................................................... 6
Глава 1. Основные понятия в лабораторной теплотехнике........ 9
Принципы устройства лабораторных нагревательных приборов .	9
Передача тепла............................................ 11
Коэффициент полезного действия............................ 17
Тепловой баланс .......................................... 20
Глава II. Электрические нагревательные приборы .............. 21
Принцип действия электрических печен и приборов........... 21
Превращение электрической энергии в тепловую.............. 22
Приборы для работы при температурах от 30 до 400°......... 25
Плиты................................................. 25
Бани .................................................. 29
Сушильные шкафы и термостаты........................... 31
Специальные нагревательные приборы..................... 37
Электродный нагрев жидкостей.............................. 40
Печи с металлическим нагревателем для работы пэи температу-
рах 1100—1200°......................................... 41
Тигельные печн........................................ 41
Муфельные печи........................................ 42
Трубчатые печи........................................ 45
Печи с внутренним	нагревателем......... 51
Печи для работы при	температурах выше 1100—1200°......... 54
Каскадные печи........................................ 55
Молибденовые печи...................................... 57
Вольфрамовые печи...................................... 59
Печи с карборундовым нагревателем...................... 63
Печи с жидким нагревателем............................. 68
Угольные печи ........................................ 69
Криптоловые печи....................................... 71
Дуговые печи............................................. 78
Индукционные печи......................................... 81
Принцип действия................................• . . . 81
Устройство печей ..................................... 84
Индукционные лабораторные высокочастотные печи для плав-
ки металлов на воздухе.............................. 88
Индукционные лабораторные высокочастотные печи для плавки
металлов в вакууме и защитной газовой среде......... 91
Общие указания для работы с электрическими приборами .... 100
Источники тока.........................................100
Трансформаторы.........................................100
Автотрансформаторы....................................103
Внутрилабораторная сеть................................104
3
Распределительные доски...............................108
Реостаты...............................................Ю8
Обзор тепловых характеристик приборов разных типов .... 114
Ремонт приборов ...................................... 116
Материалы для проводников тока...........................122
Сплавы для измерительных приборов и эталонов..........122
Проводники для нагревателей и реостатов...............122
Глава 111. Приборы, работающие на газовом, жидком и твердом
топливе.....................................................147
Нагревание газом.........................................147
Основные понятия......................................147
Карбюрирование воздуха................................155
Газогенераторы........................................158
Газовые приборы..........................................161
Горелки...............................................161
Паяльная трубка ...................................... 170
Газовые регуляторы и газомеры.........................172
Газовые печи..........................................175
Приборы для низких температур.........................181
Печи, работающие на жидком и твердом топливе.............182
Печи, работающие на жидком топливе....................182
Печи, работающие на твердом топливе...................192
Воздуходувки для газовых и керосиновых печей.............195
Нагревательные приборы для походных и полевых лабораторий 195
Сушильный термостат...................................19о
Угольный муфель для озоления и прокаливания...........195
Походная паяльная горелка ............................ 197
Ацетиленовая печь КАП-2 ВИМС..........................197
Глава IV. Вспомогательные материалы и приборы...............199
Огнеупорные и термоизоляционные материалы................199
Глина.................................................202
Пористые термоизоляционные блоки......................203
Фарфор................................................203
Шамот.................................................206
Кварцевый песок.......................................208
Плавленый кварц.......................................208
Динас.................................................209
Диатомит, трепел, опока...............................210
Окись магния (магнезия)...............................211
Хромит................................................213
Окись циркония........................................213
Корунд................................................213
Графит и уголь........................................215
Карборунд.............................................215
Асбест ...............................................216
Слюда.................................................217
Замазки...............................................217
Глава V. Терморегуляторы....................................219
Терморегуляторы, основанные на объемном и линейном расшире-
нии ....................................................219
Терморегуляторы, основанные на изменении	электропроводности 227
Использование в качестве терморегуляторов приборов для изме-
рения температуры.......................................229
ПРЕДИСЛОВИЕ К 5-му ИЗДАНИЮ
5-е издание книги «Нагревательные приборы в лабора-
торной практике» дополнено описанием материалов и при-
боров, выпускаемых в настоящее время советской промыш-
ленностью.
В книгу включены описания мощных нагревательных
установок новых конструкций, применяемых в лаборато-
риях.
Расчетные данные приведены для материалов, употреб-
ляемых в настоящее время при изготовлении нагреватель-
ных приборов.
Большой опыт практического применения нагреватель-
ных приборов в лабораторной практике позволил авторам
выявить ряд конструктивных недостатков, имеющихся в
используемой аппаратуре, а также наиболее удачные
конструкции приборов. Этот опыт должен быть учтен при
производстве лабораторного оборудования.
ВВЕДЕНИЕ
При выполнении многих лабораторных работ требуется
нагревание обрабатываемых веществ и изделий в широких
пределах температур—от нескольких десятков градусов до
2500—2800°. В зависимости от технических требований на-
гревание осуществляется открыто на воздухе либо в защит-
ной среде, при атмосферном давлении или в вакууме. В ря-
де случаев нагреваемые изделия имеют значительный объ-
ем и вес (до нескольких десятых кубического метра и до
десятков килограммов). Наряду с этим иногда требуется
нагревать предметы весом в несколько тысячных долей
грамма.
Для удовлетворения возрастающих из года в год запросов
исследователей отечественная промышленность создала и
освоила производство многих типов нагревательных при-
боров.
Лабораторные нагревательные приборы могут быть раз-
делены на следующие группы:
I. Электрические печи сопротивления.
1.	Трубчатыепечи:
а)	до 1200°, с металлическим нагревательным элемен-
том:
б)	до 1400°, с карборундовым или криптоловым нагре-
вательными элементами;
в)	до 2000°, с металлическим нагревательным элемен-
том для работы в защитной газовой среде;
г)	до 3000°, угольные.
2.	Тигельные печи:
а)	до 1200°, с металлическим нагревательным элемен-
том;
б)	до 1500°, карборундовые;
в)	до 2000°, с металлическим нагревательным элемен-
том для работы в защитной газовой среде;
6

г)	до 2500°, с металлическим нагревательным элемен-
том для работы в вакууме.
3.	Муфельные печи:
а)	до 1100°, с металлическим нагревательным элемен-
том;
б)	до 1300°, карборундовые.
II. Электрические нагревательные приборы для невысоких
температур.
1.	Бани:
а)	до 100°, водяные;
б)	до 400°, песочные.
2.	Термостаты:
а)	до 100°, водяные;
б)	до 300°, воздушные;
в)	до 300°, масляные.
3.	Сушильные шкафы:
а)	до 300°, воздушные;
б)	до 300°, вакуумные.
4.	Специальные нагревательные приборы:
а) обогревательные воронки для горячего фильтрова-
ния;
б)	нагревательный вкладыш для вакуум-эксикатора;
в)	нагреватели воздуха;
г)	кипятильники для воды.
III.	Электрические индукционные печи до 1300—20003,
для нагревания на воздухе, в вакууме и в защитной газовой
среде.
IV.	Электрические дуговые печи:
а)	до 1400°, косвенного нагрева;
б)	до 2000—2500°, прямого нагрева (главным образом
для плавки металлов).
V.	Пламенные печи и нагреватели:
а)	газовые горелки;
б)	печи газовые и печи для жидкого и твердого топлива;
в)	приборы для низких температур.
Наибольшее распространение в лабораторной практике
находят электрические нагревательные приборы. Это объяс-
няется их эксплуатационными преимуществами, к числу
которых относятся: возможность автоматического регули-
рования температуры, управление и контроль на расстоя-
нии, простота обслуживания и ремонта, низкая стоимость
и др.
Рассмотрим вкратце основные особенности указанных
выше групп приборов.
7
Электрические печи сопротивления в зависимости от фор-
мы рабочей зоны разделяются на трубчатые, тигельные и
муфельные. Все эти печи выполняются либо с металличе-
скими нагревательными элементами, изготовляемыми из
различных жароупорных сплавов в виде проволоки и лен-
ты, либо с карборундовыми, угольными или графитовыми
нагревательными элементами.
В зависимости от предъявляемых требований печи со-
противления выпускают для работы на воздухе, в защитной
газовой среде и в вакууме.
К группе электрических нагревательных приборов, рас-
считанных для нагрева до невысоких температур, относятся
различные бани и термостаты (водяные, воздушные и мас-
ляные), сушильные шкафы (воздушные и вакуумные), рабо-
тающие в интервале температур до 300°, а также различные
специальные подогреватели-плитки, кипятильники воды,
нагреватели колб и воронок и другие аналогичные устрой-
ства. Эти приборы употребляются, главным образом, для
нагревания жидкостей и сушки.
Электрические индукционные печи (низкочастотные и
высокочастотные) применяются в лабораторной практике
для нагрева и плавления различных металлов на воз-
духе, в газовой среде и в вакууме. В этих печах достига-
ются высокие температуры, обычно до 2000°.
Электрические дуговые печи применяются главным об-
разом для плавления металлов. Особенностью их является
небольшая величина зоны максимального нагрева (до 3500°)
и крайняя неравномерность распределения температуры
в рабочем пространстве.
Пламенные печи и нагреватели—газовые, керосиновые,
угольные и т. п.—имеют очень разнообразное применение.
В обращении эти приборы менее удобны, чем электрические.
Тем не менее они обладают рядом ценных свойств, что
в некоторых случаях дает возможность предпочесть их элек-
трическим. Например, газовые горелки широко распро-
странены в самых разнообразных лабораториях. В керами-
ческих лабораториях пока незаменимыми являются газовые
и форсуночные горны.
Простота конструкции и удобство пользования прибо-
рами этой группы позволяет пользоваться ими там, где при-
менение электроэнергии затруднительно или даже невоз-
можно, например в экспедиционных условиях.
ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ЛАБОРАТОРНОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКЕ
Принципы устройства
лабораторных нагревательных приборов
Нагревание редко осуществляется так, что необходимое
тепло развивается в самом нагреваемом теле. Обычно для
этого служит специальный нагреватель, которым является
или топка для сжигания топлива, или проводник электри-
ческого тока с большим сопротивлением.
Часть прибора, в которую помещают нагреваемые тела,
называется его рабочим пространством. Чтобы помешать
теплу рассеиваться в среду, окружающую прибор, его ра-
бочее пространство и нагреватель помещают в тепловую
изоляцию—оболочку, плохо проводящую тепло.
Таким образом, в общем случае нагревательный прибор
состоит из рабочего пространства, нагревателя и тепловой
изоляции. Конструктивное оформление этих частей может
быть чрезвычайно разнообразным в зависимости от назна-
чения прибора и источника тепла.
Основной хар ктеристикой конструкций нагревательных
приборов служат условия передачи тепла: чем легче пере-
дается тепло от нагревателя нагреваемому телу и чем меньше
потери тепла в окружающее пространство, тем совершеннее
конструкция и тем выше коэффициент полезного действия
(к. п. д.).
Более подробную характеристику конструкции дает теп-
ловой баланс прибора, на основании которого можно не
только вычислить к. п. д., но и установить, где возникает
тепло и куда оно расходуется.
При конструировании нагревательных приборов следует
учитывать требования, предъявляемые к приборам в про-
9
цессе эксплуатации. Вследствие этого в ряде случаев при-
ходится мириться со сложностью конструкции и с понижен-
ным к. п. д. прибора. Из числа таких требований отметим:
необходимость обеспечить равномерную и определенную
скорость нагревания, постоянство температуры во времени,
удобство при пользовании прибором, ограничение мощно-
сти и размеров прибора и т. п.
Чтобы обеспечить более равномерное нагревание, в не-
которых случаях в рабочее пространство помещают тела
с хорошей теплопроводностью, которые служат передатчика-
ми тепла от нагревателя к нагреваемым предметам. Таки-
ми передатчиками могут быть массивные металлические
блоки или жидкости (вода, масло, расплавленные соли и ме-
таллы).
Металлические термостатические блоки для равномер-
ного распределения тепла более удобны в обращении, чем
жидкости, которые требуют перемешивания, вызывают за-
грязнение рабочего места и нагреваемых предметов. Метал-
лические блоки приобретают все большее распространение
и являются существенной вспомогательной частью нагре-
вательных приборов.
Блоки чаще всего изготовляют из алюминия. Для неболь-
ших приборов вполне пригодна медь и железо. При высоких
температурах применяют блоки из нихрома, жаростойкой
стали, никеля и чугуна.
Постоянство температуры рабочего пространства при-
бора достигается регулированием мощности. Для этого при-
бор снабжают терморегулятором—приспособлением, поз-
воляющим регулировать температуру вручную или автомати-
чески. Достижению постоянства температуры рабочего про-
странства способствует большая теплоемкость прибора,
вследствие которой он приобретает большую тепловую инер-
цию, т. е. становится мало чувствительным к изменени-
ям размеров нагреваемого предмета и к колебаниям мощ-
ности.
Скорость нагревания определяется соотношением между
мощностью, с одной стороны, и теплоемкостью и потерями
тепла—с другой. Поэтому для быстрого нагревания необ-
ходимо применять большую мощность и пользоваться при-
борами с малой теплоемкостью. Быстро нагревающиеся при-
боры обычно снабжают слабой тепловой изоляцией, так как
при наличии мощной тепловой изоляции при быстром на-
гревании могут возникать местные перегревы, приводящие
к быстрому износу прибора.
10
Передача тепла
В теплотехнике различают три вида теплопередачи: теп-
лопроводность, конвекцию и лучеиспускание.
Теплопроводностью называется передача тепла от одной
части тела к другой без заметного перемещения частиц, из
которых это тело состоит. Если же тепло переносится вме-
сте с движущимся веществом, то такая передача тепла назы-
вается конвекцией. С точки зрения теплотехники лучеис-
пускание есть передача тепла через пространство в виде
лучистой энергии, т. е. передача электромагнитных колеба-
ний, которые возникают в пространстве около нагретого
тела и имеют ту же природу, что и видимый свет.
Бесконечное разнообразие встречаемых на практике слу-
чаев передачи тепла сводится к этим простейшим ее видам
или их, сочетаниям. Каждый из видов теплопередачи под-
чинен своим особым законам, на основании которых про-
изводят соответствующие расчеты.
Теплопроводность. Для расчета передачи теп-
ла необходимо знать коэффициент теплопроводности ко-
торый численно равен количеству тепла, проходящему в
1 сек. через 1 см2 стенки толщиной 1 см при разности тем-
ператур внутренней и внешней поверхностей стенки в 1°.
Теплопроводность зависит от химической природы и физи-
ческой структуры материала (плотные материалы лучше
проводят тепло, чем рыхлые), а также от температуры.
Количество тепла, отдаваемое в единицу времени через
стенку, можно вычислить по формуле
где Q—количество тепла в калориях, отдаваемое в 1 сек.
окружающему пространству;	&
к—коэффициент теплопроводности в кал! см-сек °C;
F—поверхность в см2;
t2—температура внутренней поверхности стенки в °C;
t±—температура внешней поверхности стенки в °C;
b—толщина стенки в см.
Если Q выразить в ккал, F—в м2, b—в м, время—в ча-
сах, то коэффициент теплопроводности К численно равен ко-
личеству тепла, проходящему в 1 час через стенку толщиной
1 м и площадью 1 м2 при разности температур внутренней
и наружной стенки в 1°;
К = 360 к ккал/м  час °C
11
В табл. 1 и 2 приведены коэффициенты теплопроводности
некоторых газов, твердых тел и жидкостей, с которыми ча-
сто приходится встречаться при изготовлении лабораторных
приборов.
Коэффициенты теплопроводности газов
Таблица 1
	к • 10е кал	К ккал	к • 10й кал	К ккал
Наименование газа	см>сек °C	м час СС	см* сек °C	м час °C
	при 0°С		при 100°С	
Воздух		57	0,0204	72	0,0260
Кислород ....	57	0,0206	74	0,0268
Азот		57	0,0206	72	0,0260
Водород ....	370	0,1320	510	0,1830
Пар водяной	39	0,0141	53	0,0192
Метан .	...	72	0,0260	—	—
Окись углерода	54	0,0195	—	—
Двуокись углерода	33	0,0120	50	0,0180
Таблица 2
Коэффициент теплопроводности некоторых материалов
Материал	Плотность	Темпе- ратура °C	X кал см'сек СС	К ккал м-час °C
Медь электролитическая .	8,90	0—200	0,94	340
Алюминий 99%-иый ....	2,65	0	0,505	180
		100	0,49	176
		300	0,45	160
		500	0,39	140
Латунь		8,4—8,7	20	0,23—0,31	93—111
Железо чистое			7,7	100	0,131	47
		300	0,116	42
		500	0,097	35
		700	0,080	29
Сталь углеродистая		7,8	100	0,081	29
		300	0,080	29
		500	0,072	26
		700	0,058	21
Чугун		7,28	0	0,117	42
		100	0,091	32
		300	0,085	31
		500	0,080	29
		700	0,069	25
Ртуть 		13,50	0	0,020	7.2
		100	0,028	10
12
Продолжечие
Материал	Плотность	Темпе- ратура °C	X 	-кал см сек °C	к ккал м час °C
Вода		1,00	0	0,0012	0,43
		30	0,0016	0,57
Керосин 		0,75	20	0,00036	0,13
Масло парафиновое		0,85	20	0,00034	0,122
		80	0,00029	0,104
Стекло 			2,7	20	0,0016	0,57
Фарфор		2,2—2,5	100	0,0025	0,90
Кирпич ... 		1,6	20	0,0013	0,47
		500	0,0015	0,54
Котельная накипь 		—	50—80	0,031	11,1
Графитовый электрод ....	1,6	20	0,012	4,3
Уголь древесный в порошке	0,4	20	0,0001	0,036
Асбест (волокно)		0,58	20	0,0005	0,18
Стеклянная шерсть. ....	0,5	20	0,0003	0,108
Трепел и диатомит (в порошке) .	0,4	20	0,0002	0,072
.Магнезия (в порошке) ....	0,36	20	0,0003	0,108
Шамот (в порошке)		0,65	20	0,0009	0,32
Опилки древесные		0,215	20	0,00015	0,054
Пробковая плитка		0,085	20	0,00008	0,029
Пробковая крупка 1—3 мм . .	0,16	20	0,00013	0,047
Вата	  .	0,09	20	0,0001	0 ,036
Бумага и картон. . .	. .	0,80	20	0,0003	0,108
Дерево сосновое ......				
вдоль волокна 		0,8	20	0,0003	0,108
поперек волокна		0,8	20	0,0001	0,036
Резина 			1,07	20	0,0001	0,036
Если термоизоляция состоит из нескольких слоев, то				
теплопередачу вычисляют по формуле				
О — —--------—-— ------г---- ккал/час
А , A. j_________и _ -
K2F2	KnF„
где t2	—температура внутренней стенки при-
бора в °C;
— температура внешней стенки прибора
в °C;
Ь1У Ь2, , Ьп —толщина отдельных слоев в .м;
Ki,K2, ..., Кп— коэффициенты теплопроводности в
ккал! м-час °C;
F v, F2, ...,Fn —поверхности каждого слоя в лг2.
Очевидно, что приведенные формулы дают возможность
вычислить температуру на одной из поверхностей стенки,
если известны остальные данные:
I — / _i_
•л ч
13
На рис. 1 показана зависимость коэффициента теплопро-
водности от температурыТдля некоторых огнеупорных ма-
териалов.
Рис. 1. Изменение коэффициента теплопроводности огнеупор-
ных материалов в зависимости от температуры.
Пример 1. Определить количество тепла, проходящее за 1 час (3600
сек.) через муфель с поверхностью F=l,3 м2 (13 000 см2) и толщиной
стенок 6=2 см при температуре наружной стенки муфеля <2=1400°,
а внутренней <1=1360°, Х=0,03 кал/см-сек °C.
„ „ „ 13 000(1400— 1360)
Q = 0,003 --------g---------- 3600=2 808 000 кал/час.
Пример 2. Вычислить потерю энергии в электрической печи,
обусловленную теплопроводностью графитового электрода (среднее
К=90 ккал/м-час °C) диаметром d=150 мм (0,15 м), причем темпера-
тура для точек, удаленных друг от друга на 600 мм (0,6 .и), рав-
няется <2=1100° и <1=250°.
тс-0,152 (1100 — 250)
Q = 90---------4лГб-------- = 2240 ккал/час
14
Пример 3. Вычислить потерю тепла через изоляцию из магнезии
для трубчатой электрической печи. Внешний диаметр нагревательной
трубки ф=33,4 мм (0,0334 м), внешний диаметр изоляции б/г=135 мм
(0,135 м), температура на внешней поверхности нагревательной трубки
/2=180°, а на поверхности изоляции /]=38°. Коэффициент теплопро-
водности для магнезии Л=0,06 ккал/м- час °C. Длина печи /=300 мм
(0,3 м}, толщина изоляции Ь=50,8 мм (0,0508 м).
Для вычисления необходимо найти среднюю логарифмическую пло-
щадь теплопередачи:
/2л№ —rfj)	0,3-2л (0,135 — 0,0334)
Fcp-— d2 —	0>135	=0,069 л2
1п“ф	1п 0,0334
0,06-0,069 (180 — 38)
Q = ------о 0508-----= 11,5 ккал/час
Теплопередача конвекцией. Для рас-
чета передачи тепла в этом случае необходимо знать коэф-
фициент теплопередачи конвекцией а, который для техни-
ческих расчетов обычно равен количеству тепла, переда-
ваемому 1 м2 поверхности за 1 час при разности температур
среды и поверхности в 1° С:
Q=a(t— t0)
где Q—количество тепла в ккал/м2 • час\
а—коэффициент конвекции;
t—температура поверхности в °C;
to—температура среды в °C.
Коэффициент теплопередачи конвекцией зависит как от
характера среды, так и от скорости движения газа или жид-
кости, служащих передатчиками тепла при нагревании или
охлаждении прибора (естественное перемешивание среды
от поднятия более нагретых слоев вверх и опускания более
холодных слоев вниз, искусственно вызванное движение—
тяга, дутье и т. п.).
При расчетах приборов, охлаждаемых или нагреваемых по-
током воды, движущимся со скоростью от 0,05 до 2 м/сек, ко-
эффициент теплопередачи конвекцией вычисляют по формуле
а = 300+ 1800 ]/п~
где у—скорость движения воды в м/сек.
Для воды коэффициент теплопередачи конвекцией при-
ближенно можно считать равным:
Для некипящей воды .	....	500
То же, с применением перемешивания 3000
Для кипящей воды............ 5000
То же, с применением перемешивания . + 6000
Для конденсирующегося пара . . .	9000— 10 000
15
Если в приборах тепло передается от газа к стенкам
или наоборот, то при движении газа со скоростью v от 1
до 100 м/сек, коэффициент теплопередачи конвекцией вы-
числяют по другой формуле:
а = 2 + 10}/ v
Если газы находятся в покое или движутся со скоростью
до 0,3 м/сек, то значение а колеблется от 2 до 8.
При технических расчетах часто пользуются общим
коэффициентом теплопередачи, который включает тепло-
проводность и конвекцию. Блахер приводит следую-
щие данные для общего коэффициента теплопередачи
(ккал/м2• час °C):
От воздуха или дымовых газов через глиняную
стенку—воздуху........................... 5
От воздуха или дымовых газов через чугунную
стенку — воздуху .	............ 10—14
От воздуха или дымовых газов через железную
стенку — воде (а также в обратном направ-
лении) .................................. 13	— 20
От пара через железную стенку — воздуху. .	11 — 18
От пара через железную стенку — воде . . .	800 — 1000
Лучеиспускание. Если тело помещено в замк-
нутую со всех сторон оболочку, то тепло, передаваемое им
оболочке, вычисляют по формуле Стефан-Больцмана
р	Г/ т \4	/ т \41
Q = ~=- = 4,96с (тка) —тид	ккал/м2-час (°К)4
г	\iuu/ j
ИЛИ
2L = Г/ Т\* _ / То VI	0
F 10 ООоЦюо/ V100/ J
где	Q—количество тепла, отдаваемое единицей по-
верхности тела в единицу времени;
Р—мощность;
F—поверхность тела;
4,96 и 5,75—коэффициенты лучеиспускания для абсо-
лютно черной поверхности;
с—коэффициент черноты данного тела;
Т и То—абсолютные температуры тела и оболочки.
* К. Блахер, Теплотехника в лаборатории и производстве, М.,
Госиздат, 1930.
16
Приводим коэффициент черноты твердых
пературе ниже 1000°:
тел при тем-
Сталь неокисленная . .	...	0,44
,, окисленная.............................. 0,9
Железо	окисленное	. .	  0,22
Нихром	накаленный............................. 0,90
Никель	......	  0,35
Алюминий ....	. .	...	.	'0,50
Мтдь полированная. .	.	.	0,10
,, окисленная ...	.	....	0,72
Латунь блестящая ...	.	. .	0,07
,, тусклая. ...	....	. .	0,23
Серебро ...	................... .	0,07
Платина.................................. .	.	0,33
Огнеупорные материалы ......................... 0,9	— О',7
В общем случае в теплопередаче принимают участие Есе
три ее вида, но при низких температурах на долю луче-
испускания приходится
очень небольшая часть.
На рис. 2 приведена
кривая передачи тепла
нагретой поверхностью,
находящейся в спокой-
^'щом воздухе (т. е. в воз-
WyiMxe без принудитель-
1щй циркуляции). Эта
*4 кривая позволяет при-
в^близительно определить
тепловые потери при-
бора по температуре
внешней его поверхно-
сти.
С повышением темпе-
ратуры возрастает роль
лучеиспускания, и тело,
накаленное выше 800°,
через лучеиспускание.
Температура поверхности. °C
Рис. 2. Зависимость гогери тепла от темпе-
ратуры .‘.озерхнотти нагретого тела (три тем-
пературе окружающего воздуха около 10°).
большую часть тепла отдает уже
Коэффициент полезного действия
Одной из главных характеристик прибора является его
коэффициент полезного действия (к. п. д.). Он равен отно-
шению полезной энергии! полумда^й'гН^! решаемым телом,
к общему количеству	ирибором.
I Химич СКй "завод I	17
2 В. С. Веселовский и др. ИеХЯИЧтСгай fri; , 9|4ПГ „ J
В тех случаях, когда в лаборатории возникает необхо-
димость в определении к. п. д. прибора, полезную тепловую
энергию учитывают одним из трех способов:
а)	по данным теплового баланса, снимаемого в эксплуа-
тационных или стандартных условиях;
б)	измерением количества тепла, расходуемого на на-
грев, а в отдельных случаях и на испарение воды, находя-
щейся в сосуде*, дно которого полностью закрывает нагре-
вающую поверхность прибора («водяной способ»);
в)	по расходу тепла на нагрев тела, помещаемого в ра-
бочее пространство прибора, масса и теплоемкость которого
известны (например, блок из металла).
Коэффициент полезного действия некоторых приборов
приведен в табл. 3.
Таблица 3
Коэффициент полезного действия некоторых приборов
Приборы
Водонагреватели..............
Плиты с открытым нагревателем
То же, с закрытым нагревателем
Чайники......................
Кастрюли.....................
Спиртовки, примусы, газовые
горелки......................
Фитильные керосинки . . . .
Коэффициент полезного действия, %
электри- ! ческие 1 !	газовые или па жидком топливе	обогреваемые дровами или углем
85—95	50—60		
50-60	—	—
40—55	35—45	12
70—80	—	—
65—75			
—	~35	—
—	45	-
Примечание. Приведенные величины определены по ..водяному1-
способу.
Коэффициент полезного действия зависит от величины
прибора. Чем меньше прибор, тем труднее добиться высо-
кого к. п. д.
* ГОСТ 303—41. Приборы электронагревательные быювые перекос-
ные (основной стандарт).
18
Тепло, полученное
за счет горения газа
4. = 70 % / Приход тепла, too % Расход тепла 	J Нагревание и плавление металла c,t + Lt= 40% Д -	-1 		«'р- ! 	| Образование шлака	i	у Тепло горячего '	дутья (воздуха) Р=2й% д 1 а=1°0/° f ТёПЛО ДОЛЧЖСС ‘ них реакций С шихпде (угор металлу  7- Уже л? апла ведой охлаждения ар- матуры <у2% Унос тепла *	дымовыми газами К т20%
C^t + Рис. 3. Теплорой	S	Теплоотдача в онружающве |	пространство ую%> Нагрева пае частей лечи 6	% баланс газового гогна при плавке металла на горячем ду’ье.
2*
Тепловой баланс
Тепловым балансом называется учет всего количества
тепла, получаемого и расходуемого в приборе. Тепловой
баланс составляется из следующих статей:
Приход
1. Тепло, полученное извне (Л).
2. Тепло, возникшее в нагреваемом теле (а).
Расход
I.	Полезное тепло:
1.	Тепло, пошедшее на нагревание тела (ci).
2.	Тепло, поглощенное физическими и химическими
процессами (L).
II.	Потери тепла:
3.	Тепло, пошедшее на нагревание частей прибора
(Mi +	+•••)=
4.	Тепло, потерянное через тепловую изоляцию (71).
5.	Тепло, унесенное отходящими газами (72).
6.	Тепло, унесенное охлаждающей водой (73).
На рис. 3 графически показано, из чего складывается
тепловой баланс газового горна при плавке металла на го-
рячем дутье.
Следовательно, если верно учесть все статьи, то по за-
кону сохранения энергии расход тепла должен быть равен
приходу.
Тепловой баланс дает возможность видеть, как распре-
деляется тепло в приборе, и делать из этого соответствую-
щие конструктивные и оперативные вызоды.
На основании данных теплового баланса вычисляют
к. п. д. прибора (?]) по формуле
ГЛАВА II
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Принцип действия электрических печей и приборов
Все электрические печи и нагревательные приборы мо-
гут быть разделены на следующие три основные группы:
1) устройства, в которых тепло выделяется проводниками
с большим сопротивление?,!; 2) индукционные агрегаты, в
которых энергия передается индукцией; 3) дуговые печи,
в которых нагрев осуществляется за счет тепла, создавае-
мого электрической дугой.
В печах и приборах сопротивления тепло развивается
при прохождении электрического тока через нагреватель-
ный элемент (проводник). Общее сопротивление проводника
(/<) зависит от его длины, поперечного сечения и удельного
электрического сопротивления и определяется по формуле
где —удельное сопротивление при температуре t в ом  мм2/м;
I—длина в я-,
F—поперечное сечение в мм2.
Нагревание обрабатываемого материала или изделия
может быть осуществлено прямым или косвенньш путем.
При прямом нагреве тепловая энергия выделяется в са-
мом нагреваемом материале, т. е. подлежащий нагреву ма-
териал используется в качестве проводника, через который
пропускают ток. При косвенном нагреве тепловая энергия
передается за счет конвекции и лучеиспускания от нагре-
ваемого проводника к подлежащему нагреву изделию.
В большинстве случаев нагреваемые объекты по некото-
рым свойствам и форме нс отвечают требованиям, предъяв-
ляемым к электрическим сопротивлениям. Поэтому в электри-
ческих печах сопротивления и электронагревательных при-
борах преимущественно имеет место косвенный нагрев,
21
Принцип действия индукционных печей заключается в
следующем: при пропускании переменного тока через пер-
вичную обмотку печи во вторичной обмотке, представляю-
щей собой обычно один короткозамкнутый виток, возбуж-
дается ток вследствие электромагнитной индукции.
Принцип действия электрических дуговых печей основан
на явлении электрического разряда между двумя электро-
дами. При соприкосновении двух электродов между ними
возникает искрящий контакт с большим сопротивлением,
благодаря которому происходит разогревание части элек-
тродов, а также окружающего воздуха. Под воздействием
электрического разряда воздух ионизируется и становится
достаточно хорошим проводником электрического тока. На-
гретые концы проводников можно раздвинуть, не прерывая
тока, и накаленный газ будет поддерживать контакт. При
этом между двумя электродами образуется пламя электри-
ческой дуги. В дуговых печах применяются угольные и
графитовые электроды.
Дуговые печи разделяются на три группы: а) прямого
действия; б) косвенного действия; в) комбинированные.
К группе печен прямого действия относятся печи, в ко-
торых электрическая дуга образуется между электродами
и расплавляемым материалом, непосредственно нагревая
последний.
В печах косвенного действия электроды расположены
над плавильным тиглем. В комбинированных печах имеется
один электрод, а расплавляемый материал играет роль на-
гревательного сопротивления.
Дуговые электрические печи дают очень неравномерный
нагрев и применяются в тех случаях, когда равномерность
нагрева необязательна.
Превращение электрической энергии в тепловую
Электрический ток, проходя по проводнику и преодоле-
вая его электрическое сопротивление, совершает определен-
ную работу, на которую затрачивается некоторое количе-
ство электроэнергии, превращающейся в тепло. Количество
тепла, выделяемого электрическим током в проводнике,
прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивле-
нию проводника и времени, в течение которого по про-
воднику проходит электрический ток (закон Джоуля и
Ленца), т. е.
Q = /!/ -
22
где Q—количество тепла в джоулях;
I—сила тока в амперах;
г—сопротивление проводника в омах;
т—время в сек.
Для того чтобы перешедшую в теплоту электрическую
энергию выразить в тепловых единицах (малых калориях),
необходимо значение количества электрической энергии
помножить на коэффициент с=0,239 ^: 0,24 (табл. 4).
Таблица 4
Соотношения между единицами энергии
Наименование	Эрг	Джоуль (ватт-сск.)	Калория	Киловатт-час
1 эрг	 1 джоуль. . . . 1 калория 1 киловатт-час . .	1 10’ 4,19-10’ 3,60-Ю*3	10~7 1 4,19 3,60-106	0,239-10-7 0,239 1 860-103	2,78-1О’~14 2,78-10~7 1,16-10“6 1
По закону Ома напряжение Е = 1г. Подставив в преды-
дущее выражение значение г, получим
Q=
Эти уравнения справедливы непосредственйо~длй постоян-
ного тока.	~~~~—
Для переменного тока Е и I непрерывно изменяются
по закону гармонических колебаний (синусоидально). Кро-
ме того, самоиндукция и емкость вызывают смещение фаз
тока и напряжения.
Когда смещение фаз невелико и им можно пренебречь,
то предыдущими уравнениями можно пользоваться при
условии, что под Е и I понимают не их действительные
мгновенные значения, а средние эффективные значения Ее
и Iе, регистрируемые обычными электроизмерительными
приборами. Если же смещение фаз велико, то его прихо-
дится принять в расчет, пользуясь следующими уравне-
ниями:
Е = Ео sin а~
I = /0 sin (а- — ®)
где Ео и /0—максимальные значения электродвижущей си-
лы и силы тока (их амплитуда);
а—постоянный коэффициент;
<р—угол, на который сила тока отстает от на-
пряжения.
'3
Мощность тока в каждый момент выразится уравнением
Р = 1Е = J0E0 sin a- sin (а~ — <?)
Среднее значение для произведения этих синусов равно
с№)?-. Поэтому средняя мощность переменного тока
Чтобы сделать это уравнение удобным для расчетов, за-
меняют максимальные значения напряжения и силы тока
на их средние эффективные значения:
/0 = //Г2"; £0=ЕЛ/2-
Тогда окончательно средняя мощность будет равна
д
ЛР- = Л Ее cos <? = —
Внутри проводника, по которому проходит ток, работа
тока А полностью превращается в тепло Q:
A = Q
Превращение работы тока в тепло связано с повышением
температуры t проводника. Если теплоемкость проводника
С, а масса т, то количество тепла, полученное проводни-
ком, равно Cmt.
Отсюда
А = Q = Cmt
Вычислять температуру проводника по этой формуле
можно только в случаях очень кратковременного действия
тока. При сколько-нибудь продолжительном нагревании
часть тепла q передается окружающей среде, вследствие чего
А — q — Cmt
Теплоотдача q увеличивается с увеличением разности
температур среды и проводника, и поэтому по мере нагре-
вания проводника повышение температуры становится мед-
леннее и, наконец, прекращается, когда проводник начи-
нает отдавать столько же тепла, сколько ему сообщает ток:
устанавливается так называемое тепловое равновесие.
Точное вычисление температуры проводника в большин-
стве случаев невозможно, поэтому на практике ограничи-
ваются указанием предельной плотности тока, которую на
основании опытных данных можно допустить для данного
проводника, не опасаясь повреждения его от перегревания.
При прочих равных условиях температура проводника бу-
дет тем быстрее повышаться, чем меньше его теплоемкость С
24
и чем меньше поверхность, через которую идет теплоотда-
ча q. Практически это означает, что проводник с большим
удельным сопротивлением будет нагреваться скорее и в со-
стоянии теплового равновесия будет иметь более высокую
температуру, чем проводник с малым удельным сопротив-
лением. На. этом принципе основаны все электрические на-
гревательные приборы.
Для практического осуществления электронагревания
пользуются или проводниками из материалов с большим
удельным сопротивлением (некоторые металлы, уголь и
т. п.) или электрической дугой, которая по существу есть
тоже проводник с очень большим сопротивлением. Элек-
трическая дуга позволяет получать большое падение потен-
циала, а следовательно, и весьма высокую температуру на
очень коротком участке цепи.
Приборы для работы при температурах от 30 до 400°
К этой группе относятся приборы, которые служат, глав-
ным образом, для нагревания жидкостей и для сушки: пли-
ты, бани, сушильные шкафы, термостаты и др.
Плиты. Плитами называются нагревательные приборы
с плоской поверхностью нагрева. Было предложено очень
много конструкций электрических плит, но на практике
наибольшее распространение получили плиты с керамиче-
ской рабочей поверхностью, в желобах которой уложен
нагреватель в виде проволочной спирали (рис. 4)* **. Мощ-
ность плит 400, 600 и 800 вт. Керамическую пластинку
с нагревателем монтируют в металлический кожух ‘ : , к ко-
торому крепят провод со штепсельной вилкой.
Очень удобны также цельнокерамические плиты (рис. 5)
без металлического кожуха. Они не подвержены коррозии
и очень дешевы. При изготовлении их необходимо подби-
рать такой состав керамической массы, который обеспечи-
* Здесь и в дальнейшем изложении мы пользуемся принятым в прак-
тике термином «спираль», хотя подразумевается «соленоид».
** Лучшим материалом для кожухов плит и Сань служит нержавею-
щая сталь, а также алюминий, который довольно стоек к воздействию
различных химических соединений. На второе место следует поставить
латунь. Применение обычной стали нежелательно, так как она плохо
® сопротивляется коррозии, а защитное покрытие лаком практически
мало помогает.
Кожух должен иметь ножки высотой 60—80 мм, чтобы стол под
плитой не нагревался выше 90°.
25
вал бы достаточную прочность корпуса при устойчивости
против резких изменений температуры.
Керамические пластинки для плит должны выдерживать
резкие .колебания температуры и обливание водой. Такими
свойствами обладает пористая керамика; при слишком боль-
Рис. 4. Расположение нагревательных спиралей у плит с керами-
ческой рабочей поверхностью:
А—при мощности 600—800 вт; Б—при мощности 400—600 вт.
шой пористости, однако, она становится недостаточно проч-
ной.
Пластины для плит должны изготовляться из талько-
шамотной, алундовой и шамотной массы. Диаметр пластин
145, 165 и 180 мм. Нижняя поверхность пластин должна
иметь рифления глубиной
не более 5 мм. Водопогло-
щение не более 20%. Пла-
стина должна выдерживать
двукратный резкий нагрев
до 700° с последующим
обливанием водой (ГОСТ
3955—47).
В плитах мощностью
800 вт и более нагрева-
Рис. 5. Цельноксрамическая плита
на 400—600 вт.
тельное сопротивление размещают по спирали, что дает
возможность сделать в центре плитки третий ввод для тока
и производить нагревание при трех ступенях мощности
(см. рис. 6).
В тех случаях, когда пользование прибором с открытым
накаленным сопротивлением недопустимо, например при
26
работе с легко воспламеняющимися веществами, плиту
покрывают металлическим кружком. Существуют для этой
цели и специальные плиты с нагревателем, утопленным в
цемент. При такой конструкции нагреватели очень быстро
перегорают и плиты почти не поддаются ремонту.
Рис. 7. Крепление контактов к
металлическому корпусу:
1—корпус; 2—электроизоляцион-
ная прокладка из слюды пли
асбеста; 3 — металлические шай-
бы; 4—гайка; 5 — провода к на-
гревательному сопротивлению и
сети; в—просвет между корпусом
и винтом (не менее 2 лип); 7—винт.
Рис. 6. Схел:а плиты с керамической
рабочей поверхностью и двумя нагре-
вательными спиралями. Мощность
600—800 вт:
1 — металлический корпус; 2 — кера-
мическая пластинка; 3 — закрепляю-
щее кольце; 4 — асбестовая проклад-
ка; s — скрученные вдвое концы на-
гое нательных спиралей; в — контак-
ты.
При изготовлении плит очень важно правильно произ-
вести крепление контактов к металлическому корпусу. Креп-
ление следует выполнять по схеме, изображенной на рис. 7.
Чтобы контакты не давали короткого замыкания на кор-
пус прибора, отверстие в корпусе для винта 7 должно быть
на 4—6 мм больше, чем диаметр винта. При стягивании гай-
ками 4 изоляционная прокладка 2 вдавливается в просвет 6
между винтом и корпусом, что создает удовлетворитель-
ную изоляцию. Для мощных приборов рекомендуется до-
полнительно изолировать винт в том месте, где он проходит
через кожух. Для этого на эту часть винта наматывают ас-
бестовое волокно, смоченное жидким стеклом.
Для однотипных массовых работ в лаборатории целесо-
образно пользоваться одной большой плитой. Остовом та-
кой большой плиты (рис. 8) и одновременно ее внешним
кожухом 4 служит большой противень, на дно которого
кладут асбестовый картон 2 толщиной 5—10 мм; две фар-
форовые трубки 3 длиной 220 мм и диаметром 8—12 мм
служат для закрепления скрученной в спираль нагрева-
тельной проволоки 4, которую засыпают песком или покры-
27
вают тонким листом асбеста. Песок и асбест периодически
меняют и этим поддерживают плиту в чистом состоянии.
Такие же плиты могут иметь и керамическую поверхность
с желобами для нагревательной спирали.
Часто плиты снабжают сложным нагревателем, состоя-
щим из нескольких секций, которые можно включать в
Рис. 8. Большая плита:
/ - корпус; 2—асбестовый картон; 3—фарфоровые трубки; 4—нагреватель;
А, В, В—контакты; 1, II, 111—штепсели.
разных комбинациях. Пронумеровав контакты (Л, Б, В)
и штепсели (/, II, III), составляют таблицу температур,
которые дает плита при разных комбинациях контактов и
штепселей.
Приводим пример, относящийся к одной из подобных
плит, оговаривая, что получаемая температура зависит
не только от сопротивления, но и от ряда других причин
(толщина верхнего слоя асбеста и пр.). Температура из-
мерялась термометром, положенным на рабочую поверх-
ность плиты (асбест). Рабочее напряжение 120 в.
	Комбинации контактов и штепселей	Сопротивле- ние, ом	Температура С'С
/1-	Е—II, В—III	12	130
А—	-I, Б —II	20	100
А—	-I, Б—III	30	80
Б—	В—III	50	69
28
Бани. Бани отличаются от плит тем, что в них нагре-
вание происходит не только снизу, но и с боков, так как
их рабочее пространство имеет глубину. Практически наи-
более ценны воздушные электрические бани, позволяющие
обходиться без погружения нагреваемого предмета в жид-
кость, чем достигаются чистота и удобство работы.
1',:г. 9. Вэздушная баня
для темперагур 100—110°.
Рис. J0. Воздушная баня с д .ойны .1
нагрезателдля температур 35о—400°:
I, 2—нагреватели мощностью 400—ЬОО вт.
В случаях работы с легко воспламеняющимися вещест-
вами нагреватель покрывают металлической пластинкой или
подбирают сопротивление и поверхность теплоотдачи на-
гревателя так, чтобы он не нагревался выше температуры,
безопасной для данного случая.
Простейшую воздушную баню можно представить себе
как развитие конструкции плиты, на которую поставлен
кожух, сделанный из термоизоляционного материала (на-
пример, из керамики или асбестового картона). Такие бани
очень удобны для нагревания круглодонных чашек и колб
(рис. 9).
Воздушные бани делают также с двумя нагревателями
(рис. 10).
Нагреватель 1 расположен на дне бани, а нагреватель 2
на цилиндрическом вкладыше. Последний вариант более
удобен и применяется для бань с температурой 350 — 400°
(табл. 5).
Кожухи некоторых бань, применяемых для перегонки,
снабжены муфтой, позволяющей устанавливать баню на
обычном лабораторном штативе и опускать или поднимать
ее, не трогая с места перегонную колбу (рис. И).
Для отгонки легколетучих жидкостей, а также для под-
сушивания при температурах до 80°, нагревание иногда ве-
29
Таблица 5
Воздушные бани
Назначение бани	Рабочая темпе- ратура	„	: Внутренние размеры			
		1 ил щи на тепловой асбестовой ИЗОЛЯЦИП мм	бани, лич	!		Мощность вт
			диаметр	высота ‘	
Нагревание воды и	150	5	25	100	50
дестилляция . . .			60	100	100
			150	200	,	500
Дестилляция ....	250	10	120	180	700
			190	180	1000
			220	180	1200
То же		500	20	60	100	500
			110	180	1600
			150	200	2300
дут при помощи электрической лампы,
помещенной в кожух, которым
служить цветочный горшок (рис.
может
12).
Для увеличения срока службы
и плит проволоку для нагревателей
Рис. 11. Баня с муфюй, укрепленная на
л а бора: однош г aiнве.
сань
надо
Рис. 12. Воздушная
баня для температур
до 80°.
брать, если это позволяют размеры прибора, по возможности
более толстого сечения. Так, для плиток мощностью до 400 вт
следует применять нихром не тоньше 0,5 л/л; для более
30
Таблица 6
Бани различных типов
Тип бань	;	Максималь- ная темпе- ратура 'С	Время	: разогрева : мин.	'	Внутренний ; диаметр мм	'	Моши ость при макси- мальной температуре вт
Водяные ....	100	45	250	500
«	.... 1	100	30	140	300
Воздушные (глуби- 1				
на 60 мм) . . . '.	250	45	160	400
Песочные . . . 	400	60	200	|	300
МОЩНЫХ — В 1 — см. стр. 117.	1,2 ММ.	О расчете.	длины н	агревателя
В табл. 6 приведены характеристики бань различных
типов.
Сушильные шкафы п термостаты. На рис. 13 показано
устройство сушильного шкафа. Наружный корпус 1 шкафа
представляет собой тепловую изоляцию толщиной 5—8 мм
из асбесто-цементного шифера (этернит); изоляция заклю-
чена в алюминиевый каркас из листов толщиной 1—2 мм.
Внутри, на некотором расстоянии, находится другой алю-
миниевый каркас 2 из листов толщиной 2—3 мм, способ-
ствующий равномерному распределению температуры в ра-
бочем пространстве шкафа. Вверху рабочего пространства
проходит металлический стержень 4, являющийся частью
терморегулятора 5. Кроме того, вверху и внизу имеются
вентиляционные отверстия 6, через которые поступает воз-
дух и уносится влага. Нагрев осуществляется при помощи
нагревательных элементов 3 из нихрома или фехраля. Внут-
ри рабочего пространства имеются полки 7, на которые по-
мещают подлежащие нагреву или сушке материалы. На-
правление потоков воздуха показано на рисунке стрелками.
Такие шкафы пригодны для нагрева до 300°. Постоян-
ство температуры поддерживается в пределах ±5°. Зави-
симость потребляемой мощности от размеров сушильных
шкафов приведена в табл. 7.
Если регулирование температуры вести при помощи
реостатов, то значительная доля энергии расходуется не-
производительно, что особенно чувствительно для сушиль-
ных шкафов, работающих долгое время и потребляющих
много энергии. Регулирование при помощи нагревателя с
несколькими секциями, например по типу, описанному для
плит (см. рис. 8), дает ограниченный выбор температур. По-
31
Pitc. 13. C\шильный шкаф (' аз-леры см. табл. 7):
I—наружный корпус; 2 — внутренний алюминиевый каркас;
3—нагревательные элементы; 4—металлический стержень для
терморегулятора; 5 — терморегулятор; 6 — вентиляционные
отверстия; 7—полки.
этому сушильные шкафы иногда снабжают более сложными
нагревателями, применяя коммутаторное переключение сек-
ций нагревателя.
Таблица 7
Зависимость потребляемой мощности от размеров сушильных
шкафов (рис. 13)
Внешние размеры JWM			Размеры рабочего пространства, мм			Мощность в вт при температуре				
Л	ь	1	Л,		h	50°	100°	150°	220°	300°
500	430	320	250	250	250	120	220	400	900	1500
500	540	320	250	350	250	150	270	480	1000	1600
600	540	320	350	350	250	250	400	650	1200	2000
800	720	490	500	500	400	300	1000	1400	2000	2500
В табл. 8 приведена характеристика и размеры деревян-
ных бактериологических термостатов с алюминиевой об-
шивкой. Постоянство температуры +1°.
Таблица 8
Зависимость потребляемой мощности от размеров бактериологических
термостатов
Размеры рабочего пространства, мм j Мощность в вт при температуре
высота	ширина	глубина	37°	70°
250	350	250	100	200
400	500	300	200	' 400
500	600	350	250	500
В последнее время изготовляют сушильные шкафы ци-
линдрической формы (рис. 14 и 15). Эти шкафы отличаются
более равномерной температурой рабочего пространства.
Постоянство температуры (в пределах +5°) поддерживается
ври помощи терморегуляторов, построенных по принципу
дилатометра. Дилатометр представляет собой латунную труб-
ку, укрепленную на задней стенке рабочего пространства
шкафа, в которую вставлена палочка из кварцевого стекла.
Нижний конец кварцевой палочки связан с системой рыча-
гов, приводящих в движение ртутное реле, которое вклю-
чает и выключает ток в зависимости от чрезмерного пони-
жения или повышения температуры.
3 В. с Веселовский и др.
Шкаф типа Ш-005 (рис. 14 и табл. 9) для температур
от 80 до 250° с нагревателем из константановой проволоки
весьма удобен для самых разнообразных работ в исследо-
вательских лабораториях.
Шкаф типа ВШ-0035 (рис. 15 и табл. 9) предназначен
для сушки в вакууме при 1—10 мм рт. ст. и снабжен нагре-
вателем из нихромовой проволоки Х20Н80.
Таблица 9
Сушильные шкафы и термостаты
Тип илп номер	Макси- мальная темпе- ратура иС	Время разо- грева мин.	Внутренние размеры,			Мощность при макси- мальной темпе- ратуре вт
			высота	шири- на	длина	
с № 0		ушил ьн 125	ые ш 30	к а ф ы 180	250	240	250
№2		200	45	350	300	320	1200
С регулятором на +10°	160	60	250	250	250	450
Ш-005 цилиндрический с регулятором на + 5° (от 80°)		250	60	Диаметр 410		420	1100
ВШ-0035 цилиндрический вакуумный с регулято- ром на+5° (от 80°). .	200	120	Диаметр 360		425	2000
Термостаты
С двумя дверками н ре-		40	60	365	510	250	200
	гулятором на +* (от 36°)							
С	окном в дверке и ре- гулятором на ±1°. .	80	30—60	500	340	340	500
Водяной термостат (рис. 16) типа ТС-15 с точной регу-
лировкой температуры в пределах от 30 до 99° дает возмож-
ность поддерживать постоянную температуру с точностью
±0,05°.
Этот термостат состоит из кожуха 7 с тепловой изоляцией,
в которой помещен цилиндрический сосуд с водой емкостью
15 л. В сосуд погружен герметически изолированный от
воды нагревательный элемент из нихромовой ленты марки
Х20Н80. На крышке термостата установлены насос 2 для
34
Рис. 14. Цилиндрический сушильный шкаф типа Ш-005:
1—цилиндрический корпус с тепловой изоляцией; 2—полки; 3—дверка с
тепловой изоляцией; /—стержень терморегулятора; 5—головка терморегу-
лятора со шкалой.
Рис. 15. Вакуумный сушильный шкаф типа ВШ-0035:
г—цилиндрический корпус с тепловой иволяцией; 2—полки; 3—дверка
с тепловой изоляцией и герметическим резиновым уплотнением; 4—стержень
терморегулятора; 5—головка терморегулятора со шкалой; в—карман для
термометра; 1—труба для присоединения к вакуум-насосу; 3—нагреватель-
ный элемент.
3*
Рис. 16. Водяной термостат типа ТС-15:
1—кожух с тепловой изоляцией; 2—насос; 3—хо-
лодильник; 4—терморегулятор; 5—мотор; в—узел
управления; 7—термометр.
Рис. 18. Вакуум-эксикатор с нагрева-
тельным вкладышам.
перемешивания и перекачивания воды; холодильник 3, при-
соединяемый к источнику холодной воды; ртутно-толуоло-
вый терморегулятор 4 с электронным реле; мотор 5, приво-
дящий в движение насос, узел управления 6
и термометр 7.
Вода с постоянной температурой, выте-
кающая из термостата, может быть исполь-
зована для других приборов, например в
рефрактометрах, вискозиметрах, дилатомет-
рах, кристаллизаторах и т. п., которые
присоединяются к термостату при помощи
резиновых трубок.
Максимальная мощность, потребляемая
термостатом, 1000 вт. Время разогрева рис. 17. Электри-
2 часа.	ческая обогрева-
Специальные нагревательные приборы, тельная воронка
Для того чтобы показать, насколько разно- ДЛЯтрования-^ЛЛЬ'
образно применение электронагревания в /_ЯаГрвватель;
лабораторной практике, опишем здесь кратко г—металлический
блок; 3—тепловая
некоторые специальные приборы и натре- изоляция,
вательные приспособления.
На рис. 17 показана обогревательная ворон-
ка для горячего фильтрования (мощность
50—100 вт), в которой передатчиком тепла от нагревателя 1
к стеклянной воронке
служит массивный алю-
миниевый или медный
блок 2 толщиной 5 мм.
Изготовляются также
обогревательные ворон-
ки наподобие неболь-
ших воздушных и водя-
ных бань. Максималь-
ная температура 100°,
верхний диаметр 110 мм,
мощность 75—120 вт.
Этот тип конструкций,
однако, менее удачен.
к а т о р а (мощность 20—60
сушки и выпаривания в вакууме
(рис. 18).
Нагреватель-
ный вкладыш
для в а к у у м-э к с и-
вт) применяется для
при температуре 60—80°
37
Нагревательный элемент можно изгото-
вить наматыванием проволоки на лист асбестового картона
толщиной 2—3 мм. Концы листа, на котором нет намотки,
загибают так, чтобы прикрыть намотку, и обвязывают.
Если по условиям работы допустимо применение открытого
нагревательного элемента, то лист не складывают.
Такие элементы используют также и для обогрева термо-
статов. Для изготовления элемента мощностью 100 вт, осу-
ществляющего нагрев до 70°, нужно брать 8 м никелиновой
или константановой проволоки диаметром 0,2 мм. Концы
проволоки присоединяют к шнуру со штепсельной вилкой.
(Теплей
Воздух
Р;:с. 19. Нагреватель воздуха для сушки посуды:
1—латунная труба; 2—керамическая труба; 3—нагреватель.
Нагреватель воздуха (рис. 19) для сушки
посуды представляет собой латунную трубу 1 диаметром
35—40 мм и длиной 400—500 мм; труба снабжена отро-
стками для впуска холодного и выпуска нагретого воздуха.
Нихромовый нагреватель 3 помещен внутри керамической
трубы 2 диаметром 20—30 мм, как показано на рисунке.
Иногда нагреватель помещают в металлической трубе, об-
ложенной изнутри асбестом. Если для нагревателя приме-
няют железную проволоку, то ее наматывают снаружи,
покрыв трубу тонким (0,5 мм) слоем асбеста или слюды.
Для прибора указанного размера требуется мощность
около 200 вт.
Фурма для подогрева воздуха до 700—
900° (рис. 20) применяется при сжигании угля для получе-
ния высокой температуры. На кварцевую трубку 1 диа-
38
метром 4 мм и длиной 500 мм намотана проволока, которая
служит нагревательным сопротивлением. Ее концы припаяны
к вводам из того же материала, но большего сечения. Один
Рис. 20. Фурма с электрическим подогревом воздуха:
1—кварцевая трубка с нагревателем; г—кварцевая трубка; 3—соеди-
нение проволок с медными проводами; 4—вывод проводов для подклю-
чения к сети; &—пробка из сургуча; в—изоляция из асбестовой ваты;
1—асбестовый картон.
из вводов пропущен через
внешней ее поверхности.
Трубка 1 вставлена по оси
в другую кварцевую труб-
ку 2 диаметром 12 мм, ко-
торая при помощи тройни-
ка присоединяется к воз-
духодувке. Воздух прохо-
дит в кольцевом простран-
стве между трубками /
и 2.
На рис. 21 показан
кипятильник для
воды. Очень удобен и
дешев кипятильник, изго-
товленный в виде откры-
того нагревателя, спираль
1 которого намотана на
керамическую «звездоч-
ку» 2. Для такого кипя-
тильника требуется 3,5 м
нихромовой проволоки
диаметром 0,4 мм (ПО в).
Нагреватели сравнительно
скоро перегорают вслед-
ствие отложения на них на-
кипи, под слоем которой
происходит перегрев.
трубку 1, а другой закреплен на
Рис. 21. Кипятильник для воды:
1—нихромовый нагреватель; 2—керами-
ческая «звездочка»;	3—закрепление
концов нагревателя и присоединение их
к проводам.
39
Электродный нагрев жидкостей
Для нагревания, кипячения и испарения жидкостей,
особенно растворов кислот и солей, могут применяться
приборы, в которых электрический ток подводится через
электроды, погруженные в нагреваемую жидкость. В этом
случае сопротивлением служит сама жидкость.
Прибор состоит из сосуда, помещенного в железный
кожух с тепловой изоляцией. Сверху в жидкость погру-
жают электроды, закрепленные в держателях. Если нужно
собирать или отводить выделяющиеся при нагревании пары
или газы, то сосуд накрывают крышкой с отверстиями для
отвода паров и газов и для ввода электродов, термометра,
а иногда и мешалки. Сосуд для нагревания растворов кис-
лот и солей изготовляют из кислотоупорной керамики (чаще
всего берут фарфоровые стаканы или бачки). В качестве
электродов служат графитовые или угольные пластины или
стержни. Для нагревания воды применяют железные элек-
троды.
При конструировании приборов приходится рассчиты-
вать: 1) мощность прибора; 2) силу тока; 3) размеры поверх-
ности электродов; 4) расстояние между электродами.
Расчет мощности прибора производят по формуле
п MQ (и — t-Л
р = —----------------------LL вт
т
где Р—мощность прибора в вт;
М—количество нагреваемой жидкости в л;
Q —количество ватт-часов электроэнергии, которое за-
трачивается на нагрев 1 л жидкости на 1°;
—начальная температура жидкости в °C;
/2 —конечная температура жидкости в °C;
т —время нагревания в часах.
Для определения силы тока пользуются формулой
, Р
I = ампер
где /—сила тока в а;
Р—мощность прибора в ет;
Е—напряжение тока в сети в в.
Для расчета поверхности каждого электрода применяют
эмпирическую формулу
Е = /(2+ 1,2/» .ю-5) смъ
где F—площадь поверхности электродов в слг;
1—сила тока, проходящего через прибор, в а;
/—температура нагревания жидкости в °C.
40
Определение расстояния между электродами производят
по формуле
где /—расстояние между электродами в см\
Е—напряжение тока в сети в в;
а—ширина электрода в см\
Ь—высота погруженной части электрода в см\
Р—подведенная мощность в вт;
р—удельное сопротивление жидкости в ом-см (берут
из таблиц) при температуре нагрева.
Печи с металлическим нагревателем для работы
при температурах от 1100 до 1200°
Конструкции этих печей стали почти стандартными.
Стенки рабочего пространства изготовляют из фарфора
или обычной огнеупорной керамики; тепловой изоляцией
служит асбест.
Наилучшим материалом для нагревательных элементов
является нихромовая проволока, обеспечивающая темпе-
ратуру рабочего пространства до 1000°, и проволока из
фехраля (сплав № 2—Х25Ю5), выдерживающая более высо-
кую температуру.
Так как толстая проволока может выдерживать несколь-
ко более высокую температуру, чем тонкая, то было пред-
ложено изготовлять печи с нагревательными элементами
из фехралевой или нихромовой проволоки диаметром около
5 мм и питать их через понижающий трансформатор током
10—20 в, что дает возможность получать в муфельной печи
температуру до 1100°, а в трубчатой—до 1200°. Однако и
в таких условиях нагреватель быстро приходит в негод-
ность, и поэтому конструкция печей должна быть приспо-
соблена для легкой замены нагревателя.
Тигельные печи. Рабочее пространство тигельных печей
имеет форму тигля. Нагреватель помещают на дне и на
боковой стенке печи и закрепляют обмазкой из глины; по-
следнее необходимо, так как иначе проволока, удли-
няясь от нагревания, может сместиться и даже совсем от-
пасть. Тепловой изоляцией служит асбестовая вата, реже
трепел, шамот или магнезия. Эти печи удобны для плавки
и для прокаливания; во всех других случаях они уступа-
ют более универсальным и экономичным трубчатым печам.
41
Характеристика тигельных печей приведена в табл. 10.
Тигельные печи
Таблица 10
Тип или помер	Манси- время		Размеры тигля, мм		Мощность при макси- мальной темпе- ратуре вт
	мальная темпе- ратура СС	разо- грева мин.			
			диа- метр	длина	
№ 1		800	60	60	78	300
№ 3		800	60	100	128	650
С трансформатором		1200	—	60	100	1300
ТГ-1 с терморегулятором на +8° (от 500°)		1000	65	125	195	2500
ТГ-02 с терморегулятором на +8° (от 500°)		1000	65	Е0	125	900
Кустарные		850 1С50		50 50	75 75	300 500
	850		75	190	900
	800		150	200	2300
' Более экономичны печи, у которых нагреватель распо-
ложен в желобах на внутренней поверхности рабочего про-
странства (рис. 22). Для больших печей это существенно.
Шахта печи составлена из керамических колец 1 с же-
лобами. В эти желоба укладывают нагреватель 2 из прово-
лочной спирали. Такая конструкция создает благоприят-
ные тепловые условия и удобна для ремонта, так как на-
греватель легко доступен, а разрушенные керамические
кольца могут быть заменены новыми.
Печь снабжена терморегулятором 3, что позволяет поль-
зоваться ею без реостата, чем устраняется излишняя по-
теря электроэнергии.
Через отверстие в крышке в печь можно вдувать азот,
воздух или другой газ, создавая таким образом нужную
атмосферу. Для окислительного прокаливания печь ставят
наклонно, благодаря чему в ней устанавливается циркуля-
ция воздуха.
Муфельные печи. По форме муфель приближается к по?
луцилиндру. Плоская сторона муфеля служит подом печи,
на который помещают нагреваемые предметы. Проволоку
нагревателя наматывают по всей длине полуцилиндра.
Муфельные печи рекомендуется применять для нагре-
вания предметов большого объема. Во всех других случаях
42
их следует заменять более экономичными и удобными труб-
чатыми и тигельными печами. Особенность работы муфель-
ных печей обусловлена большими размерами их рабочего
пространства, вследствие чего нагреватель удален от на-
Рис. 22. Тигельная печь типа ТГ-1:
1—керамические кольца с желобами; 2—нагревательный
элемент, имеющий форму спирали; 3—терморегулятор.
греваемых предметов; кроме того, возникает циркуляция
воздуха вдоль пода от дверки к задней стенке муфеля, что
способствует охлаждению рабочего пространства печи. По-
этому рабочая температура муфеля может отставать от тем-
пературы нагревателя на 400°, т. е. в печах с нихромовым
нагревателем температура достигает не более 750—800°.
48
Имеются также муфели прямоугольной формы, напри-
мер муфельные печи типа МП-0 (рис. 23). В этих печах
нагреватель 1 из фехралевой проволоки Х25Ю5 намотан
снаружи на шамотный прямоугольный муфель 2, который
вставлен во второй шамотный муфель 3. Пространство меж-
Рнс. 23. Муфзльная печь типа МП-0 с реостатом:
1—нагреватель; 2, 3—шамотные муфели.
ду этими муфелями заполняется шамотной крошкой. На-
ружной термоизоляцией служит асбестовое волокно.
Такие печи выпускаются с реостатами, смонтированными
в подставке печи, или с терморегуляторами. В последнем
случае исключаются потери электроэнергии в реостате.
В табл. 11 приведены характеристики некоторых муфель-
ных печей.
В больших муфельных печах нагреватель помещают в
желобах на внутренней поверхности муфеля. Такие печи
более экономичны, но требуют более внимательного обра-
щения ввиду возможных повреждений нагревателя вследст-
вие механического и химического воздействия.
Для получения более высоких температур (до 1200°) на-
греватель изготовляют из толстой нихромовой или фехра-
левой проволоки, и укладывают его на внутренней поверх-
ности муфеля. Питание печи при этом производится через
понижающий трансформатор. Такая печь типа МПТ-2 по-
казана на рис. 24.
44
Таблица II
Муфельные печи
Тйп или номер	Макси- мальная темпе- ратура иС	Время разо- грева мин.	Внутренние размеры, мм			Мощность при ма кси- мальной темпе- ратуре вт
			высота	шири- на	длина	
№ 1		800	60	70	115	180	800
№ 3		800	60	120	200	300	2200
МП-0 с реостатом . МП-1 с терморегулятс,-	1000	90	85	135	235	1600
ром на +8J (от 500°) .	1000	90	85	135	235	1600
МП-2 то же . . . . '4ПТ-2 с трансформато-	1000	90	95	175	300	2600
ром и внутренним на- гревателем ....	1200	—	90	170	280	3500
Рис. 24. Муфгльная печь с трансформатором типа МПТ-2 с внутренним
расположением нагревателя:
1—внутренний нагреватель; 2—трансформатор; 3—переключатель
для регулирования тока.
Трубчатые печи. Конструкция их очень проста. Они со-
стоят из керамиковой («жаровой») трубы, на которую на-
матывают нагреватель; витки его закрепляют на трубе об-
45
мазыванием тонким слоем шамотной глины. Жаровую
трубу окружают тепловой изоляцией. Отдельные детали
имеют различное конструктивное оформление. Так, вместо
проволоки для нагревателя иногда применяют ленту, что
для больших печей дает некоторые преимущества, обеспе-
чивая лучшую отдачу тепла в рабочее пространство печи
Рис. 25. Печь тика T-40'fi00 с нагревателем в кольцевом про-
странстве между двумя керамическими трубами:
1—внутренняя керамическая труба; 2—внешняя нерамичесная
труба; 3—нагреватель; 4—клеммы.
и экономию металла. Крепление концов нагревателя проще
всего достигается прикручиванием их проволочным коль-
цом вблизи концов жаровой трубы. В этом случае клеммы
для присоединения к сети укрепляют на кожухе или на
подставке печи. Более совершенное присоединение дости-
гается закреплением концов нагревателя хомутами на болт
тах, к которым присоединяют провода, ведущие к сети.
Самую простую тепловую изоляцию можно создать, если
жаровую трубу обернуть асбестовым картоном или об-
46
мазать тестом, приготовленным из асбестовой ваты. Однако
изоляцию из асбеста можно рекомендовать только для пе-
чей с температурой рабочего пространства не выше 1000°
и то при условии, что асбест не соприкасается с нагрева-
тельным элементом. Чтобы удовлетворить этим условиям,
жаровую трубу с нагревателем в одних случаях помещают
Гис. 26. Печь типа ТТ-30/300 с трансформатором и внутренним
нагревателем:
1—нагреватель; 2—трансформатор.
в керамиковую трубу большего диаметра, а уже поверх нее
наносят изоляцию из асбеста, в других—жаровую трубу
укрепляют по оси цилиндрического кожуха и заполняют
промежуток между трубой и кожухом сыпучим изолирую-
щим материалом—диатомитом, шамотом, магнезией и т. п.
На рис. 25 изображена одна из конструкций трубчатых
печей.
Для получения возможно более высоких температур из-
готовляют печи с внутренним нагревателем из толстой про-
волоки и понижающим трансформатором в подставке печи
(рис. 26).
47
Распределение температуры в трубчатых печах зависит
от отношения диаметра трубы к ее длине. Чем короче тру-
ба, тем неравномернее распределяется в ней температура
и тем более низкая температура может быть достигнута при
данном материале нагревателя. Для коротких печей можно
считать удовлетворительным, если х/з их рабочего простран-
ства посредине трубы имеет температуру, постоянную в
пределах +10°.
В длинных печах может быть получена более постоян-
ная температура и на большем участке, особенно если учте-
но большее охлаждение концов трубы по сравнению с се-
рединой, и если нагреватель намотан на концах трубы гу-
ще, чем в середине.
При работе с трубчатыми печами надо иметь в виду,
что максимальная достигаемая в них температура зависит
от положения печи; при вертикальном положении макси-
мальная температура на 200—300° ниже, чем при горизон-
тальном, даже если приняты меры для устранения цирку-
ляции воздуха.
Скорость достижения максимальной температуры в печи
зависит от отношения диаметра к длине печи и от рода теп-
ловой изоляции. Печи с легкой изоляцией можно нагреть
быстрее, чем более сильно изолированные печи, но дости-
гаемая в них максимальная температура ниже. Длинные
узкие печи нагреваются до максимальной температуры за
20—30 мин., а для нагрева коротких широких печей тре-
буется €0—120 мин.
Характеристики трубчатых печей приведены в табл. 12
и 13.
Чтобы сделать применение трубчатых печей более уни-
версальным, их устанавливают на подвижных штативах,
благодаря которым ими можно пользоваться и как тигель-
ными печами. Тигель вводится в печь снизу на керамиче-
ском стержне, подобно тому, как это показано на рис. 38
(стр. 75). Однако следует заметить, что в больших лаборато-
риях невыгодно иметь только универсальные печи, так как
они дороже, менее удобны в работе и расходуют больше
энергии, чем печи, предназначенные для определенной цели.
Так, для озоления и прокаливания осадков при темпе-
ратуре до 1000° может служить трубчатая печь длиной 500—
600 мм (нагреватель нихромовый). Ее устанавливают
с небольшим наклоном, обеспечивающим правильную цир-
куляцию воздуха. Фарфоровые корытца с навесками вводят
с верхнего конца печи, проталкивая их дальше одно за дру-
48
Таблица 12
Трубчатые печи с нагревателем из нихрома и сплава № 2
Тип или номер	Макси- мальная темпе- ратура °C	Время разо- грева мин.	Внутренние размеры трубы, мм •		Мощность при макси- мальной темпе- ратуре вт
			дна- метр	длина	
Т-30/200 а) с нагревательной проволокой, намотанной снаружи на фар- форовой трубе (для 120 в) .	1200	60	30	200	600
б) с нагревательно и спиралью в пазах внутренней поверхности шамотовой трубы (для 220 в)	1200	60	30	200	800
Т-40/600 		1200	90	40	600	1600
Т-60/600 		1200	90	60	600	2000
Т-50/750 с терморегулятором на + 10° (от 500°) . .	...	1000	90	50	750	2300
Т-50/600 то же . . .	1000	90	50	600	2000
МА — СН/20 для .микроанализа (для 120 в)		( 900	45	15	200	250
	1 1150	45	15	200	450
МА-2/14 разъемная		900	45	15	140	600
МА-2/20			900	45	15	200	500
МА-2,'6	„	. .	900	45	20	60	350
№ 1		800	—	25	250	300
№2		800	—	25	500	500
№ 3		800	.—	50	500	1000
Для определения углерода в чугуне и стали ...	1200	150	30	250	1000
«Закалочная» с трансформатором	1000	90	78	280	1200
гим, так что готовые прокаленные навески выходят с дру-
гого конца печи на подставленную здесь керамиковую пла-
стинку. Это позволяет непрерывно производить прокали-
вание образцов.
Для проведения прокаливания в трубках, например в
токе какого-нибудь газа, очень удобны трубчатые печи,
состоящие из двух половин—открывающиеся трубчатые
печи (рис. 27), которые позволяют, не разнимая прибора,
быстро охладить прокаливаемое вещество.
Для элементарного анализа органических веществ из-
готовляют специальные агрегаты, состоящие из двух и бо-
лее печей, которые можно перемещать в горизонтальном
положении на рельсах.
4 В. С. Веселовский и др.
49
Таблица 13
Зависимость температуры в трубчатой печи от мощности
Внутренние размеры трубы, ММ		Мощность («т) прп температуре								Рекомендуемая* длина проволоки нагревателя для получения равномерного нагрева (не считая подводов тока), м
диаметр	длина	800°	850°	900°	950°	1000°	1100°	1200°	1300°	
20	220	300	400	450	480	500	600	700	900	5
20	300	400	430	480	520	540	630	750	950	6
20	450	600	700	750	800							10
20	600	750	800	850	900	950	1100	1300	1600	13
30	200	550	600	700	—	750	900					7
30	300	700	750	800	850	900	1000	1250	1650	9
30	400	800	850	900	1000								12
30	600	1000	1050	1100	1170	1250	1500	1850	2300	14
40	300	950	980	1030	1070	1100	1300	1600	2100	10
40	600	1200	1300	1400	1500	1600	1900	2350	2900	18
50	300	1050	1100	1150	1200	1300	1600	2000	2500	12
50	600	1300	1450	1550	1700	1950	2200	2600	3200	20
65	300	1200	1300	1360	1430	1500	1850	2400			17
65	600	1500	1650	1800	1950	2100	2500	3000			32
65	800	1900	2000	2200			—							38
65	1000	2200	2300	2500	2600		.							48
80	300	1300		1550			I960	2400					
80	600	1800	—	2100	—	2500		—	—	34
Выбор нагревателя и расчет длины и речения см, отр, 117,
Агрегат для сожжения в обычном элементарном анализе
состоит из двух печей в 200 и 350 мм длиной, рассчитанных
на рабочую температуру 700°. Каждую печь регулируют
самостоятельно реостатом, вделанным в подставку.
Рис. 27. Открывающаяся трубчатая печь для элементарного анализа:
J—керамические блоки; 2—фарфоровая жаровая труба; 3—нагреватели,
расположенные в желобах керамических блоков; 4—хомуты для крепления
нагревателей.
Печи для элементарного микроанализа имеют длину
от 75 до 200 мм. Для ускорения охлаждения трубки эти
печи делают открывающимися; их можно перемещать по
рельсам не только вправо и влево, но и назад.
Печи с внутренним нагревателем. В большинстве опи-
санных конструкций печей нагреватель отделен от рабочего
пространства более или менее толстой керамической стен-
кой. Это хорошо защищает нагреватель от повреждений и
благоприятствует более равномерному распределению тем-
пературы, но ведет к уменьшению к. п. д. и понижению
рабочей температуры. Эти недостатки можно исключить,
если поместить нагреватель внутри рабочего пространства.
Например, в муфельных печах объемом 10 л и более, у ко-
торых эти недостатки особенно сильно сказываются, на-
греватель обычно помещают в бороздках с внутренней сто-
роны огнеупорной облицовки муфеля.
В последнее время печи с внутренним нагревателем по-
лучают все большее распространение.
Собственными средствами лаборатории тигельные и труб-
чатые печи с внутренним нагревателем изготовляют следую-

51
Расчетные данные некоторых типе»
Тип печи	Мощность вт	Напряжение, в		Расчетный тон а
		рабочее	расчетное	
Трубчатая Т-30/200 с откры- тым нагревателем		800	220	210	3,8
То же, с закрытым нагрева- телем 				600	120	НО	5,45
Муфельная МП-0 иМП-1 . .	1600	220	210	7,62
Муфельная МП-0		1600	120	НО	14,6 i i
Муфельная МП-2		2600	220	210	12,4	! !
Тигельная ТГ-02		900	220	210	4,3
Тигельная ТГ-02		900	120	ПО	8,2 1 i
Тигельная ТГ-1		2500	220	210	11,9 j 1
Трубчатая Т-40/600. .....	1600	220	210 I		7,62 ! 14,6	‘ 1
		120	НО	
Трубчатая Т-50/600 		2000	i 220	210	9,5 j
				
Примечание. Допускается отклонение сопротивления нагре
52
Таблица 14
электрических лабораторных печей
Материал нагрева- тельного элемента	i Сопротивле- Диаметр ние нагрева- । тельного эле-		Длина проволоки, м		Допускае- мая темпе- ратура в рабочем простран- стве печи СС
			нагрева- тельного элемента	выводных концов	
	проволоки	мента (без выводных концов), O.U			
Сплав Ns 2 ... .	0,8	55,5	19,4	1,0	1200
Сплав № 2 ... .	1,0	20,2	11,0	1,0	1200
Нихром ХН80/20 .	1,4	23,7	33,4	2,0	1000
Сплав № 2 ... .	1,2	27,8	21,8	2,0	1000
Нихром ХН80/20 .	2,0	6,7	19,4	2,0	1000
Сплав № 2 . . . .	1 ,2	7,55		2,0	1000
Нихром ХН80/20	•7 , ।	14,6	41,7	3,0	1000
Сплав № 2 . . .	1,8	17,1	30,0	3,0	1000
Нихром ХН80/20 .	0,8	42,3	20,2	0,5	1000
Сплав № 2 ... .	0,8	49,5	17,2	0,5	1000
Сплав № 2 . .	1 ,2	13,5	10,5	0,5	1000
Нихром ХН80/20 .	1,5	16,6	26,8	0,5	1000
Сплав № 2 ... .	1,5	17,8	21,8	0,5	1000
Сплав № 2	...	1,2	27,8	21,8	1,0	1000
Сплав № 2 .	1,2	7,55	23,0	2	1000
Нихром ХН80/20 .	1,4	19,5	32,8	2,0	1000
Сплав № 2 ... .	1 ,5	22,2	27,4	2,0	1000
вательного элемент	а С 2,5%.				
53
щим образом. Из твердого дерева вытачивают болванку,
соответствующую по форме и размеру рабочему простран-
ству печи. На цилиндрической болванке для трубчатой
печи близ концов протачивают желобки, болванку распи-
ливают пополам вдоль оси и между двумя ее половинками
вставляют планку толщиной 3—-5 мм, после чего связывают
болванку в местах выточенных желобков.
Чтобы наносимая в дальнейшем обмазка не прилипала к
болванке, последнюю пропитывают маслом или покрывают бу-
магой. Затем на болванку наматывают проволоку нагревателя
и обмазывают слоем тощей глины в 7—10 мм, которая не
трескается при высушивании. Обмазке дают высохнуть при
комнатной температуре, болванку вынимают и осматривают
внутреннюю поверхность получившейся трубы или тигля.
Если труба имеет дефекты, ее дополнительно покрывают
тонким слоем глины, а затем помещают в кожух, окружают
изоляцией и укрепляют контакты для проводов. После пер-
вого нагревания глиняная обмазка спекается и становится
достаточно прочной.
В тигельных печах с помещенным изнутри нихромовым
нагревателем можно получить температуру до 1000°, а в
трубчатых—до 1100°.
Расчетные данные некоторых типов электрических пе-
чей приведены в табл. 14.
Печи для работы при температурах выше 1100—1200*
Чем выше рабочая температура печи, тем более ограни-
ченным становится выбор материалов для изготовления на-
гревателя и изоляции. При температурах выше 1500° хи-
мическая активность веществ становится настолько значи-
тельной, что вызывает большие затруднения при использо-
вании их в нагревательных приборах, а при температуре
выше 1800° почти все материалы, идущие на изготовление
печей, реагируют друг с другом. Возникают и побочные
осложнения. Так, при температуре выше 1500° даже самый
плотный фарфор делается проницаемым для газов, а все
изоляторы становятся способными в значительной степени
проводить ток (табл. 15).
В качестве нагревателей в высокотемпературных пе-
чах применяют платину, уголь, силит, молибден и воль-
фрам. Огнеупорными материалами при температуре до 1600*
служат фарфор, шамот и кремнезем, до 1800°—глинозем и
магнезия, а для более высоких температур применяют окись
циркония, чистую окись магния, карборунд, древесный
54
Таблица 15
Уменьшение удельного сопротивления огнеупорных
материалов при нагревании
Температура °C	Удельное сопротивление, ом-см магнезиальный! динасовый 1 огнеупорная кирпич 1 кирпич | глина
700					21 000
800	—	—	17 000
900	—	—	13 000
1000	—	—	9 000
1100	—	.—.	6 000
1200	—	—	4 400
1300	6200	9700	1 300
1400	420	2400	690
1500	55	710	280
1550	30	22	60
1565	25	18	—
уголь. Печи конструируют так, чтобы нагреватель не со-
прикасался с изоляторами в местах максимальной темпе-
ратуры, для чего между ними оставляют свободное про-
странство. Например, нагревателю придают форму трубы,
свободно вставляемой в более широкую трубу, служащую
первым слоем тепловой изоляции. Эта наружная труба
часто изготовляется из того же материала, что и нагреватель.
Печи с внутренним нагревателем из платиновой прово-
локи изготовляют наматыванием платиновой проволоки на
деревянную болванку (стр. 54); обмазкой служит тесто из
магнезии или окиси циркония с добавкой 1—2% декстрина.
Для температур до 1500° можно пользоваться каолином.
В качестве примера опишем такую трубчатую печь, диа-
метр рабочего пространства которой 60 мм, а длина 250 мм.
Платиновую проволоку диаметром 1,1 мм и длиной 8,5 м
(вес 190 г) наматывают равномерно с расстояниями между
витками 2 мм. Обмазку делают из магнезии толщиной 20 мм.
Высушенную жаровую трубу ставят в шамотный цилиндри-
ческий тигель диаметром 230 мм и высотой 300 мм. Свобод-
ное пространство заполняют порошком магнезии и накры-
вают тигель шамотной крышкой с отверстием посредине.
Сопротивление такой печи в холодном состоянии около
1 ома, а при 1600° около 6 ом. Следует отметить, что платина
при таких высоких температурах сильно распыляется.
Каскадные печи. Так называют печи с двумя нагрева-
телями, из которых один помещен внутрь другого; внут-
55
ренний служит для нагревания рабочего пространства, а
внешний — для уменьшения тепловых потерь. В плати-
новых печах этой конструкции можно длительно вести на-
грев до 1500°, а если расположить внутренний нагреватели
внутри рабочего пространства, то кратковременно и до
Рис. 28. Схема каскадной печи:
1—внутренний нагреватель; 2—внешний нагреватель.
1700° (длительная работа при такой температуре сопровож-
дается распылением платины).
В каскадной печи с нихромовым нагревателем внутри
рабочего пространства можно получить температуру около
1200°.
Каскадные печи дают более высокую температуру
при той же мощности, что и печи с одинарной нагреватель-
ной обмоткой (при соответствующих размерах).
Жаровые трубы каскадных печей с нихромовым нагре-
вателем делают из фарфора или шамота, а при платиновом
56
нагревателе из магнезии или окиси циркония. В качестве
тепловой изоляции применяют сыпучий материал—шамот
или магнезию.
Нагреватели рекомендуют включать параллельно, что
позволяет регулировать силу тока независимо для каждого
нагревателя и дает большую свободу конструктору. После-
довательное включение упрощает обращение с печью, но
ограничивает применимость ее, так как обусловливает
определенный температурный режим и загрузку.
На рис. 28 показана одна из таких печей. Для нагре-
вателя 1 применяли проволоку из сплава платины с 20%
родия, который менее подвержен распылению, чем чистая
платина; диаметр этой проволоки 0,5 мм. Внешний нагре-
ватель 2 был изготовлен из платиновой проволоки диамет-
ром 0,8 мм. Диаметр рабочего пространства 40 мм, высота
150 мм. Толщина тепловой изоляции печи, приготовлен-
ной из окиси магнезии, 70 мм. При напряжении 120 в
через внутренний нагреватель 1 пропускали ток в 11 а,
а через внешний нагреватель 2 ток в 20 а. Максимальная
температура печи 1720°.
Общая мощность печи при максимальной температуре
3700 вт. Жаровая труба с внутренним нагревателем из-
готовляется, как описано выше (стр. 54).
Молибденовые печи. Молибденовые печи бывают труб-
чатые и тигельные. Вследствие высокой температуры плав-
ления (2500°) и хороших механических свойств молибден
служит ценным материалом для нагревателей, но его нельзя
нагревать на воздухе и поэтому молибденовые печи снаб-
жают приспособлениями для работы в атмосфере защитного
газа или в вакууме.
Печи с молибденовым нагревателем в виде трубы могут
давать до 2000° при токе напряжением 8—12 в. Термоизо-
ляцией служит труба из окиси магния или циркония,
диаметр которой на 20 мм больше, чем диаметр вставленной
внутрь ее молибденовой трубы. Таким образом, тепловая
изоляция не соприкасается с накаленным молибденом. Печь
помещают в герметический кожух, вследствие чего из нее
можно выкачать воздух или наполнить ее защитным газом.
Кожух имеет водяное охлаждение. Из-за сложности конст-
рукции и трудности обслуживания такие печи не нашли
широкого распространения.
Значительно более удобны печи с нагревателем из мо-
либденовой проволоки, предохраняемой от окисления па-
рами метилового или этилового спирта.
57
Характеристика молибденовых печей приведена в табл. 16
и 17.
Таблица 16
Характеристика молибденовых печей
(рабочая температура до 1500°; нагреватель из проволоки диаметром
0,5—1,0 мм)
Рабочее пространство мм		Мощность при 1500° вт	Рабочее пространство Л4Л1		Мощность при 150 D® вт
диаметр	длина		диаметр	длина	
20	100	1000	50	300	2500
20	200	1700	50	600	4500
30	300	2000	70	300	3500
30	600	3500	70	600	6000
Молибденовые печи
Таблица 17
Тип	печи	Максималь- ная темпе- ратура СС	Внутренние размеры мм		Мощность при макси- мальной температуре вт
			диаметр	длина	
Трубчатая	ВТ-40/400 .	1450	т	400	3500
Тигельная	ТГМ-05 .	1500	50	200	3504
На рис. 29 показана трубчатая печь типа ВТ-40/400.
В ней нагреватель помещен в кольцевом пространстве 1
между двумя вставленными друг в друга трубами. В это
пространство пропускают пары спирта, получаемые в осо-
бом приспособлении 2, которым снабжена печь.
Пуск печи начинают с разогрева ее до 350—400°. Затем
налитый в резервуар 2 спирт подают в печь через U-образную
трубку, на которой имеется небольшой нагреватель. Поступ-
ление спирта (по каплям) регулируется винтом. Спирт испа-
ряется, и пары его поступают в кольцевое пространство 1
печи, где омывают молибденовый нагреватель, и выходят
с другого конца печи через трубку, где их зажигают. По
пламени судят о токе паров спирта. Только после того как
пламя зажжено, можно включать печь на полную ее мощность
и нагревать до нужной температуры. Расход спирта 100—
150 мл!час.
58
Спирт можно заменить водородом, что менее удобно, но
позволяет пользоваться печью при любом наклоне.
Рис. 29. Трубчатая печь типа BT-4J/1J0 с молибденовым нагревателем
па 15ии°С:
1—кольцевое пространство; 2—приспособление для подачи спирта;
3—внутренняя труба; 4—защитная труба; 5—нагревательный элемент;
в—труба холодильника; 7—заглушка; 6—тепловая изоляция; 9—токо-
подводящие контакты; Ю—кожух печи; 11—стойка печи.
На рис. 30 показана тигельная печь типа ТГМ-05 с мо-
либденовым нагревателем, работающая по такому же прин-
ципу. В выпускаемых заводом печах жаровые трубы выпол-
нены из алунда. Для регулирования температуры печи
снабжены реостатом на 3,5 ом.
Молибденовые печи применяют только для температур
1100—1500°, так как при более высоких температурах ке-
рамические огнеупорные материалы становятся легко про-
ницаемыми для газов и поэтому молибден быстро перегорает.
За молибденовыми печами необходим очень вниматель-
ный уход, так как они очень хрупки вследствие обуглеро-
живания молибдена. К работе с ними следует допускать
только опытных работников.
Вольфрамовые печи. Температура плавления вольфрама
3350°. Печи с вольфрамовым нагревателем изготовляют по
тому^же принципу, что и молибденовые.
59
Печи, в которых нагревателем служит вольфрамовая
труба, дают нагрев до 2500°, но работа с ними сложна и
они встречаются очень редко.
По литературным данным печь с нагревателем из воль-
фрамовой проволоки, намотанной снаружи на трубу из оки-
си циркония, может давать температуру до 2000°. Эту трубу
Рис. 30. Тигельная печь типа ТГМ-С5 с молибденовым нагревателем
на 1500 °C:
1—кольцевое пространство; 2—приспособление для подачи спирта; 3—внут-
ренняя труба; 4—защитная труба; 5—основной нагревательный элемент;
6—труба для дополнительного нагревательного элемента; 7—дополнительный
нагревательный элемент; 8—заглушка; 9—тепловая изоляция; 10—токопод-
водящие контакты; 11—кожух печи; 12—стойка печи.
вставляют в другую трубу из того же материала и в коль-
цевое пространство между ними пропускают защитный газ
(обычно водород). Диаметр вольфрамовой проволоки 0,5 мм.
Диаметр жаровой трубы 20 мм, длина 170 мм. Мощность
1650 вт при 2000°.
При одинаковых мощностях более высокие температуры
можно получать в вольфрамовых печах с нагревателем, рас-
положенным внутри рабочего пространства. О способе из-
60
готовления таких печей было уже сказано. Огнеупорным
материалом служит масса из окиси циркония, а термоизо-
ляцией—окись магния. Защитный газ пропускают через
рабочее пространство под небольшим давлением (10—20 мм
— !23b
Рис. 31. Печь типа ТВВ-2 для работы в вакууме, с вольфрамовым
нагревателем:
1—корпус печи; 2 — токоподводы; 3—нагреватель из вольфрамовой прово-
локи; 4—крышка; 5—патрубок для присоединения вакуумного насоса;
6—смотровое стекло; 7—подвижное регулировочное устройство; 8—экраны;
9—подставка; 10—патрубки для воды; 11—пробка для снятия вакуума.
вод. ст.), предотвращающим попадание воздуха. Такая печь
с рабочим пространством диаметром 15 мм и длиной 150 мм
имела мощность 1000 вт при 2000°.
На рис. 31 изображена высокотемпературная печь типа
ТВВ-2 с вольфрамовым нагревателем для работы в вакууме
порядка 3-10—3—5-10—3 мм рт. ст.
61
Печь состоит из корпуса 1 цилиндрической формы, двух
токоподводов 2, нагревателя 3 и закрыта сверху и снизу
крышками 4. Для подключения вакуумного насоса в кор-
пус печи вделан специальный охлаждаемый патрубок 5 со
штуцером для присоединения к вакуумметру.
Наблюдение за плавкой и измерение температуры ра-
бочего пространства печи производится через патрубок в
верхней крышке печи, снабженный смотровым стеклом 6.
Температуру измеряют оптическим пирометром визиро-
ванием через смотровое стекло на исследуемый материал
или его зеркальное отражение.
На нижней крышке печи имеется подвижное регулиро-
вочное устройство 7, при помощи которого происходит ком-
пенсация давления и удлинение нагревателя при работе
печи.
Нагреватель 3 изготовляется из вольфрамовой проволоки
и состоит из расположенных концентрически по окружности
элементов (проволок) с переплетением, для придания жест-
кости. Для уменьшения тепловых потерь от излучения
нагреватель защищен системой подвесных металлических
экранов 8.
Питание нагревателя печи производится через трансфор-
матор напряжением от 3 до 10 в. Потребляемая мощность
40 кет. Печь двумя хомутами укреплена на специальной
подставке 9.
Для охлаждения корпуса печи и крышек предусмотрены
патрубки 10, через которые подводится и отводится вода.
Перед включением печи в сеть необходимо при помощи
форвакуумного и диффузионного насосов создать в печи
вакуум порядка 3-10—3—5-10—3 мм рт. ст. Так как при
разогреве печи давление несколько повышается, то при
переключении нагревателя печи со ступени низкого напря-
жения на более высокую необходимо некоторое время по-
дождать для того, чтобы дать возможность насосам откачать
выделяющиеся газы и восстановить первоначальный вакуум.
Допускаемая температура в рабочем пространстве печи при-
мерно 2500°.
В процессе работы необходимо следить за циркуляцией
охлаждающей воды и не допускать повышения ее темпера-
туры выше 50°.
После выключения печи вакуум следует поддерживать
до полного ее остывания. Снятие вакуума производится
путем отвертывания пробки И на патрубке верхней крышки
после полного остывания печи.
62
Печи с карборундовым нагревателем. В СССР такие печи
известны, главным образом, под названием силитовых пе-
чей. Нагревательным сопротивлением в них служат стерж-
ни и трубки из карборунда, выпускаемые под раз-
ными фабричными названиями—силит, глобар, кристален,
кзарцилин, силун и т. п. Характеристика стержней приве-
дена в табл. 18.
Рабочее
пространство
А	Б
Рис. 32. Различные
способы крепления
карборундовых
стержней:
А—крепление стер-
жней с утолщением;
Б—пружинный кон-
такт; в—контакт с
водяным охлажде-
нием.
Печи с карборундовыми нагревателями несомненно пред-
ставляют интерес как замена более дорогих платиновых
нечей, а также менее удобных криптоловых.
В карборундовых печах можно получать нагрев до 1400°.
Лучшие карборундовые стержни служат при этой темпера-
туре 1000—2000 час., при более низкой температуре (1200°)
они могут работать неопределенно долго. При 1500° они
разрушаются за 10 час. Удельное сопротивление карборундо-
вых стержней достигает 0,1—0,2 ом-см, что дает возможность
включать печь, не пользуясь пониженным напряжением.
63
Таблица 18
Карборундовые нагревательные стержни
А. Глобаровые
Размеры,		Рабо- чая темпе- ратура °C	Мощность вт	Напряжение в	Сила тока а	Сопротивле- ние ОМ
диа- метр	длина					
8	150	700	330	55	6		
8	230	780	660	ПО	6	—
9,5	230	700	600	55	11	—
9,5	255	700	660	ПО	6	—
9,5	355	775	1200	220	5,5	—
8	255			400— 900	50—190	3,1 — 11,8	6,4 — 40
9,5	230	—	425— 970	40—155	4,1 — 15,5	4 — 25
9,5	305	—	575— 1320	55—210	4,1 — 15,7	5,3 — 33,3
И	255	—	550 — 1270	42 — 150	5—19,5	3,3 — 20,4
11	405	—	900 — 2100	70 — 260	5 — 20	5,2 — 32,6
Б. Салитовые
Размеры, лс.н		Рабо- чая темпе- ратура °C	Мощность вт	Напряжение в	Сила тока а	Сопротивле- ние ом
длина рабо- чей части	общая длина с утол- щен- ным концом					
Сплошные стержни
70	120	700 800	95 120	23 — 32 26 — 36	4,2 — 4,6 —	3,0 3,3	5,5 —	10,7
60	210	700	100	15 — 21	6,8 —	4,9	2,2 —	4,4
		1000	220	22 — 31	9,8 —	7,0		
		1400	540	34 — 49	16 -	11		
			Трубки					
300	420	700	600	67 — 94	9 —	6,4	7,4 —	14,8
		1000	1300	98—139	13,3 —	9,4		
		1400	3500	159 — 226	22 —	15,3		
250	650	700	620	42 — 59	15 —	10,5	2,8 —	5,6
		1000	1400	63 — 89	22,5 —	16		
		1400	4000	106— 150	38 —	26,6		
250	650	700	670	38 — 54	17,6 —	12,4	2,2 —	4,3
		1000	1560	58 — 82	26,9 —	19		
		1400	4520	100— 139	45 —	32,4		
300	700	700	850	38 — 54	22,4 —	15,7	1,7 —	3,4
		1000	2290	62 — 88	37 —	26		
		1400	7000	109—154	64 —	45		
64
При нагревании до 900° сопротивление стержней умень-
шается, а при более высоких температурах остается почти
постоянным.
Карборундовые нагреватели при употреблении стареют,
.причем их сопротивление увеличивается. Поэтому полезно
иметь некоторый запас напряжения. Для малых печей это
проще всего достигается при помощи реостата. Более эко-
номично и удобно пользоваться пусковым автотрансформа-
тором, который дает возможность регулировать напряжение
тока в пределах +20%.
Основания, щелочи, окислы тяжелых металлов, силикаты
и бораты реагируют с накаленным карборундом и разру-
шают нагревательные стержни.
В восстановительной и окислительной газовой среде
карборундовые стержни вполне устойчивы. На них не дей-
ствуют также пары кислот. Пары воды и водород действуют
разрушающе.
Главное условие правильной конструкции карборундо-
вых нагревателей заключается в устройстве такой под-
водки к ним тока, чтобы электрические контакты не слиш-
ком сильно нагревались. Для этого концы стержней делают
утолщенными и располагают вне рабочего пространства
печи (рис. 32 А). Утолщенные концы стержней серебрят и
обматывают никелевой проволокой, через которую подводят
ток. Для большей надежности такой контакт покрывают
эмалью (чтобы воспрепятствовать выплавлению серебра);
никелевую проволоку стягивают при помощи болта хомс-
том. Стержень укрепляют в гнезде асбестовой прокладкой
так, чтобы он не касался накаленной футеровки печи. При
таком креплении стержней они могут свободно расширяться
от нагревания и в случае надобности их легко заменять.
Глобаровые нагреватели имеют форму сплошных цилинд-
рических стержней с закругленными концами. Чтобы умень-
шить нагревание контактов, концы стержней сделаны из
материала, о'ладающегз меньшим сопротивлением (с до-
бавкой до 20% кремния), чем их средняя часть. Устройство
контактов при этом более сложно. Для нагревания ниже
700" применяют пружинный контакт из жаростойкой стали
(рис. 32,Б). При нагревании до более высоких температур
печной контакт делают с водяным охлаждением, как пока-
зано на рис. 32,В, или с воздушным охлаждением. В по-
следнем случае пустотелый патрон заменяют сплошным
металлическим цилиндром. Для малых печей это вполне
допустимо.
•  В. С. Весолсвскпй и др.	6э
На рис. 33 изображена схема силитовой муфельной пе-
чи. Характеристики силитовых печей приведены в табл. 19.
Рис. 33. Схема силитовой муфельной печи:
А—вид сбоку; 23—вертикальный разрез вдоль передней
стенки; 1—зажимы для крепления силитовых стержней и
присоединения их к сети; 2—расположение стержней в
рабочем пространстве.
Располагать карборундовые нагреватели в приборе луч-
ше горизонтально, так как при этом они нагреваются рав-
Таблши: 19
Силите,вые печи
Муфельные
Размеры рабочего пространства, мм		Максимальная температура °C		Мощность ет
высота	ширина [ глубина 1			
80 90 80 90 Число стержней	!	1 150	’	180		1100	2500 180	1	300	1110	।	4000 150	:	180	1300	;	3000 180	1	300	[	1300	j	4500 Т р у 6 ч а г ы е Рабочая длина	j	Диаметр	1	Максимальная	।	Мощность '	трубки	। трубки	температура ; " в}п мм	,	.л-ч	.	'С	!			
2	1	!	23 3	|	180	'	30 3	[	,30 >	’	20 4	I	ЗОо	,	-Ю 6	1	300	50			1 1200	I	1100 1200	I2C0 1230	:	2000 1230	1	2500 1230	]	3000	
66
номерно. Возможно и вертикальное расположение стержней,
например в тигельных печах. При этом только требуется бо-
лее интенсивное охлаждение верхних контактов.
Порядок включения стержней применяется последова-
тельный, параллельный и смешанный в зависимости от
напряжения в сети.
Наиболее ценно применение карборундовых нагрева-
телей в больших муфельных печах и в открывающихся
трубчатых. Карборундовые нагреватели можно применять
также в приборах для низких температур—сушильных
шкафах, плитках, водонагревателях и многих бытовых при-
борах.
Силитовые трубки могут применяться для нагрева жид-
костей и газов, пропускаемых непосредственно через них.
Хотя карборундовые нагреватели хорошо выдерживают
колебания температуры, печи следует включать через пу-
сковые реостаты или трансформаторы. Это значительно
увеличивает срок службы нагревателей и огнеупорной фу-
теровки печей.
При расчете силитовых печей надо иметь в виду, что
допустимая для стержней токовая нагрузка уменьшается
с повышением температуры. Например, для стержней, го-
ризонтально расположенных в комнатном воздухе без теп-
ловой изоляции, допустимы следующие удельные нагрузки:
Температура	Удельная
‘ С	нагрузка
	вт ем2
1Юо	24
1Ю0— 1200	21
1200 — 1250	18
1250— 1300	14
1300— 13.50	10
1350— 1400	5
Это наибольшая допустимая нагрузка для получения
заданной температуры. Поэтому, чем выше проектируемая
температура печи, тем больше должна быть поверхность
нагревательных стержней.
Г *
67
Расчетные данные для наиболее употребительных стерж-
ней приведены в табл. 20.
Таблица 20
Максимальные допускаемые нагрузки для еилптовых CTeji.iaieii
с утолщенными концами
Нагреваемая часть, ; ММ	I		1 Темпе- : ратура ‘'С	;	Допусти-1 мая нагрузка вт	Сопротивле- ние при 110и 5 ОМ	Напря- жение в	Сила тока
диаметр j	длина					
6	60	1100	270 ‘		24	11,2
		1200	240	—	Q.’j	10,5
		1300	160	—.	19	8,5
		1400	60	2,2	12	5,5
8	150	1100	900		-	57	15,8
		1200	79'0	—	53	14,7
		1300	520			43	12
		1400	190	3,6	26	7,2
12	250	11;Ы	оо-'Д	—	79	2Ъ ,4
		1200	1970	—	71	26,6
		1300	1320	—.	61	21,6
		1400	4 до	2.8	35	12,9
14	400	1100	4209	—	121	34,7
		Г2и0	3G80		113	32,5
		1300	2450	—	9э	26,4
		1400	875	3,5	55	15,9
18	500	1100	6303	—	135	50,4
		, 1М0О	5330	—	127	47
		1	1300	3340	—-	102	37,6
		I 1400	1420	2,7	62	23
18	800	1 1100	10800			222	48,8
		1200	95JD	—.	208	45,7 37,1
		1300	6340	—	171	
		I 1400	2260	4,6	102	1 22,1
Печи с жидким нагревателем. В лабораториях, зани-
мающихся термической обработкой металлов, применяют
печи сопротивления, в которых нагревателями служат раз-
личные расплавленные соли: хлористые натрий, калий!, ба-
рий и др., т. е. для получения высокой температуры исполь-
зуется сопротивление проводника второго рода (электро-
лита).
Для примера опише?»! печь-термостат. Она состоит из
четырехугольной ванны (16x16x17,5 мм), сделанной из
огнеупорного непроводящего материала, например шамота.
68
3
Рис. 3-1. Схема печи с угольным
нагревателем:
1—нагревательная трубка; 2— конические
нсропнп; 3 — зажимные винты; 4—латунные
крышки; 5—каналы водяного охлаждения;
6—шины для подвода тока; 7—пробирка
из огнеупорного материала.
Вдоль двух противоположных стенок в эту ванну опущены
электроды из мягкого железа. Нагревателем служит рас-
плавленный хлористый барий (темп, плавл. 950°). Эта ванна
может применяться для температур от 950 до 1300°. Она
дает постоянную температуру без применения мешалки.
Нагревание производится переменным током низкого на-
пряжения (8—15 в). При пуске печи в ход верхний слой
ванны расплавляют предусмотренной для этой цели элект-
рической дугой, пос-
ле чего между желез-
ными электродами
устанавливается кон-
такт через расплав-
ленную соль, и печь
начинает работать.
Угольные пени.
Угольные печи быва-
ют трубчатые и ти-
гельные. Нагревате-
лем и рабочим прост-
ранством в этих пе-
чах служит угольная
трубка или высо-
кий угольный тигель.
При конструктивном
оформлении печей за-
труднение состоит в
креплении угольного
нагревателя. Крепле-
ние должно быть на-
дежны^, давать хороший электрический контакт и вместе
с тем допускать легкую замену нагревателя.
Наиболее удобн-л печи следующей конструкции (рис. 34):
нагревательная трубка 1 вставляется в латунные конические
коронки 2 и зажимается винтами 3. При этом коронки вдав-
ливаются в конические отверстия в латунных крышках 4,
которые имеют каналы водяного охлаждения 5. К этим
крышкам по шинам 6 подводят ток. Внутрь нагревательной
трубки вставляют пробирку 7 из подходящего огнеупорного
материала—угля, фарфора, магнезии, окиси циркония, гли-
нозема и т. п., в которой можно плавить и нагревать образ-
цы. Эти печи можно питать током только очень низкого на-
пряжения (от 0,5 до 10 в), который получают от специаль-
ного ступенчатого трансформатора (рис. 35).
69
Для экспериментальных работ можно изготовить очень
простую печь с угольным сопротивлением (рис. 36). В этой
печи угольную трубку 1 зажимают между двумя толстыми
Рис. 25. Схема стуеенча-
того трансформатора.
(50x50 мм) графитовыми электро-
дами 3. Напряжение питающего тока
от 4 до 10 в.
В этой печи легко получить лю-
бую температуру до 3000°, подбирая
угольные трубки соответствующей
длины и диаметра.
Лучшей тепловой изоляцией для
этих печей служит древесный уголь
в виде крупки (1—3 мм). Имея
малую тепло- и электропроводность,
он защищает нагреватель от вы-
горания. Для внешней тепловой
изоляции пригодна окись магния,
которая мало реагирует с углем при
температурах ниже 2000°, резко от-
личаясь от окиси кальция, которая
с углем реагирует легко.
Существенным недостатком всех
угольных печей является образование восстановительной
углеродистой атмосферы, вследствие чего в них нельзя про-
изводить работы с веществами, способными восстанавли-
Рис. 36. Схема упрощенной печи с угольным сопро-
тивлением:
I—угольная трубка (нагреватель); 2—рабочее простран-
ство; 3—графитовые электроды; 4—кирпич.
ваться или химически соединяться с углеродом. Нельзя
также измерять температуру платиновыми термопарами, так
как они быстро портятся.
Угольные печи широко применяются и незаменимы для
работ при температурах от 2000 до 3500°. Для плавки квар-
70
ца и силикатов, требующих нейтральной атмосферы, изго-
товляют вакуумные печи с угольным сопротивлением.
Печи с угольным сопротивлением мало пригодны для
аналитических и экспериментальных работ, для которых
восстановительная атмосфера вредна.
Характеристики трубчатых угольных печей приведены
в табл. 21.
Таблица 21
Печи с угольным нагревателем
Угольный нагреватель				Пробирка	|				Манси- | мальная темпе- ратура °C	Потреб- ляемая МО щность кет
длина мм	диаметр, мм		нагре- ваемая длина мм	диаметр, Л1м		внут- рен- няя длина мм	полез- ный i объем МЛ |		
	внеш- ний	внут- рен- ний		внеш- ний	внут- рен- ний				
200	30	20	1S5	16	12	188	40	3500	22,5
200	40	28	185	24	2;}	188	80	3500	45
2е0	50	38	185	34	28	188	150	3200	45
	40	28	275	24	20	277	130	3300	45
3t,j	50	38	275	34	28	277	250	3000	50
300	60	48	275	44	38	277	400	2750	50
300	60	48	275	44	38	277	400	2750	50
ОСО	75	59	275	55	47	277	600	2600	50
300	90	72	275	68	58	277	900	2200	50
ООО	90	72	385	68	58	386	1120	2200	60
400	120	100	385	96	82	386	2160	1900	60
400	140	120	385	116	100	386	3140	1750	60
Примечая и е. В таблице указана действительная мощность печи е уче-
том значения cos которое в среднем равно 0,6—0,7 и при нагревании
уменьшается до 0,4.
Кршгголовые печи. Чтобы увеличить сопротивление
угольного проводника и получить возможность пользоваться
током более высокого напряжения было предложено в ка-
честве нагревателя употреблять угольную крупку, полу-
чившую название криптол. Для лабораторных печей обычно
применяют крупку с величиной зерна от 0,5 до 3 мм. Луч-
ший криптол получают путем дробления лома угольных
электродов плотной однородной структуры. Можно также
пользоваться дробленым нефтяным или пековым коксом,
имеющим зольность не более 1—2%, так как зола, обра-
71
зующаяся при выгорании криптола, служит плавнем для
огнеупорной футеровки печи и сокращает срок ее службы.
Дробленый уголь просеивают на соответствующих ситах
и для округления зерен обрабатывают в шаровой мель-
нице с небольшим количеством шаров и вновь просеивают
для отделения пыли. После этого криптол делается более
сыпучим и лучше оседает при выгорании в печи.
Криптол, приготовленный из кокса, имеет большее со-
противление, чем приготовленный из электродов. При на-
гревании сопротивление его изменяется меньше, но он вдвсе
быстрее выгорает.
Изготовляют трубчатые, муфельные и тигельные крип-
толовые печи*. Конструкции муфельных и тигельных печей
крайне несовершенны и ими не следует пользоваться.
Характеристика свободно насыпанных криптолов при-
ведена в табл. 22.
Таблица 22
Криптолы
I	|	; Удельное
Материал	Величина зерна мм	Насыпной вес кг/л	сопротивление ом • см	
			прп 20°	при 1500°
Дробленые электроды . . .	0,5—3	0,95-1,1	15	2,8
	1—4		10	2,5
	2—6		3,5	1,2
Кокс нефтяной или пековый.	0,5—3	0,6—0,9	17	7
	3—10	0,5—0,7	5,3	2
Трубчатые криптоловые печи применяют преимущест-
венно для работ с керамическими и огнеупорными материа-
лами, так как только в таких печах можно нагревать срав-
нительно большие образцы до 1400—2000°. В этой области
они незаменимы, хотя работа с ними довольно неудобна и
требует навыка. Основными частями трубчатой криптоловой
печи являются две высокоогнеупорные трубки, из которых
одну вставляют в другую, и кольцевой канал между ними за-
полняют криптолом. У концов внутренней жаровой трубки
располагают токоподводы и всю систему окружают тепловой
изоляцией. Однако конструктивное оформление этой про-
* Описание криптологых печей имеется в книге: В. А. Лебедев,
Электрические печи с криптоловым сопротивлением, Харьков, 1936.
72
стой схемы встречает большие затруднения, которые до сих
пор не удалось преодолеть.
В качестве примера опишем конструкцию печи В. А. Ле-
бедева, отличающуюся относительной простотой и практич-
ностью (рис. 37). Характеристика деталей приведена в
табл. 23.
Таблица 23
Характеристика деталей печи Лебедева
(Р-. 37)
Наименование	Материал	Коли- чество	Диаметр, мм		Высота мм
			наружный	внутрен- ний	
Нижнее наружное кольцо	Шамот	1	440	270	120
Провез для токоподвода в нижнем наружном кольце 		—				.50
Кольцевой паз в верх- нем и нижнем кольцах	—	—	? 31)	—	13
Верхние наружные коль- да		Шамот	3	440	270	120
Верхний и нижний по- кровные круги . . .	»	О	260	00	20
Соединительные кольца	»	2	310	200/10 0	30
То же	Корунд	2	220/200	160/150	20
Жаровое кольцо ....	»	1	170/105	137/132	1S0
Жаровая труба ....	»	1	05	65	300
Надставки для жаровой трубы		Шамот	2	8.5	65	110
Подкладки под токи- подводы 			5	—	—	20
Крышка жаровой трубы		1	100	20/15	
Нижний плоский токе- подвод 		Железо	1	200	100	—
Верхний конический тсксподвод 			1	260	140	70
73
Печь предназначена для обжига небольших образцов и
для определения огнеупорности до " ~
мальная сила тока 150 а. В этой
Рис. 37. Криптоловая печь Лебедева:
1—нижнее наружное кольцо; 2—прорез для то-
коподвида в нижнем наружном кольце; з—коль-
цевой паз в верхнем и нижнем кольцах:
4—верхние наружные кольца; 5—верхний и
нижний покровные круги; 6—соединительные
кольца (шамотные); 7—соединительные кольца
из корунда; 8—жаровое кольцо; 9—жаровая
труба; 10—надставки для жаровой трубы;
11—подкладки под тоноподводы; 12—крышка
жаровой трубы; 13—нижний плоский гокопод-
вод; 14—верхний конический токоподвод.
1790°. При 110 в макси-
печи удалось избежать
многих недостатков,
присущих криптоло-
вым печам других
конструкций. Так,
ее части не требуют
тщательной пригон-
ки, что очень сущест-
венно ввиду необхо-
димости частого ре-
монта; очень эконом-
но используется ко-
рунд (детали 7, 8,9);
обеспечено свободное
расширение соедини-
тельных колец 6, 7,
жарового кольца 8 и
жаровой трубы 9; нет
массивных деталей,
подвергающихся
сильному нагреванию
и растрескивающих-
ся вследствие этого.
Снаружи печь
снабжают обтяжками
из листового железа,
которые придают ей
большую прочность
и прикрывают щели
между наружными
кольцами 4. Пространство между жаровым кольцом 8 и
наружными кольцами 4 заполняют шамотной крупкой.
Криптоловые печи изготовляют и больших размеров,
если необходимо нагревать крупные предметы. Плотность
тока в узкой части криптолового сопротивления 1,2—1,5 а!см2.
Плотность тока на поверхности железных токоподводов долж-
на быть не более 0,08—0,1 а/см2.
Характеристики криптоловых печей приведены в табл. 24.
Предел температуры, достигаемой в криптоловых пе-
чах, определяется огнеупорностью материала, из которого
сделаны жаровая труба 9 и жаровое кольцо 8. Для шамота
он не превышает 1400°, для лучшего корунда 1800°. В ли-
74
Криптолов ые печи
Таблица 24
Размер раб< ране м диаметр	эчего прост- тва и высота	Максимальная температура при жаровой трубе из корунда °C	Мощность при макси- мальной температу- ре -кет
65	150	1	1800	5—10
84	150 i	1750	6—10
100	150	1	1700	8—12
140	200	1	1500	9—14
Примечание. Для печей приведенных размеров eos и « 0,8.
тературе описаны печи с трубами из магнезии и окиси цир-
кония для нагревания до 2000°. Однако работы с этими
уникальными печами требует большого
искусства, и они очень недолговечны.
Нагреваемые предметы вводят в жаровую
трубу снизу на цилиндрической огнеупорной
подставке. Для этого столик печи снабжают
подъемным механизмом (рис. 38). Он состоит
из круглого железного стержня 1, который
может свободно перемещаться в направляю-
щей муфте 2 с закрепительным винтом 3.
На верхний конец стержня насаживают ог-
неупорный усеченный конус 4, служащий
подставкой для нагреваемых предметов.
Несколько ниже его помещен затвор (крыш-
ка 5), закрепленный винтом, служащий для
того, чтобы плотно закрывать нижний конец
жаровой трубы и устанавливать подставку
на нужной высоте.
Обычно для криптоловых печей требуется
ток напряжением 60—110 в и довольно
плавная регулировка. Сопротивление холод-
ной печи 1,8—Зол/, а при 1500° примерно
0,65—1,5 ом. При этих условиях рационально
пользоваться многоступенчатым понижаю-
щим трансформатором и лишь в крайнем
случае применять реостаты, которые должны
выдерживать ток силой 100—200 а.
Сборка криптоловой печи требует навыка.
От качества сборки существенно зависит
Рие. 8. Штатив
криптоловой печи:
1—железный стер-
жень; 2—направляю-
щая муфта; 3—закре-
пительный винт; 4—
огнеупорная подстав-
ка; 5—нижняя крыш-
ка жаровой трубы.
75
хорошая работа печи. Главное при сборке—это точное цен-
трирование жаровой трубы и плотность соединения частей.
Смещение жаровой трубы является одной из причин нерав-
номерного нагрева. Плотное соединение частей необходимо,
чтобы обеспечить менее восстановительную атмосферу в
рабочем пространстве и по возможности предохранить крип-
тол от выгорания.
Сборку начинают с установки штатива печи, добиваясь
горизонтального положения крышки. На крышку кладут
круг из толстого (3—5 мм) асбестового картона с отверстием
в середине для ввода подставки. На круг помещают нижнее
наружное кольцо 1 (рис. 37) и на подкладках 11 нижний
покровный круг 5, на который кладут нижний железный
токопотвод 13. В отверстие покровного круга 5 вставляют
жаровую трубу 10. Щели между частями 9 и 10 замазывают
отощенной шамотом огнеупорной глиной. Щель между жа-
ровой трубой 10 и кругом 5 заполняют асбестовой ватой.
В паз 3 наружного кольца 1 насыпают немного шамотной
муки и укладывают шамотное соединительное кольцо 6.
На него кладут корундовое соединительное кольцо 7 тоже
на шамотной подсыпке. Щели между нижними и верхними
наружными кольцами также уплотняют при помощи ша-
мотной муки.
На корундовое соединительное кольцо 7 помещают
жаровое корундовое кольцо 8, а на него верхнее корундо-
вое соединительное кольцо 7 и, наконец, верхнее шамотное
соединительное кольцо 6. Между жаровым кольцом 8 и на-
ружными кольцами 4 насыпают шамотную крупку, а между
кольцом 8 и жаровой трубой 9—криптол, стараясь, чтобы под
нижним соединительным кольцом 6 не оставалось пустого
пространства. Затем окончательно центрируют жаровую
трубу 9. На соединительное кольцо 6 кладут подкладки
для токопровода 14, вставляют токоподвод и насыпают крип-
тол до верха. Чтобы криптол лежал равномерно и рыхло,
его прокалывают заостренным железным прутом диаметром
4—6 мм. На криптол кладут верхний покровный! круг 5. Щели
между кольцами 1 и 4 обмазывают отощенной глиной.
Вновь собранную печь следует просушить, пропуская
через нее слабый ток (~5 а).
При включении холодной печи на полное напряжение
сила тока должна быть 25—50 а. Через час после включе-
ния следует осмотреть внутреннюю поверхность рабочего
пространства, и если накал его стенок окажется неравно-
мерным по окружности, то печь следует выключить, так
76
как при дальнейшем нагревании неравномерность накала
еще увеличится. Этот дефект чаще всего зависит от
неравномерной плотности засыпанного криптола. Плот-
ность криптола- можно изменить прокалыванием слоя крип-
тола вокруг жаровой трубы железным прутом. Если это
не помогает, то печь следует охладить и проверить ее сборку.
Нарушение равномерности нагрева жаровой трубы мо-
жет появиться и во время работы печи, если даже разогрев
ее прошел нормально. Это связано с образованием в крип-
толе местных электрических дуг или местных уплотнений.
Очень опасно также ошлакование огнеупорных футеровок
золой криптола или случайно попавшими в него кусками
глины. Регулировка печи на ходу невозможна и ее при-
ходится охлаждать. Избежать этого можно, пользуясь добро-
качественным криптолом, шурованием его железным прутом
перед каждым пуском печи и медленным разогревом печи.
В первые дни изменение состояния криптола улучшает
работу крипто повой печи, а затем замечается ухудшение.
Следует внимательно наблюдать за работой печи и во-время
останавливать ее на ремонт. Пэл продолжатель ом употреб-
лении величина зерна криптола вследствие выгорания умень-
шается и в нем накопляются пыль и зола. Мелкий криптол
легко уплотняется, и вследствие этого разогрев печи за-
медляется и увеличивается опасность местных перегревов,
образования шлаков на футеровке и т. п. Поэтому при-
близительно после 10 запусков печи (60—80 чае. работы)
следует высыпать из нее криптол и просеять его на сите
о дидметро'.! отверстий 0,5—1,0 мм для отделения золы и пыли.
Для высыпания криптола жаровую трубу следует при-
поднять. Если на пен заметны повреждения, ее вынимают,
осматривают и подмазывают корундовой массой. Так же
осматривают внутреннюю поверхность жарового кольца.
Железные токэподзоды исправляют или заменяют новыми.
Криптоловые печи обладают многими недостатками, из
которых отметим следующие:
1)	большая мощность—до 15 кет;
2)	необходимость пользоваться током низкого напряже-
ния через ступенчатые трансформаторы (сложное устрой-
ство) или мощные реостаты (значительная потеря энергии);
3)	восстановительная атмосфера в рабочем пространстве
(вентилирование рабочего пространства вызывает пониже-
ние температуры);
4)	значительные тепловые потерн, вызываемые верти-
кальным положением и вентилированием рабочего про-
странства;
77
5)	выделение ядовитой окиси углерода, что требует хо-
рошей вентиляции помещения;
6)	медленный разогрев (не менее 2 час.), необходимый
для избежания растрескивания керамических частей;
7)	необходимость иметь квалифицированный персонал
для постоянного надзора во время работы;
8)	необходимость часто ремонтировать печь (после 60—
80 час. работы).
Дуговые печи
При соприкосновении двух проводников между ними
получается плохой искрящий контакт с большим сопротив-
лением; место соприкосновения быстро нагревается и на-
гревает окружающий газ, который становится достаточно
хорошим проводником, чтобы поддерживать значительную
силу тока. Нагретые концы проводников можно раздви-
нуть, не прерывая тока, и накаленный газ будет поддер-
живать контакт, образуя пламя электрической дуги. Если
дуга > бразуется между угольными электродами, то темпера-
тура около анода достигает 5500°, а посредине дуги, в зави-
симости от ее длины, 2000—3000°.
В лабораториях дуговые печи имеют очень небольшое
применение прежде всего потому, что объем их рабочего
пространства очень мал и температура в нем распределяется
крайне неравномерно. Они применяются, главным образом,
для плавки металлов и силикатов.
Характеристики дуговых печей приведены в табл. 25.
Дуговые печи
(напряжение 50—60 в)
Таблица 25
Размер плавильного про- | странства	] мм		Диаметр электродов мм	Сила тока а	Мощность кет
диаметр	высота			
120	100		200	10
190	135	—	300	15
350	200	—	500	30
360	300	--	800	40
Г>0‘"	45	18	100	—
71 Г-	60	20	150	—
90*	90	,т‘ '	250	—
78
В качестве примера опишем тигельную универсальную
дуговую печь (рис. 39). В печи А имеются два электрода,
и дуга образуется над плавильным тиглем; в печи Б имеет-
ся один электрод, а вторым электродом служит сам пла-
Рис. Универсальная дуговая печь:
А—печь с двумя электродами; Б—печь с одним электродом (вторым элект-
родом служит сам тигель); В—печь с одним электродом и проводящим
подом; Г—комбинированная печь с нагревательным сопротивлением.
вильный тигель; и печи В вторым электродом служит про-
водящий под; применяется она для плавки значительных
количеств металла. Печь Г является комбинированной
печью, в которой нагревательным сопротивлением служит
79
применяется для пог
Р::с. чи. Дуговая п-:чь с од-
ном электродом и подводом
тста к граф гтозому т-длю.
угольный или карборундовый стержень. В этом варианте она
ия карбидов, плавки кварца и т. п.
На рис. 40 показана временная
дуговая печь простой конструкции.
Нижним токоподводом служит гра-
фитовый тигель. Диаметр элект-
рода должен быть в три-четыре
раза меньше верхнего диаметра
тигля. Небольшие тигли диамет-
ром до 50 мм можно прямо за-
креплять в металлический зажим,
как это показано на рисунке.
Тигли большого размера лучше
устанавливать в отверстие графи-
тированной пластины, к которой
подводится ток. Для лучшего кон-
такта отверстие обмазывают тестом
из жирного графита и воды.
Для дуговых печей желательно
пользоваться током в 36—42 в,
так как при большем напряжении
регулировка хода печи затрудне-
на: происходят местные перегревы,
и электроды обгорают неравпо-
печи (5—15 а) можно включать в
есть прямо через делитель напряжения (рис. 41) или через
реостат. Для более мощных следует пользоваться понижаю-
меоно. Малые тутовые
деш.т'ль напряжения.
щпм трансформатором. Если для печей с одним верхним
электродом пользуются постоянным током, то электрод
должен быть положительным полюсом.
80
Индукционные печи
Ппинцип действия. В индукционных печах ток возбуж-
дается в нагреваемом теле путем электромагнитной индук-
ции. В принципе индукционная печь представляет собой
воздушный трансформатор, у которого роль вторичной об-
мотки выполняет нагреваемое тело. С этой точки зрения
нагреваемое тело можно
рассматривать как один
короткозамкнутый виток.
Первичная обмотка печи
имеет форму однослойной
катушки (соленоида) и
называется «индуктором»
(рис. 42).
Индукционные печи ча-
ще всего применяют для
нагрева и плавки металлов
на воздухе и в вакууме.
Частоту питающего печь
тока выбирают в зависи-
Ри:. 42. Схема индукционной печи
bi сской 1ас1оты:
1—соленоид из медной трубки (первич-
ная обмотка); 2—огнеупорный и термо-
изоляционный корпус рабочего про-
ci ранства.
мости от величины кусков
нагреваемого материала и
отего свойств(электропро-
водности и магнитной про-
ницаемости). В лабораторной практике находят применение
преимущественно высокочастотные индукционные печи ем-
костью до 20 кг стали, питаемые от ламповых генераторов
тока высокой частоты. Частота тока обычно равна
150000—600 000 пер/сек. при мощности генераторов от 5
до 60 кет.
Возбуждение индукционного тока в нагреваемом теле,
являющемся вторичной обмоткой, зависит от близости рас-
положения первичной и вторичной обмоток, и поэтому важ-
но, чтобы пространство внутри первичной обмотки было по
возможности заполнено нагреваемым веществом, проводя-
щим вторичный ток. Практически значительная часть этого
пространства занята тепловой изоляцией, и поэтому индук-
ционные печи имеют очень большое рассеяние и их кажу-
щаяся мощность в киловольт-амперах в 10—30 раз больше
действительной мощности в киловаттах (cos i имеет малую
величину, зависящую от частоты тока и мощности шча).
Чтобы компенсировать холостую нагрузку печи, приходится
вводить в цепь конденсаторы соответствующей емкости.
6 В. С. Веселовский и др.
81
В цилиндрическом рабочем пространстве индукционных
печей наблюдается неравномерное распределение плотности
тока. При прохождении переменного тока через индуктор
в рабочем пространстве печи возникает индукционный ток,
текущий вдоль поверхности цилиндра вокруг его оси. Вслед-
ствие явления вытеснения тока при больших частотах (скин-
эффект) амплитуда плотности тока достигает максимального
значения Омане.) на поверхности цилиндра и уменьшается
по экспоненциальному закону по направлению к оси цилинд-
ра. Мгновенное значение плотности тока в любой точке i
внутри цилиндра выражается уравнением
* = *маКС.е а sin^m----£-
где х—расстояние от поверхности цилиндра в см;
8—глубина проникновения индукционного тока в ра-
бочее пространство печи в см.
Из этого уравнения видно, что вдоль радиуса цилиндра
изменяется не только амплитуда, но и фаза электрических
колебаний.
Глубина проникновения индукционного тока в рабочее
пространство печи о выражает толщину наружного слоя
цилиндра, в котором выделяется около 90% тепла, и опреде-
ляется из уравнения:
, _ 5030
°---см
где р.—магнитная проницаемость рабочего пространства;
а—его электропроводность (ом—1 • см-1);
f—частота питающего тока (герц).
Следует заметить, что это справедливо только в тех слу-
чаях, когда глубина проникновения индукционного тока
значительно меньше радиуса цилиндра.
Для индуктора зависимость между напряжением V и
силой тока I выражается в общем виде уравнением
V=f {(R + apA)	[<oL —а(1 — fiB)])
где R—активное сопротивление индуктора в омах;
L—самоиндукция;
«Д—индуктивное сопротивление индуктора в омах при
пустом рабочем пространстве печи;
82
<л=2 r.f;
a=ui(ndvn)2h-10~9 (dp—диаметр рабочего простран-
ства; n—число витков на 1 см длины индук-
тора; h—высота индуктора в см).
р.—магнитная проницаемость;
А и В—сложные функции величины
d ___ dp
/Г	8 уТГ
где d—диаметр индуктора в см.
Активное сопротивление индуктора из меди
R = 0,84-\0-$dhn2Vf ом
Внесение в печь нагреваемых предметов вызывает увели-
чение активного сопротивления индуктора. Если 1—р.В>0,
то индуктивное сопротивление индуктора уменьшается,
если же 1—у.В<0, то индуктивное сопротивление индукто-
ра увеличивается, что, однако, на практике встречается
редко.
Из предыдущего уравнения можно определить мощность,
потребляемую рабочим пространством печи
Рр = а[хД72
•а также реактивную составляющую мощность печи
Ро = [<«£ —а(1 — рВ)]1*
По мере увеличения диаметра (dp) рабочего пространства
потребляемая им мощность (Рр) сначала быстро увеличи-
вается, затем проходит через максимум и далее медленно
уменьшается. Максимум соответствует условию
- __ = -d- = 25
в /2 /Г
Однако условие, при котором в рабочее пространство
печи передается наибольшая мощность, не совпадает с ус-
ловием наибольшей электрической отдачи печи.
Электрический к. п. д. печи
1
dp Г с
достигает наибольшего значения при
= -Д. = 8
В /2	<2
83
Дал! ше к. п. д. становится почти постоянным. Обычно—= 1,4.
ар
Отсюда следует, что при этом соотношении к. п. д. почти
не зависит от частоты.
(Здесь 5Р—электропроводность рабочего пространства, а
а—электропроводность индуктора).
Для нагревания материалов, плохо проводящих элек-
трический ток, их помещают в проводящий тигель из графита
или другого подходящего материала, который служит на-
гревателем. В графитовом тигле можно получать темпера-
туру вы не 3000°.
При применении индукционных печей для нагревания
материалов, из которых нужно удалить газы, или, в случае
необходимости собирать газы при изучении газовых реакций
тигель с нагреваемым материалом помещают в оболочку из
стекла или из плавленого кварца, присоединяемую при по-
мощи шлифа к вакуум-насосу.
Устройство печел. Выбор частоты тока. При
плавке металлов в индукционных печах используется теп-
ловое действие вихревых токов, возникающих в подлежа-
щей расплавлению шихте, помещенной в быстроперемен-
ное электромагнитное поле, создаваемое индуктором. Для
поддержания к. п. д. печей достаточно высоким, необхо-
димо, чтобы соотношение между размерами частиц нагре-
ваемой шихты и глубиной проникновения в нее тока (дру-
гими словами, соотношение между размерами частиц и
толщиной активного, токонесущего слоя) лежало в опре-
деленных пределах.
В табл. 26 приведены значения оптимальных частот пи-
тающего тока (промышленная частота и частоты, даваемые
отечественными машинными и ламповыми генераторами)
для частиц стали разных размеров.
При применении токов с более низкой частотой по срав-
нению с приведенными в таблице глубина проникновения
тока возрастает и превышает диаметр частиц шихты.
Металл становится как бы «прозрачным» для электро-
магнитного поля, частицы его поглощают только некоторую
незначительную долю энергии электромагнитного поля и
к. п. д. индукционного нагрева падает.
Применение токов более высокой частоты по сравнению
с рекомендуемыми в таблице также приводит к понижению
к. п. д. индукционного нагрева. Последнее объясняется тем,
что при повышении частоты тока снижается толщина актив-
ного токонесущего слоя, т. е. уменьшается глубина про-
84
Таблица 26
Соотношение, между оптимальной частотой тока, питающего
индуктор, и размером частиц нагреваемого материала
(по стали)
Частота тока пер/сен.	Тип генератора	Диаметр частиц стали (аустенитовая или конструкцион- ная сталь) см
50	Сеть промышленной частоты	36,0
2500	Машинный генератор токов повышенной ЧНСТО1Ы	4,8
8000	То же	2,7
250 000	Ламповый генератор токов высокой частоты	0,48
5 СО 0С0	То же	0,35
никновения тока. Это увеличивает время нагрева частиц
шихты, так как тепло от периферии частиц, нагреваемых
индуктированными вихревыми токами, передается к их
внутренним частям теплопроводностью. Увеличение про-
должительности нагрева в свою очередь вызывает повыше-
ние потерь тепла излучением и теплопередачей через стен-
ки печи.
Частота тока, получаемого от генераторов с самовозбуж-
дением, определяется индукцией L и емкостью С их анод-
ного контура. Приближенно ее можно вычислить по формуле
' = гет
От частоты питающего тока зависит также величина
загрузки шихты в индукционные печи. Максимальные и
минимальные загрузки для печей, питаемых током различ-
ной частоты, приведены в табл. 27.
Следует также обращать внимание на толщину стенок
тиглей, применяемых для индукционных высокочастотных
печей. Чем толще стенки тигля, тем ниже потери тепла,
отдаваемого расплавляемым металлом охлаждаемому во,,ой
индуктору и в окружающую среду. Однако при примене ии
толстостенных тиглей увеличивается расстояние между метал-
85
Таблица 27
Зависимость загрузки тиглей лабораторных индукционных печей
(по стали) от частоты питающего тока
Частота тока пер/сек.	Тип генератора	Предельная емкость тигля кг		Рекомендуе- мая оптималь- ная емкость тигля кг
		минималь- ная	максималь- ная	
50	Сеть промышлен- ной частоты	300	Тысячи ки- лограммов*	—
2500	Машинный генера- тор токов повы- шенной частоты	30	500	30
8000	То же	20	300	20
250 000	Ламповый генера- тор токов высо- кой частоты	Тысячные доли кило- грамма	50	15—20
500000	То же	То же	30	10—15
* В лабораторной практике не используется.
лом и индуктором и возрастает рассеяние электромагнитного
поля индуктора. Вследствие этого повышаются общие элек-
трические потери в печи и приходится увеличивать емкость
дорогостоящих контурных конденсаторов.
Практически для лабораторных печей емкостью 30 кг
применяют тигли с толщиной стенок около 40—50 мм\ при
емкости 10 кг толщина стенок тигля может быть уменьшена
до 25—30 мм.
Материал для изготовления набивных тиглей индукцион-
ных печей выбирают в зависимости от физико-химических
свойств расплавляемых материалов. Наиболее часто при
плавке черных металлов применяют кварцитовые (кислые)
и магнезиальные (основные) тигли.
Кварцитовые тигли содержат до 97—98% кремнезема
(дробленый прозрачный кварц) с добавкой 3—2% бор ой
кислоты для связывания частиц кварцита. Гранулеме;ри-
ческий состав массы для приготовления кварцитовых тиг-
лей следующий:
Диаметр частиц, мм ....	4	2	1 кварцевая пыль
Содержание, %........... 20	20 30	30
86
Магнезиальные тигли готовят, например, из массы, со-
стоящей из 90% дробленого магнезитового кирпича и 10%
каустического магнезита.
Для изготовления набивного тигля внутрь индуктора поме-
щают цилиндр из миканита или листового асбеста. На дно печи
набивают слой футеровочной, предварительно слегка увлаж-
ненной (до 5% влаги) массы. На подготовленное таким об-
разом основание ставят шаблон, имеющий форму тигля.
Шаблон вытачивают из стали или отливают из чугуна. Про-
межуток между шаблоном и цилиндром из изоляционного
материала (миканит или асбест) постепенно наполняют
массой, из которой готовят тигель, и утрамбовывают. При
проведении первой («закрепительной») плавки набивка воз-
ле шаблона спекается на глубину в несколько миллимет-
ров, а сам шаблон расплавляется.
При правильной работе в набивном тигле можно провести
200—300 плавок.
Выбор мощности питающего генера-
тора. Удельный расход электроэнергии при плавке в ин-
дукционных печах возрастает с уменьшением емкости пе-
чей. Это объясняется увеличением отношения периметра
нагреваемого (расплавляемого) металла к его весу. Так,
например, при плавке 50 кг стали в тигле с внутренним
диаметром 160 мм и высотой 320 мм отношение между пе-
риметром расплавленного металла (F) и его весом (G) равно
F 2С00
-~д~ = —эд—=40, а при плавке 1 кг стали в тигле диаметром
45 мм и высотой 80 мм это отношение равно примерно 130,
Удельный расход электроэнергии (AQ) при плавке стали
в индукционных печах составляет:
Емкость печи, кг .. .	50	20	5
Удельный расход электро-
энергии, квт-ч'кг . . . 1,0—1,2 1,5—1,6 2,0—2,5
При плавке 1 кг стали удельный расход электроэнергии
может доходить до 3,5—4 квт-ч/кг (в зависимости от кон-
струкции печи и к. п. д. питающего генератора).
Для ориентировочного определения необходимой мощ-
ности питающего генератора при плавке G кг стали в тече-
ние заданного времени t час. можно пользоваться формулой
Р — —— кет
87
Например, для плавки 50 кг стали в течение 1 часа нужен
генератор мощностью
Р =	= 50 4- 60 кет
Если нужно расплавить 5 кг стали в течение 15 мин. (0,25 ча-
са), то для этой цели необходим генератор мощностью
D (2,0 : 2,5)5
Р = Л --- =40 — 50 кет
0,2о
Из приведенных примеров видно, что если необходимо
ускорить процесс плавления, то следует применять боль-
шую мощность, но в течение меньшего отрезка времени.
При этом порой получаются на первый взгляд парадоксаль-
ные соотношения: мощность генератора для скоростной
плавки малых количеств металла оказывается почти такой
же, как для плавки в 10—20 раз больших загрузок с нор-
мальной скоростью.
Индукционные лабораторные высокочастотные печи для
плавки металлов на воздухе. Индукционные высокочастот-
ные печи емкостью до 30 кг стали с ламповыми генерато-
рами для их питания выпускаются промышленностью.
Рис. 43. Принципиальная электрическая схема лампового генератора
типа ГЛ-6 ):
1—трехфазный силовой трансформатор ЗГМ-75 10; 2—высоковольтный газо-
тронный выпрямитель; з—анодный ст< пирный дроссель; 4—генераторные
лампы Г — 431; 5 — «аитипаразитное» сопротивление; 6—разделительный кон-
денсатор; 7—емкость анодного контура; 8—дроссель; 9—с< противление;
Ю—конденсатор; и—индуктивность анодного контура; 12—катушка связи;
13—контурная батарея конденсаторов; 14—первичная обмотка периодиче-
ского высокочастотного трансформатора; 15— вторичная обмотка транс-
форматора; 16—индуктор.
На рис. 43 изображена принципиальная электрическая
схема лампового генератора типа ГЛ-60. Этот генератор,
выполненный по двухконтурной схеме, имеет колебательную
мощность 60 кет и дает ток с частотой около 200 000 пер/сек.
88
Генератор имеет силовой трехфазный трансформатор 1
типа ЗГМ-75/10 с первичным напряжением 220/380 в и
вторичным линейным напряжением К2(ЛИн.) = 8000 в. Для
преобразования подводимого от трансформатора перемен-
ного тока высокого напряжения в постоянный ток высокого
напряжения служит высоковольтный газотронный выпря-
митель 2, собранный по двухполупериодной трехфазной
схеме. В процессе преобразования переменного тока по
данной схеме значение выпрямленного напряжения возра-
стает до Уг=1,35 У2(лин). В генераторе ГЛ-60 установлены две
включенные параллельно лампы типа Г-431 .Для предотвраще-
ния возможности прохождения высокочастотных колебаний в
цепь питания имеется анодный стопорный дроссель 3, ем-
кость 7 и индуктивность 11 анодного контура.
Индуктивность 14 является либо индуктором плавильной
печи, либо первичной обмоткой апериодического высоко-
частотного трансформатора.
Вторичная обмотка этого трансформатора 15 имеет выводы,
к которым присоединяется нагревательный индуктор 16,
используемый для плавки малых количеств металла (от долей
грамма до 0,5 кг)* **.
Обратная связь на сетки генераторных ламп в данной
схеме берется от катушки индуктивности 14. При этом ис-
ключается существовавшая в ранее применявшихся лам-
повых генераторах, работавших по двухконтурным схемам,
возможность возникновения явления «затягивания» и срыва
колебаний. Параллельно катушке 14 подключена вторая
контурная батарея 13 конденсаторов. Катушка связи 12
расположена коаксиально возле катушки индуктивности
анодного контура 11. Изменением взаиморасположения ка-
тушек 11 и 12 можно регулировать коэффициент магнитной
связи и интенсивность нагрева. Сетка каждой генераторной
лампы через «антипаразитное» сопротивление * 5 соединена
с гридликом, предназначенным для ссздания на сетке лампы
отрицательного смещения. Гридлик состоит из конденсатора
10, сопротивления 9 и дросселя 8.
* Подробное описание устройства высокочастотных апериодических
трансформаторов см. в книге: М. Г. Лозинский, Поверхностная
закалка и индукционный нагрев стали, Машгиз, 1949.
** «Антипаразитное» сопротивление представляет собой без-
индуктивное сопротивление, включаемое для предотвра'цения гозник-
новения паразитных колебаний в анодной цепи генераторных ламп и а
частотах обычно порядка 1G7—1G8 пер/сек.
89
На рис. 44 показан внешний вид установки, состоящей
из лампового генератора ГЛ-60 и индукционной печи. Ме-
таллический каркас имеет два отсека, в которых размещены
отдельные элементы установки.
В левом отсеке 1, называемом шкафом генератора, на-
ходятся высоковольтный выпрямитель и генераторная часть.
Рис. 44. Внешний вид индукционной установки, состоящей из
лампового генератора типа ГЛ-6Э и индукционной печи:
1—шкаф генератора; 2—шкаф колебательных контуров; 3—шкаф
силового трансформатора; 4—закалочный трансформатор; 5—ин-
дукционная печь.
На лицевой панели этого отсека смонтированы контрольно-
измерительные приборы, сигнальные лампы и выключатели.
В правом отсеке 2 каркаса, называемом шкафом колеба-
тельных контуров, размещены два блока конденсаторов
(анодного и вторичного контуров), а также высокочастот-
ный трансформатор. На лицевой панели этого отсека нахо-
дится штурвал, при вращении которого катушки высоко-
частотного трансформатора 11 и 12 (см. рис. 43) смещаются
одна по отношению к другой. Силовой трансформатор уста-
новлен в специальном отсеке 3, примыкающем вплотную к
каркасу генератора.
Возле лицевой панели правого отсека генератора раз-
мещен высокочастотный апериодический закалочный транс-
SO
форматор 4, к выводам вторичной обмотки которого подклю-
чается нагревательный индуктор плавильной печи 5.
Для плавки до 30 кг стали применяют поворотную ин-
дукционную печь, входящую в комплект поставляемого
оборудования.
Индукционные лабораторные высокочастотные печи для
плавки металлов в вакууме и защитной газовой среде. Если
для получения чистых металлов и сплавов требуется вести
процесс в отсутствие кислорода воздуха, то для плавки при-
меняют вакуумные высокочастотные индукционные печи.
Емкость тигля таких печей может составлять от долей куб.
сантиметра до 0,6—0,7 л, что дает возможность расплавлять
от 0,2—0,3 г до 4—5 кг стали (или соответственно большие
или меньшие количества других металлов в зависимости от
их удельного веса).
Эти же печи пригодны для работы в атмосфере защитных
и инертных газов (водород, азот, аргон и др.).
Как показала практика, указанная емкость тиглей вполне
достаточна для проведения различных лабораторных опыт-
ных плавок. Возможность работы в вакууме или в атмо-
сфере защитных газов обеспечивает выплавку чистых метал-
лов, сплавов и лигатур, содержащих дорогостоящие и ред-
кие элементы.
На рис. 45 показаны два типа вакуумно-газовых индук-
ционных печей. В печи А индуктор 2 помещен внутри
металлического корпуса 1 печи в керамической трубе 6 (из
плавленого кварца), опирающейся на изоляционный вкла-
дыш 3. Внутри керамической трубы установлен тигель 5.
Толщина футеровки а тигля емкостью на 5 кг должна рав-
няться примерно 3,5 мм. Нижний вывод 4 индуктора про-
ходит через вкладыш 3, а верхний вывод 14 непосредственно
через корпус печи; вывод 14 заземлен. Вверху печь закры-
вается съемной крышкой 12, снабженной смотровым окном 10
для наблюдения за процессом плавки. Для выливания
металла корпус печи поворачивают на 90—100° вокруг по-
лой оси 13, служащей также для откачивания воздуха и
газов из печи. Расплавленный металл по огнеупорному же-
лобу 7 поступает в изложницу 9, находящуюся в цилиндри-
ческом выступе 8.
Откачивание или подача в печь инертных газов осущест-
вляется через патрубок 11, имеющийся в крышке или
корпусе печи.
Недостатком вакуумно-газовых печей с индуктором, рас-
положенным внутри корпуса, является необходимость тща-
91
тельной изоляции индуктора для предохранения его от
электрического пробоя .
Для изоляции трубок индуктора при напряжении до
10000 в и частоте 250000 пер/сек. применяют обмотку из
ленты стеклянной пряжи (общая толщина обмотки 1,5 мм
4	б
Ри: 45. Вакуумнс-газэвыг индукционные п?чи.
Печь А: 1—металлический корпус печи; 2—индуктор; з—изоляционный
вкладыш; 4 и 14—выводы индуктора; 5—тигель; 6—керамическая труба;
7—желоб; 8—цилиндрический выступ; 9 — изложница: Ю—смотровое окно;
11 — патрубок для откачивания воздуха; 12—крышка; 13—полая ось.
Печь Б: 1 — металлический корпус печи; 2— керамические экраны; з и
14—выводы ивдукт»,ра; 4—тигель; 5—керамический цилиндр; 6—индуктор;
7—13—соответствуют обозначениям для печи А.
на сторону), которую после изготовления индуктора про-
питывают огнеупорным лаком. Для предотвращения воз-
можности ионизации газа между витками индуктора и об-
разования дугового разряда, могущего привести к рас-
плавлению трубы индуктора, следует промежуток между
витками и зазор от индуктора до трубы 6 заполнять дроб-
леным кварцитом или магнезитом.
Для предотвращения высыпания набивки при повороте
печи для разливки металла набивку у верхнего витка ин-
дуктора покрывают тонким слоем цемента или другим свя-
зывающим материалом (например, огнеупорной глиной).
* Электрические пробои возникают вследствие резкого снижения
электрической прочности окружающих индуктор газов при понижении
остаточного давления внутри корпуса печи.
92
Печь Б отличается от печи А тем, что у нее индуктор 6
уложен поверх специального керамического цилиндра 5
(цилиндр может быть выполнен, например, из плавленого
кварца). При такой конструкции выводы 3 и 14 индуктора
присоединяют к питающему генератору токов высокой ча-
220/380в,50гц
Рис. 46. Эл ктричсская сх ма установки вакуумно-газовой
' ндуки он ой п чн:
1—блокировочный рубильник; 2 и 3—электромагнитные контакторы; 4—транс-
форматор; 5 и 6— газотронные выпрямители; 7—стопорный дроссель; 8—се-
точная лампа; 9 — низковольтный однофазный трансформатор; 10— генера-
торная лампа; 11—разделительный конденсатор; 12—безиндуктивное сопро-
тивление; 13 —конденсатор связи; 11 — гридппк; /5—дроссель; 16 и 17—кон-
турные конденсаторы; 18 — индуктор; 19—корпус печи.
стоты и не герметизируют. Не требуется также специаль-
ная изоляция витков индуктора. Тигель 4 устанавливают
по центру индуктора. Для уменьшения нагрева стенок кера-
мического цилиндра 5 применяют керамические экраны 2.
Существенным недостатком вакуумно-газовых печей ти-
па Б является большое расстояние между нагреваемым ме-
таллом и индуктором (зазор а), вследствие чего возрастает
рассеяние магнитного поля индуктора и значительно по-
нижается к. п. д. нагрева. Кроме того, наличие керамиче-
ского цилиндра 5 уменьшает механическую прочность печи.
Преимуществами такого типа печей следует считать воз-
можность выполнения индуктора без специальной изоля-
ции витков, уменьшение размеров рабочего пространства
печи, отсутствие в корпусе печи герметизированных отвер-
стий для вызодоз индуктора.
На рис. 46 показана принципиальная электрическая
схема высокочастотной установки с ламповым генератором
и индукционной вакуумно-газовой печью.
93
От сети трехфазного тока (50 пер/сек. и 220/380 в) пи-
тающее напряжение через блокировочный рубильник 1 под-
водится к электромагнитному контактору 2. Последний
управляется дистанционно и подает напряжение на пер-
вичную обмотку силового трансформатора 3 мощностью
20 кет с линейным вторичным напряжением V2 (лин.)=6600 в.
Блокировочный рубильник 1 обеспечивает безопасную экс-
плуатацию установки и автоматически выключает напряже-
ние на каркасе генератора при открывании любой дверцы.
Высокое напряжение от вторичной обмотки трансфор-
матора 4 подведено к газотронному выпрямителю 5, рабо-
тающему по двухконтурной трехфазной схеме и преобра-
зующему переменный ток в постоянный. При этом получается
выпрямленное напряжение V^=l,35 У2(лин.) (около 8000 в).
Минус постоянного тока заземляют, а плюс подают на анод
генераторной лампы 10 типа Г-431 через стопорный дроссель 7.
Накал генераторной лампы питается от низковольтного
однофазного трансформатора 9 мощностью 2,2 кет. Напря-
жение на регуляторы накала газотронного выпрямителя 6
и генераторной лампы 10 подается через контактор 3.
Разделительный конденсатор И емкостью 0,01 мкф и
напряжением 14 000 в связывает колебательный контур с
анодной цепью генераторной лампы 10. В цепи сетки лампы 8
установлено безиндуктивное сопротивление 12 (для пред-
отвращения возможности возникновения колебаний на про-
извольной «паразитной» частоте), конденсатор связи 13
емкостью 200 пикофарад и 10 000 в, гридлик 14, состоящий
из сопротивления в 2000 ом и 0,5 а, включенный параллель-
но конденсатору емкостью 0,01 мкф и 14 000 в, и дроссель 15.
Последний выполнен секционированным и снабжен пе-
реключателем для подбора оптимального режима работы
генератора.
Ламповый генератор работает в описанной выше схеме
на самовозбуждении. При этом частота колебаний, выра-
батываемых генератором, определяется параметрами его
анодного контура: общей емкостью контурных конденса-
торов 16 и 17 и индуктивностью индуктора 18, размещен-
ного внутри корпуса 19 печи. При суммарной емкости кон-
денсаторов 16 и 17, равной 10000 пикофарад, для индуктора
с внутренним диаметром 150 мм, высотой 250 мм, состоя-
щего из 15 витков медной трубки сечением 10x18 мм, ча-
стота тока составляет около 300 000 пер/сек.
На рис. 47 изображен ламповый генератор типа ГЛ-30,
применяемый в комбинации с индукционными печами.
94
Внутри металлического корпуса, состоящего из двух
отсеков, над которым расположен блок управления, раз-
мещены следующие элементы генератора. В левом отсеке
Рис. 47. Внешний вид лампового генератора
типа ГЛ-30:
1—блок выпрямления; 2—блок генератора; 3—блок
управления; 4—сигнальные лампы; а—измери-
тельные приборы; в и 7—штурвалы; 8—кнопка
«пуск-стоп»; 9—тумблер накала.
расположен блок выпрямления 1, а в правом—блок ге-
нератора 2.
В блоке выпрямления 1 смонтированы шесть трансфор-
маторов накала газотронов с держателями и контактной
системой для присоединения выводов накала и анодов га-
зотронов; переключатель анодного напряжения и блокиро-
вочные конденсаторы.
95
В блоке генератора 2 смонтированы все детали генера-
тора (см. рис. 46), за исключением контурных конденса-
торов, индуктора, контрольно-измерительной аппаратуры
и регулятора накала генераторной лампы.
Блок управления 3 расположен над блоками выпрямле-
ния и блоком генератора и имеет наклонную переднюю па-
нель. На этой панели размещены сигнальные лампы 4, из-
мерительные приборы 5, штурвалы 6 и 7 для включения
накала газотронов и генераторной лампы, кнопки 8 «пуск-
стоп», включающие и выключающие контактор в цепи анод-
ного трансформатора, и тумблер накала 9.
Внутри блока управления смонтированы: регулятор на-
кала газотронов, регулятор накала генераторной лампы,
рубильник механической блокировки дверей генератора.
31есь имеются также переходные клеммные колодки для
осуществления соединений между блоками и соединения
генератора с контакторной панелью. Блок управления име-
ет по бокам две двери, а на задней обшивке прорез со съем-
ным козырьком для подачи питания на клеммы блока
управления.
В комплект аппаратуры, поставляемой для обеспечения
работы генераторов, также входят: а) анодный трансформа-
тор; б) контакторная панель; в) пульт водяного охлаждения
с гидрокнопками.
Для питания анодной цепи генератора используется стан-
дартный силовой трехфазный трансформатор типа ЭТИ-20/60,
работающий при напряжении сети 230 в. Мощность
этого трансформатора составляет 20 ква, а вторичное на-
пряжение 6600 в. При монтаже установки трансформатор
может (в зависимости от местных условий) помещаться как
в одном помещении с генератором, так и отдельно в специ-
альном помещении. При установке трансформатора в общем
помещении он должен быть огражден в соответствии с пра-
вилами техники безопасности для установок с высоким
напряжением.
Контакторная панель представляет собой щит из асбоце-
мента, на котором смонтированы: контактор для включения
силового трансформатора, два магнитных пускателя для
включения накала и пуска насоса, трубчатые и пробочные
предохранители. Кроме того, на контакторной панели имеют-
ся две клеммные колодки: одна из них служит для под-
ключения проводов, соединяющих контакторную панель с
блоком управления генератора, а вторая—для подключе-
ния питания и кнопок «пуск-стоп» к мотору вакуум-насоса.
96
Контакторная панель снабжена металлическим кожухом
с дверью в передней стенке.
На рис. 48 изображена высокочастотная вакуумная
индукционная плавильная печь типа ВВП-I I. Корпус печи
представляет собой цилиндрический стакан 7, выполненный
из листовой красной меди, сечением 4 мм. Он снабжен дву-
мя цапфами и установлен на двух подшипниках 4, распо-
Рис. 48. Внешний вид индукционной печи типа ВВП-П:
1—корпус печи; 2 и 3—блоки контурных конденсаторов; 4—подшипники;
•5—изложница; 6—полая цапфа подшипника; 7—съемная крышка; 8—ру-
коятка для вращения механизма подачи присадок; 9—стрелочный вакуум-
метр; 10—смотровое окно; 11—патрубки системы охлаждения; 12—шипы
конденсаторного блока; 13—коаксиальный кабель; 14—шины для соединения
контурных конденсаторов.
ложенных на блоках 2 и 3 контурных конденсаторов. В
центре дна корпуса имеется проходной изолятор для по-
дачи напряжения высокой частоты на индуктор печи.
К корпусу печи приварены фланцы для крепления ко-
жуха изложницы 5 и мешалки (на рисунке не показано).
7 В. С. Веселивсний и др.	97
На корпусе расположено также устройство для погружения
термопары в расплавленный металл.
Отсасывание воздуха и газов из корпуса печи произ-
водят через резиновый шланг, соединенный с патрубком,
проходящим внутри полой цапфы 6 одного из подшипников.
На корпусе, со стороны отсоса, имеется патрубок для
присоединения вакуумметра типа Мак-Леода (или вакуум-
метра, позволяющего измерять давление ниже 1 мм рт. ст.).
Печь снабжена стальной съемной крышкой 7, на кото-
рой расположены: стрелочный вакуумметр 9 для наблюде-
ния за скоростью откачивания, смотровое окно 10 и меха-
низм для подачи присадок в тигель под вакуумом. Между
крышкой и корпусом печи имеется резиновая уплотняю-
щая прокладка.
Печь применима также для плавки в атмосфере нейт-
ральных газов (при пониженном давлении). Для ввода газа
в корпус печи предусмотрен дополнительный патрубок на
штуцере вакуумметра 9.
Индуктор печи расположен по оси корпуса в кварцевой
трубке, которая крепится распорными клиньями.
Все пространство между тиглем и кварцевой трубкой
тщательно заполнено набивкой из кварцита.
Для предотвращения высыпания кварцита и образова-
ния пор, которые в дальнейшем могут быть причиной про-
боя между витками индуктора, необходимо с особой тща-
тельностью следить за тем, чтобы верхняя обмазка (после
закрепительной плавки) плотно прилегала по всей окруж-
ности кварцевой трубки и была без трещин.
Печь имеет две системы водяного охлаждения: одна по-
дает воду в индуктор, а вторая используется для охлажде-
ния участков возле всех резиновых уплотняющих прокла-
док и шлифов на корпусе и крышке печи.
Вода на охлаждение индуктора подается к нижнему
витку, cjbiBatT шее? у, и отводится в канализацию через
полый электрод, соединенный с верхним витком индукт. ра.
Патрубки 11 обеих систем охлаждения выведены через
полую цапфу 6 подшипника 4.
Подключение индуктора к шинам кондесаторного бло-
ка 12 осуществляется через два контакта тюльпанного типа.
Для соединения печи и конденсаторов с генераторным
блоком служит высокочастотный коаксиальный кабель J3,
рассчитанный на силу тока до 5 а и напряжение 10 кв. Обо-
лочка кабеля тщательно заземляется вместе с корпусом
98
генератора и каркасом конденсаторного блока. Одновре-
менно заземляется также шина, идущая к верхнему витку
индуктора.
Внутренний проводник кабеля присоединяется к клемме
анодного разделительного конденсатора в генераторном
блоке и к выводу от конденсатора, соединенному с нижним,
изолированным от корпуса концом индуктора.
Откачка газа из корпуса печи при плавке в вакууме
производится при помощи масляного вакуум-насоса типа
ВН-1, производительностью 1100 л!мин.
Блок контурных конденсаторов 2 и 3 расположен в двух
металлических шкафах, размещенных по обе стороны кор-
пуса печи и закрепленных на общей раме.
В каждом шкафу смонтирована батарея из высокоча-
стотных керамических конденсаторов общей емкостью около
5000 мкф.
Обе батареи конденсаторов связаны между собой гори-
зонтальными шинами 14, проходящими через прорези в
обшивке нижней части шкафов.
Параметры керамических конденсаторов, используемых
в установке, следующие:
Рабочее напряжение.......... .	.	10 0С0 в
Емкость конденсатора ............... 33	— За мкмкф (пикофарад)
Рабочая частота тока .	....	200 000 — 300 000 герц
Тангенс угла потерь ...	...	0,0004
Характеристика установки типа ВВП-П:
Мощность, потребляемая генератором . . . .
Напряжение сети............................
Частота сети............. .................
Ток сети.............................
Число фаз .	...........................
Частота тока, вырабатываемого генератором .
Мощность, подводимая к индуктору . . . .
Напряжение на индукторе .	...........
Остаточное давл ние в рабочем пространстве печи
Время расплавления 5 кг стали .............
Для размещения всей установки
около 20 я?.
25 кеа
220 в
50 пер/сек.
до С5 а
3
около 3C0 000 пер/сек.
около 15 кет
до 10 000 в
0,5-|- 1 мм рт. ст.
до 1 часа
требуется площадь
Размеры печи с конденсаторными блоками:
Высота................. 1160	мм
Ширина ....	.	1055 .,
Длина.................. 1470	,,
Размеры тигля:
Диаметр .
Высота
Емкость
75 мм.
160 мм
0,7 л
99
Размеры генератора:
Высота................. 1725	.и .и
Ширина	...	. .	980 ,,
Длина .	.	....	1120
Общие указания для работы с электрическими приборами
Источники тока. Для работы с нагревательными при-
борами лучше всего иметь в лаборатории подводку пере-
менного тока ПО в. Ток более высокого напряжения менее
удобен потому, что приборы, включаемые непосредственно
в сеть напряжением 220 в, должны иметь большее нагрева-
тельное сопротивление, а это усложняет их конструкцию.
Если же берут для нагревателя слишком тонкую проволо-
ку, то срок службы приборов сокращается.
Электростанции обычно дают трехфазный ток. Выпу-
скаемые для трехфазного тока печи имеют мощность не
менее 4 кет. При напряжении в сети до 250 в рекомендуется
включать эти печи «треугольником», а выше 250 в—«звез-
дой». Трехфазным током можно пользоваться и как одно-
фазным, присоединяя приборы к двум полюсам, имея в
виду, что по нормам допускается перегрузка одной фазы
не более 5% от общей мощности станции (или подстанции).
Постоянный ток для питания печей (за исключением
дуговых) мало пригоден, так как при нагревании выше
800° фарфор и другие керамические материалы подверга-
ются электролизу и вследствие этого становятся хрупкими.
В случае необходимости применять постоянный ток при-
ходится не реже чем через каждые полчаса менять направ-
ление тока в приборе посредством переключателя. Но и это
мало помогает, и срок службы печей сильно сокращается.
Преобразование напряжения постоянного тока также
менее удобно. Для этого приходится пользоваться агрега-
том из мотора и динамо, т. е. машинами, требующими по-
стоянного и квалифицированного обслуживания, в то время
как преобразование переменного тока производится посред-
ством трансформаторов, которые не имеют движущихся
частей. Поэтому уход за трансформаторами проще. В ла-
бораториях трансформаторы приобретают все большее рас-
пространение.
Трансформаторы. В трансформаторах используется яв-
ление электрической индукции. Если в магнитное поле ка-
тушки, по которой идет переменный ток, поместить вторую
катушку, то под влиянием индукции в последней возникнет
индукционный ток. Переменный ток, проходя по первой
100
катушке, вызывает в ней электродвижущую силу самоин-
дукции £', которая пропорциональна коэффициенту само-
индукции L и скорости изменения силы тока I во времени т
£'= — L-,1
ах
Если принять меры к тому, чтобы все силовые линии
магнитного поля обтекали равномерно все витки катушки,
то самоиндукция, а следовательно, и £' будут пропорцио-
нальны числу т витков катушки. Для этого катушку на-
матывают на железный сердечник, причем почти весь маг-
нитный поток сосредоточивается в железе, и для электро-
движущей силы самоиндукции с хорошим приближением
можно принять
, д!
Е = — «iEj
где £i—самоиндукция одного витка.
Электродвижущая сила самоиндукции по направлению
противоположна электродвижущей силе первичного тока
и служит причиной индукционного сопротивления катушки.
Если на тот же железный сердечник намотать вторую
катушку, то в ней возникнет индукционная электродви-
жущая сила:
г/,	, д!
Е = — n.jEj —
- 1 d~.
Сравнив это уравнение с предыдущим, получим
£1 = УД
Е" п2
Таким образом, электродвижущие силы индукции в
обеих катушках относятся как числа их витков. Отноше-
ние £'/Е" называется коэффициентом транс-
формации.
Это уравнение не вполне точно, так как часть магнит-
ного потока первичной катушки замыкается через воздух
и не обтекает витков вторичной катушки. Поэтому в дей-
ствительности
Е" < — Е'
«I.
Доля потока, не индуцирующая ток во вторичной ка-
тушке, называется рассеянием.
Если замкнуть вторую катушку, то в ней пойдет ток
с тем же периодом колебаний, что и первичный ток, и той
же мощности, но другого напряжения. Напряжение вто-
ричного тока пропорционально отношению числа витков
вторичной и первичной катушек. По закону сохранения
101
энергии ток в обеих катушках должен иметь одинаковую
энергию, и поэтому сила вторичного тока должна быть об-
ратно пропорциональна тому же отношению числа витков,
т. е. произведение силы тока на напряжение в обеих катуш-
ках одинаково.
Когда вторичная катушка разомкнута, сила тока в пер-
вичной катушке определяется выражением
/ =	----sin {fl- — ?)
/л24-(а£?
Если омическое сопротивление мало, то ? мало по срав-
нению с	и запаздывание тока I относительно средней
электродвижущей силы Е близко к 90°. Электродвижущая
сила самоиндукции Е' в свою очередь запаздывает на 90°,
так что разность фаз первичного и индукционного токов
близка к 180°, вследствие чего они взаимно уничтожаются:
созу~0. Поэтому средняя мощность El cos?, поглощае-
мая трансформатором с малым омическим сопротивлением,
на холостом ходу очень мала. У хороших трансформаторов
она не превышает 5% от максимальной мощности.
Если замкнуть вторичную катушку на омическое со-
противление R, то во вторичной цепи пойдет ток:
I	sin (ат —It)
где Ео—максимальное значение электродвижущей силы;
Е—среднее значение электродвижущей силы.
Этот ток также отстает от первичного почти на 180°.
Он в свою очередь индуцирует в первичной катушке ток,
запаздывающий от первичного тока на 360°. В результате
ток в первичной катушке усиливается и увеличивается мощ-
ность, поглощаемая трансформатором. Это можно понимать
еще и так. Ток вторичной катушки, будучи по фазе почти
противоположным току первичной катушки, своим магнит-
ным полем уменьшает (поглощает) магнитное поле послед-
ней. Вследствие этого самоиндукция первичной катушки как
бы уменьшается, cos? увеличивается и вместе с этим уве-
личивается и поглощаемая трансформатором мощность.
Таким образом, всякое изменение нагрузки вторичной
цепи сейчас же отражается на потреблении трансформатором
энергии из первичной сети.
В лабораториях применяют как понизительные трансфор-
маторы, так и повышающие. Последними пользуются редко
102
Рис. 49. Схема
автотрансформатора.
и главным образом для индукционных печей. Для очень
маленьких приборов (нагреватели для определения темпе-
ратуры плавления органических веществ, для эбулиоско-
пии и т. п.) удобно пользоваться током низкого напряжения
от маленьких трансформаторов, например таких, которые
применяют для электрических звонков.
Допустимая перегрузка трансформаторов ограничивается
нагревом их частей. Для стандартных трансформаторов при
комнатной температуре нагрузка не должна превышать но-
минальную. После длительной поло-
винной нагрузки допустима пере-
грузка в 100% в течение 1 мин.;
30% в течение 1 часа и 10% в те-
чение 3 час.
Автотрансформаторы (рис. 49)
отличаются от трансформаторов тем,
что имеют только одну обмотку.
У понизительного автотрансформа-
тора к сети присоединяется вся
обмотка, и только часть ее находится
под нагрузкой. У повышающего ав-
тотрансформатора — наоборот. Коэф-
фициент трансформации равен отно-
шению числа витков, присоединенных к сети, к числу
витков под нагрузкой. В общей части обмотки сила тока
равна разности первичного и вторичного токов.
Автотрансформатор передает мощность частично непо-
средственно, путем электрической связи, и частично путем
индукции. Размеры автотрансформатора определяются в
основном электромагнитной мощностью, называющейся «соб-
ственной» мощностью Р автотрансформатора в отличие от
«проходной» мощности, равной всей вторичной мощности Рг.
Для понизительного автотрансформатора собственная
мощность равна
Р = Р2
2 £>
а мощность, передаваемая электрически
Р, = Р2
э 2 Ег
Коэффициент полезного действия автотрансформатора боль-
ше, чем трансформатора той же вторичной мощности.
Промышленностью выпускаются автотрансформаторы типа
ЛАТР для плавной регулировки напряжения переменного
103
тока от 0 до 250 в. Изготовляются они для максимальной
силы тока 9 и 2 а. Автотрансформатор ЛАТР представляет
собой круглый железный сердечник с однослойной обмот-
кой, вдоль которой сделана очищенная от изоляции дорож-
ка, по которой скользит угольный контакт.
Внутрилабораторная сеть. В лаборатории необходимо
иметь один общий рубильник, через который питается^вся
Рис. 50. Схема электрической сети заводской конт-
рольной лаборатории:
1—предохранители; 2—главный рубильник; 3—рубиль-
ник для подключения приборов на 1—3 кет к трехфазно-
му току; 4—штепсельные розетки с предохранителями
на 0,5 кет; 5—рубильники с предохранителями на 2 кет;
6—щит с измерительными приборами на 3 кет.
внутрилабораторная сеть. От этого рубильника делают по-
стоянную проводку к рабочим местам и распределительным
доскам (рис. 50).
104
Допустимая сила тока для проводов
Таблица 2'°
Изолированные провода
Голые медные провода
'алюмп- медньте ниевые i		допустимая сила тока, а		Ставят плавкий предохра- нитель при на- грузке а	круглые				прямоугольного сечения		
					диаметр м м	сечение мм	допустимая сила тока а		сечение, .41.412	допустимая сила тока, а	
сечение, ММ2											
		тельно1	временно				продолжи-) кратко-			продолжи-] кратно- тельно 1 временно	
							тельно |временно 1				
0,75	1,1	9	9	6	1,13	1,0	13	15	3 x20 - 60	230	280
1	1,5	11	И	6	1,38	1,5	17	20	4Х20Х 80	275	340
1,5	2,3	14	14	10	1,79	2,5	24	30	5X20=100	310	390
2,5	3,8	20	20	15	2,26	4,0	32	40	4X30=120	370	460
4	6	25	25	20	2,77	6,0	42	52	4X40=160	450	560
6	9	31	31	25	3,57	10,0	60	76	5X40=200	510	640
10	15	43	60	35	4,52	16,0	80	104	5X50=250	600	750
16	24	75	105	60	5,65	25,0	ПО	143	5X60=300	680	850
25	38	100	140	80	6,63	35,0	140	187	7x60=420	800	1020
35	53	125	175	100	7,98	50,0	160	246	8x60x780	870	1120
50	75	160	225	125							
70	105	200	290	160							
95	145	240	335	190							
											
1 Пр и температуре окружающей среды не выше 39°.
О
СП
Небольшие приборы (мощностью до 800 вт) включают
при помощи вилки в штепсели, которые должны быть таки-
ми же, какие применяют в обычной сети для бытовых при-
боров и переносных ламп. Более крупные приборы лучше
всего присоединять к клеммам рубильников при помощи
гаек. Удобно пользоваться гайками с «барашками», что
дает возможность надежно привинчивать провода, не поль-
зуясь гаечным ключом.
Для защиты сети от перегрузки пользуются предохра-
нителями, которые не допускают прохождение тока такой
•силы, на которую не рассчитана проводка. Их располагают
в несколько ступеней в разных частях сети. Так, перед глав-
ным рубильником для защиты внешней сети ставят предо-
хранитель-', рассчитанный на максимальную нагрузку внут-
ренней сети, которая не должна превышать допустимой
нагрузки внешних проводов.
Допустимая сила тока для разных проводов приведена
в табл. 28.
Разветвления внутренней сети снабжают предохрани-
телями такой мощности, которая соответствует допустимой
нагрузке для каждого участка сети. Эти предохранители
помещают при пусковых рубильниках и в штепселях, т. е.
по возможности ближе к местам включения приборов.
Распределительные доски. Только простые приборы мощ-
ностью до 1000 вт включают в сеть при помощи штепселей
без специальных выключателей. Во всех других случаях
пользуются щитками и распределительными досками, снаб-
женными вспомогательными приспособлениями: предохра-
нителями, выключателями, переключателями, измеритель-
ными приборами, а иногда и реостатами.
Для ориентировочных опытов желательно иметь в ла-
боратории такую распределительную доску, которая давала
бы возможность в широких пределах менять силу и напря-
жение поступающего через нее тока, что особенно важно
при работе с приборами, в которых происходит прерывание
тока (например, дуговые печи, терморегуляторы и пр.).
Следует заметить, что путем введения добавочного сопро-
тивления достигнуть этого нельзя, так как в момент пре-
рывания тока на контактах может возникнуть напряжение,
равное напряжению сети. Необходимо применять деление
напряжения путем ответвления, дтя чего применяют рео-
статы с двойным рычагом (рис. 52).
* Данные для расчета предохранителей см. стр. 126, табл. 35.
106
Рис. 51. Схема и внешний вид универсальной распределительной доски;
1—предохранитель; 2—главный выключатель; 3—делитель напряжения; 4—выключатель ответвления;
6—переключатель для вольтметра; 6—переключатель для амперметра; 7—шунты для амперметра;
8—штепсель для включения приборов.
На распределительной доске должны быть также смон-
тированы приборы для измерения напряжения и силы тока
не только в питающей сети, но и у зажимов работающе-
го прибора, что легко до-
i стигнуть, если ввести в
цепи вольтметра и ампер-
метра особые переключа-
тели.
На рис. 51 изображена
доска, в значительной мере
удовлетворяющая перечи-
сленным требованиям и
позволяющая при напря-
жении сети ПО в получать
ток от 0,04 до 20 а с на-
пряжением от 0,4 до 110 в.
В цепи распределитель-
ной доски должны быть
следующие приспособле-
ния и приборы: предохра-
нитель J; главный выклю-
чатель (рубильник) 2;ком-
мутатор реостата с двой-
ным рычагом, дающий
возможность пользоваться
реостатом как добавочным
сопротивлением и как делителем напряжения 3; выключа-
тель ответвления 4; переключатель для вольтметра 5 (для
измерения напряжения в сети или в аппарате); переключа-
тель для амперметра 6, два шунта 7 для амперметра (шунтами
снабжаются только точные амперметры); штепсель 8 для
включения приборов, амперметр и вольтметр. Если пере-
ключателей 5 и 6 нет, то измерительные приборы выгоднее
всего подключать так, чтобы они показывали напряжение
и силу тока в рабочей, а не в общей цепи.
Все эти приспособления монтируют на мраморной доске
и либо укрепляют на стене, либо придают форму стола или
шкафа. Реостат помещают позади мраморной доски, от ко-
торой его отделяют тепловой изоляцией.
Реостаты. Новые приборы из-за неисправности изоля-
ции нередко дают короткое замыкание. Поэтому их надо
испытывать, включая через реостат.
Включать в обычную сеть без реостатов можно только
приборы мощностью до 1000 вт с нагревателями из нихрома
108
или фехраля. Более мощные приборы, а также приборы
с другими нагревателями, как правило, применяют с пу-
сковыми реостатами. Это совершенно необходимо для пе-
чей с нагревателями из чистых металлов (платины, молиб-
дена и т. п.), так как в холодном состоянии они имеют зна-
чительно меньшее сопротивление, чем в нагретом, и поэто-
му, если включить такую печь без реостата, через нее пой-
дет ток в три-четыре раза более сильный, чем тот, на кото-
рый рассчитана печь. Это приводит к растрескиванию огне-
упорных материалов и может вызвать перегорание нагре-
вательного сопротивления.
Для приборов с нагревателем из нихрома и фехраля до-
статочно, если пусковой реостат имеет такое же сопротив-
ление, как и сам прибор. Через четверть часа после вклю-
чения тока реостат может быть полностью выведен.
При печах с нагревателями из платины, молибдена и
железа желательно иметь реостаты с сопротивлением, в
два-четыре раза большим, чем сопротивление печи в холод-
ном состоянии. Через четверть часа после включения тока
реостат можно вывести наполовину, а еще через четверть
часа—полностью.
Следует принять за правило включать приборы при пол-
ностью введенном реостате.
Наибольшее распространение имеют рычажные и движ-
ковые реостаты.
Рычажные реостаты применяют как пусковые до-
бавочные сопротивления для приборов мощностью более
1000 вт.
Многоомные реостаты этого типа, рассчитанные на ток
силой 10—30 а, делают из проволоки неодинаковой тол-
щины, так что при постепенном выключении сопротивления,
когда сила тока увеличивается, под током остаются секции
реостата, сделанные из наиболее толстой проволоки.
Наиболее совершенны реостаты с двумя рычагами, ко-
торые можно употреблять и как добавочное сопротивление
и для деления напряжения, т. е. для получения тока низ-
кого напряжения. Изображенный на рис. 52 реостат с 34
контактами и общим сопротивлением 36 ом позволяет по-
лучить от сети в 120 в ток силой от 0,03 до 30 а при на-
пряжении от 0,3 до 120 в.
Движковые реостаты рассчитаны для токов малой
силы (менее 10 а). Они портативнее рычажных, дают более
тонкую регулировку и употребляются, главным образом,
для регулирования моторов и нагревательных приборов
109
мощностью до 1000 вт как добавочные сопротивления и как
делители напряжения (рис. 53).
В настоящее время заводы выпускают ползунковые
движковые реостаты с сопротивлением из константановой
Рис. 53. Двухрядный движковый реостат.
проволоки, намотанной на фарфоровую трубу со скользя-
щим угольным контактом.
Схема включения реостатов в качестве пусковых или
добавочных сопротивлений общеизвестна и проста. Несколь-
ко более сложна схе-
Рис. 54. Схема деления напряжения сети
при помощи реостатов:
1—реостаты; 2—прибор.
ма деления напряже-
ния, при которой ра-
бочий прибор вклю-
чают параллельно с
реостатом (рис. 54).
В точке а ток раз-
ветвляется: часть его
идет по реостату, а
часть через прибор.
В точке b обе ветви
опять соединяются.
Если к этой точке
присоединить еще второй реостат, то напряжение между
точками а и b будет составлять только часть общего на-
пряжения сети, которое имеется между точками а и с. При
замыкании рубильника напряжение Е' на приборе так от-
носится к общему напряжению Е сети, как сопротивление г
между точками а и б к общему сопротивлению Е между
точками а и с:
Е г
110
Подобные соотношения на основании закона Ома можно-
вывести для силы тока для любых частей цепи:
г = -%*-
Г, + Г 2
где и г2—сопротивления прибора и параллельного с ним
первого реостата.
Общая сила тока в цепи:
,__ £i __ Е ___ Е (г1 — г2)
R г	rYr2
Если в точках b и с будут скользящие контакты рео-
статов, то сопротивления станут переменными и это даст
Д
Рис. 55. Схемы включения двухрядных движковых
реостатов:
А — последовательное включение катушек с прибором
в главной сети; Б — то же, с прибором в ответвлении;
В—натушки включены параллельно прибору; Г — то же,
для очень точной регулировки; Д—самостоятельная ра-
бота катушек на двух разных приборах.
возможность в широких пределах регулировать напряже-
ние и силу тока в приборе. Для этого особенно пригодны
двухрычажные и двухрядные движковые реостаты.
Особенно много комбинаций включения можно осуще-
ствить при помощи двухрядных движковых реостатов (рис. 55).
На схемах А и Б обе катушки включены последова-
тельно с прибором. В схеме А прибор расположен в глав-
ной сети, а в схеме Б—в ответвлении. Катушка с тонкой
111
проволокой служит для первоначальной грубой регули-
ровки, а с толстой проволокой—для точной регулировки.
На схеме В катушки включены параллельно, причем ка-
тушка с толстой проволокой дает грубую регулировку, а
с тонкой проволокой—точную регулировку. Схема Г при-
меняется для очень точной регулировки. На схеме Д обе
катушки работают независимо друг от друга, регулируя
два разных прибора; при этом нижняя катушка включена
как делитель напряжения.
Характеристики таких реостатов приведены в табл. 29.
Таблица ‘/9
Ползунковые движковые реостаты
Сила тока а	Сопротивление, ом		Сила тока а	Сопротивление, ом	
	длина	длина		длина	длина
	554 мм	394 мм		55 4 мм	394 мм
0,2	6600	4300	2,6	73	48
0,35	3400	2200	3,0	53	35
0,45	1960	1290	3,4	40	26
0,6	1250	820	4,0	31	20
0,75	830	545	4,5	24	16
0,9	580	380	5,0	19	12,5
1,0	424	280	5,5	16	10,5
1,4	245	160	6,2	13	8,5
1,7	155	100	7,0	11	7
2,1	104	68			
Угольные реостаты применяют, главным об-
разом, для регулирования большой силы тока (до 3000 а)
низкого напряжения (не более 10 в). Принцип их устрой-
ства основан на изменении сопротивления угольных или
графитовых пластин в зависимости от давления. В про-
стейшем виде такой реостат может быть легко изготовлен
следующим образом. На дно ящика из непроводящего ма-
териала (например, железный ящик, выложенный изнутри
асбестовым картоном) кладут железную пластину, которая
служит одним полюсом. К ней прикрепляют питающий
провод. Поверх насыпают слой порошка кокса или графита
с величиной зерна не мельче 0,1 мм и на него кладут вторую
железную пластину, которая служит вторым полюсом.
Электропроводность угольного порошка сильно зависит от
давления, под которым он находится. Чем больше это дав-
ление, тем меньше сопротивление порошка. Изменяя на-
грузку на верхний электрод, регулируют ток.
112
Конечно, таким примитивным реостатом можно поль-
зоваться только при отсутствии лучшего. Хорошие уголь-
ные реостаты делают из угольных пластин, которые стоп-
кой вложены в раму, снабженную нажимным винтом.
Основной недостаток угольных реостатов—их хрупкость
и неустойчивость сопротивления, но при регулировании
токов большой силы они незаменимы.
Расчет реостатов. Реостаты рассчитывают следую-
щим образом. Пусть напряжение в сети равно 120 в и нуж-
но использовать эту сеть для получения электрической
дуги, требующей 10—12 а. Убедившись, что проводка и
предохранители могут выдержать ток такой силы, надо
позаботиться о том, чтобы и в цепи дуги ток не превысил
этой силы. Для этого в цепь последовательно с дугой сле-
дует включить реостат, сопротивление которого требуется
рассчитать. Для получения электрической дуги между уголь-
ными электродами лучше всего пользоваться напряжением
от 40 до 70 в, так как при более высоком напряжении угли
быстро и неравномерно сгорают, а при более низком дуга
получается короткой и неустойчивой. Если выбрано на-
пряжение на электродах дуги в 45 в, то добавочный рео-
стат должен поглотить 120 в—45 в=75 в.
По закону Ома этот реостат при токе 12 а должен обла-
дать сопротивлением
75 вольт л
-ts-------= 6,25 ом
12 ампер
Такое сопротивление можно получить при помощи лю-
бого материала, но имея в виду, что по нему потечет ток
в 12 а, надо выбрать проволоку такой толщины, чтобы она
не слишком сильно нагревалась.
Для 12 а, согласно данным табл. 35, 39 и 40, достаточ-
но взять проволоку сечения 2 .и2. Если эта проволока
никелиновая (р=0,45-10—4 ом-см),то ее длина будет
I = Д’.’25'0’02 = 2777 см
0,45-Ю-4
Включив реостат последовательно с электрической дугой,
получим следующее распределение мощности тока:
Полная мощность................... .	. 120-12 = 1440
Мощность, потребляемая дугой.......... 45-12= 540
Мощность, бесполезно пропадающая в ресстате 75-12 = 900
Коэффициент полезного действия реостата равен
= °’375
вт
вт
ст
8 в. С. Веселовский и др.
113
Обзор тепловых характеристик приборов разных типов.
Основной характеристикой нагревательного прибора слу-
жит мощность, необходимая для поддержания в нем опре-
деленной температуры. Эта мощность зависит от очень мно-
гих переменных: размеров и формы рабочего пространства,
расположения нагревателя, устройства тепловой изоляции,
нагрузки прибора нагреваемыми предметами, положения
прибора в рабочем помещении, условий среды и т. п. Этих
факторов так много, что полный теоретический расчет, осно-
ванный на физических законах и материальных константах,
становится чрезвычайно сложным. Поэтому нагреватель-
ные приборы обычно конструируют на основании данных,
полученных при практической проверке приборов разных
типов и конструкций. В табл. 30 и 31 приведены данные об
удельной мощности * различных нагревательных приборов
в зависимости от их рабочей температуры и характера
тепловой изоляции. Подобные данные приведены также при
описании типичных приборов. Понятно, что при отсутствии
стандартных способов изготовления лабораторных приборов
эти данные имеют приблизительное значение.
Таблица оО
Зависимость удельной мощности электронагревательных нриЕ< р< ь
от рабочей температуры и ст рода ивсляиип
Темпера- тура рабочего простран- ства, °C	Полное излучение абсолютно черной поверх- ности А=5«73Х xio~12	Удельная мощность, вт’см2			
		Криптол овая печь с изоля- цией из оки- си циркония; толщина 30 мм	Печь с нагревателем из вольфрамовой провол оки		
			изоляция из окиси циркония; толщина 30 мм	изоляция из диатомита; толщина 30 мм	изоляция из диатомита; толщина 120 мм
500	2		1	0,6	0,3
1000	15	8	7	1,9	0,8
1250	31	12	9	2,8	1,5
1500	57	20	12	3,9	2,5
1600	71	22	13	4,5	
1700	87	25	14	5,0	—
1800	106	28	15	5,6	—
1900	128	33	16	6,3	—
2000	153	40	18	7,0	—
2500	339	70	—	—	—
3000	658	—	—	—	—
*' Удельной мощностью прибора называется мощность, отнесенная
к единице площади или объема рабочего пространства.
114
Таблица 31
Удельная мощность электрических нагревательных приборов
(практические данные)
Тип прибора	Рабочая температура	.Мощность ш	Удельная мощность
Бани воздушные			
диаметр	Высота			енг'мл
JAM,	JAM			
150	200	150	500	0,14
200	180	250	1000	0,2
120	180	500	2000	0,9
Шкафы-термостаты	35—70	100—500	0,005—0,01
Шкафы сушильные (объем			
16—100 л)		100	220—1000	0,01—0,015
	150	400—1400	0,015—0,025
	220	1000—2000	0,02—0,05
	300	1500—3000	0,03—0,08
Тигельные печи (емк. мл)			
200—1800	850	400—900	1,1—2,0
200—1800	1050	600—1400	2,5—3,3
1000—4000	800	800—3000	0,5—0,7
Муфельные печи (емк. мл)			
100—400	800	300—800	2—3
100—400	1000	500—1300	3,5—5
1000—3000	800	800—1200	0,5
1000-3000	1000	1600—3000	0,8—1,5
Трубчатые печи			emjcM1
Рабочее пространство диаметр	длина МгМ,	мм			
20	100	850	250	8
20	100	1000	300	10
20	100	1500	500	16
50	200	850	800	2
50	200	1000	1000	2,5
50	200	1500	2000	4
Плиты (диаметр 150 мм): с открытым нагревателем			
в бороздках керамической пластинки		100—250	400—800	2,2—4,4
с нагревателем, закрытым слюдой			100—250	400—800	2,5—3,5
с закрытым нагревателем, погруженным в цемент . .	100—250	400—800	
Бани песочные ....	150	400—800	2—2,5
Примечание. Все печи с внешним нагревателем.			
115
Ремонт приборов. Реставрация нагревате-
л я. Во время работы следует уделять большое внимание
своевременному ремонту нагревательных приборов, так как
многие приборы и, в частности, дорогие печи приходят в
негодность только вследствие несвоевременно произведен-
ного ремонта. В большинстве случаев ремонт электронагре-
вательных приборов крайне прост. Обычно достаточно,
разобрав арматуру, найти место разрыва нагревателя и за-
тем прочно соединить разорванные концы. Для отыскания
места повреждения удобно пользоваться контрольной лам-
пой, один из проводов которой оканчивается толстой иг-
лой. Присоединив другой провод к вводной клемме печи,
пробуют иглой нагреватель в различных местах. Вспыхи-
вание лампы указывает наличие контакта, а отсутствие
вспыхивания —место разрыва.
В зависимости от конструкции печи и от материала, из
которого сделан нагреватель, исправление производят раз-
личными способами. Обычно нихромовую проволоку просто
скручивают, обнажив ее от изоляции на половину витка
в обе стороны от места разрыва. Это, однако, не дает надеж-
ного и долговечного контакта. Если печь часто перегорает,
то из-за таких исправлений проволока постепенно укора-
чивается и сопротивление печи становится заметно мень-
шим, поэтому соединение в месте разрыва лучше произво-
дить надставкой куска нихромовой проволоки. Наилучшее
соединение обеспечивается при спаивании и сваривании.
Нихром можно сварить в пламени электрической дуги.
Для этого концы проволоки скручивают и осторожно вводят
в пламя дуги, где они сплавляются в небольшой шарик.
Надежное соединение концов нихромовой проволоки полу-
чается, если их скрутить и надеть на них маленькую трубочку
из толстой нихромовой ленты (например, сечением около
1x5 мм) и затем осторожно расплющить ее молотком.
Замена нагревателя. В результате много-
кратной починки нагревателя сопротивление его может
измениться настолько, что прибор перестает удовлетвори-
тельно работать и для его исправления необходимо или
переделать нагреватель, или заменить его новым. Надставку
старого нагревателя желательно производить проволокой
того же сорта и диаметра, так как в противном случае труд-
но достичь равномерности нагрева. Для нового нагревателя
сначала выбирают сорт проволоки.
Для температур ниже 1000° наилучшим материалом
служит нихром, и только в тех случаях, когда нагреватель
116
подвержен действию кислых паров, применяется платина.
У нас в Союзе значительное распространение получил де-
шевый фехраль. Однако после нагревания он становится
хрупким, что затрудняет ремонт перегоревшей печи.
Для температур до 500° можно применять никелин,
константан и железо. Подобрав материал и диаметр прово-
локи, рассчитывают ее длину.
Пример 1. Для нагревателя песочной бани мощностью 600 вт можно
брать нихромовую проволоку диаметром 0,5 мм в две жилы. По табл. 35
находим ее удельное сопротивление
ом-мм2
р-104 = 1,1------
г	м
Сечение этой проволоки лг2=0,196 лелг2, а 1 м будет иметь сопро-
тивление
£0 = р • 104 : лг2 = 1,1 : 0,196 = 5,6 ом/м
Необходимо также принять во внимание увеличение сопротивления
при нагревании. Для нихрома эта поправка невелика, так как его
температурный коэффициент сопротивления а=0,0001, т. е. 0,01% на 1°.
Если баня рассчитана для работы при 200°, то при этой температуре
1 м проволоки будет иметь сопротивление
р-104 ,
/?< = —— (1 + а/) = 5,6 (1 + 0,0001 -200) = 5,71 ом/м
Сопротивление 1 м нагревателя в одну жилу равно 5,71 : 2=2,86 ом.
Если напряжение в сети £=120 в, то для получения мощности 600 вт
нагреватель должен иметь сопротивление
£	£2	12Q2
"Г = ~W~ = 600 = 24 Ом
Отсюда длина нагревателя получается равной 24 : 2,86=8,4 м\ та-
ким образом, потребуется 16,8 м проволоки и еще 0,2 м на устройство
вводов для тока. В большинстве случаев вводы можно сделать, скрутив
концы нагревателя вдвое или втрое, но лучше припаивать в пламени
электрической дуги куски проволоки вдвое большего диаметра.
Удельное сопротивление обыкновенной железной проволоки («печ-
ной») р-1С4 равно 0,15—0,2 ом-мм^/м. Поэтому при том же диаметре
ее потребуется в пять-семь раз больше, чем нихромовой.
Некоторые сорта проволоки жестки и их трудно наматывать. Такую
проволоку надо «отпустить», т. е. нагреть и медленно охладить, что
проще всего сделать, медленно рротянув проволоку через пламя горел-
ки или, растянув ее по комнате, накалить электрическим током.
Пример 2. Требуется произвести расчет нагревательного элемента
для трубчатой печи длиной 600 мм и диаметром 40 мм с хорошей тепло-
вой изоляцией, потребляющей 1600 вт при 950° (см. табл. 12, 13 стр.
49—50).
1600 ватт
I —	1 on п...	-— 13,5 а
120 вольт
120 вольт
R =—, о-—	—= 8,9олг
135 ампер ’
117
Выберем материал и диаметр проволоки. В данном случае можно
взять нихром. Чем меньше диаметр проволоки, тем короче нагреватель,
дающий требуемое сопротивление. Однако надо иметь в виду, что для
обеспечения равномерного нагрева витки проволоки, намотанной на труб-
ку, должны отстоять друг от друга не дальше чем на 5 мм, и что тон-
кая проволока быстрее перегорает, чем толстая. Таким образом, диа-
метр проволоки определяется, с одной стороны, размерами печи, а с дру-
гой—ее мощностью. Из размеров печи (длина трубы /=600 мм и внеш-
ний диаметр d=50 мм при внутреннем диаметре dj=40 мм) и рас-
стояния между витками в 5 мм можно вычислить длину проволоки.
Окружность трубы ltd = 3,14-50 = 157 мм. Если 550 мм длины трубы
будет покрыто витками, то всего придется намотать 110 витков, длин:
которых будет
157-110= 17270 мм^. 17,3 м
К этой величине надо прибавить длину самой трубы 0,55 м и 0,4 м
на изготовление вводов тока. Общая длина
/=17,3-f-0,55-f-0,4= 18,25 м
Диаметр проволоки вычислим, найдя по таблицам удельное со-
противление ее материала при 950°. Для нихрома по табл. 35
ом-мм2
р-104=1,13 ----—---- при 0 , а его температурный коэффициент сопро-
ом-мм2
тивления а=0,0001 ----— •
’ м°С
Отсюда удельное сопротивление нихрома при 950° будет
Р1 = 1,13(1 4- 0,0001-950)= 1,23
/
Сопротивление проволоки г=Р1-104 ~р~.
Сечение F — tz—
Диаметр d = |/ Р1-104 —= 2|/ 1 ,23 g д д =1 ,8 м.м.
Проверим полученный результат по табл. 39 (стр. 135), где
указана предельная сила тока, допустимая дпя нихрома.
Если полученный нами при расчете диаметр проволоки
не соответствует силе тока, необходимой для работы при-
бора, то берут проволоку большего диаметра и вновь рас-
считывают длину нагревателя. Следует учесть, что намотку
более длинной проволоки придется производить плотнее,
чем было принято при расчете (т. е. расстояние между вит-
ками будет меньше 5 мм). В нашем случае получилось обрат-
ное: по табл. 39 для силы тока 13,5 а достаточен диа-
метр нихромовой проволоки 1,2 мм', мы нашли 1,8 мм, т. е.
наша печь будет иметь большой запас прочности. Брать
более тонкую проволоку не рекомендуется, так как витки
ее расположатся слишком редко и в рабочем пространстве
будет неровная температура.
118

Иногда бывает выгоднее вместо одной жилы толстой
проволоки взять две или несколько жил более тонкой. Так,
например, в нашем случае можно взять две жилы диамет-
ром по 0,8 мм. Если произвести подсчет, то длина каждой
из этих жил окажется равной около 9 м. Очевидно при на-
матывании такой проволоки на трубу мы опять получим
желательное расстояние между витками—около 5 мм.
Рассчитанные размеры нагревателей из нихрома для на-
пряжений в ПО и 220 в приведены в табл. 32 и 33.
Таблица 32
Диаметр и длина нихромовых нагревателей для электроприборов
разной мощности
(напряжение ПО—120 в)
Мощность вт	Сила тона а	Сопротив- ление ом	Размеры нагревателя			
			диаметр мм	длина м	диаметр мм	длина м
100	0,835	144	0,15	2,25	0,25	6,25
150	1,25	96	0,2	2,7	0,3	6,0
200	1,67	72	0,3	4,5	0,35	6,1
300	2,50	48	0,4	5,35	0,5	8,3
400	3,34	36	0,5	6,2	0,6	9,0
500	4,17	28,8	0,5	5,0	0,6	7,2
600	5,00	24,0	0,6	6,0	0,7	8,2
700	5,84	20,6	0,7	7,0	0,8	9,1
800	. 6,68	18,0	0,7	6,1	0,8	8,0
900	7,50	16,0	0,8	7,1	1,0.	11,1
1 000	8,35	14,4	0,9	8,1	1,0	10,0
1 500	12,50	9,6	1,2	9,6	1,5	15,0
2 000	16,70	7,2	1,4	9,9	1,8	16,4
2 500	20,90	5,7	1,8	13,0	2,0	16,0
3 000	25,00	4,8	2,0	13,3	1,2	2X9,6
4 000	33,40	3,6	1,4	2X9,9	1,8	2X16,4
5 000	41,75	2,9	1,8	2X13,0	2,0	2X16,0
10 000 20 000	83,50 167,0	1,44 1 0,72 J	Применяется лента			
Отмерив и отрезав проволоку, приступают к наматыва-
нию ее на трубу. Для печей с рабочей температурой ниже
800° можно брать железную трубу, обвернутую 0,5—1,0 мм
слоем мокрого асбеста или оклеенную слюдой на шеллач-
ном лаке, но лучше пользоваться фарфоровыми трубами.
При этом надо иметь в виду, что даже лучшая глазурь раз-
119
Таблица 33
Диаметр и длина нихромовых нагревателей для электроприборов
разной мощности
(напряжение 220 в)
Мощность вт	Сила тока а	Сопротив- ление ом	Размеры нагревателя			
			диаметр мм	длина м	диаметр мм	длина м
100	0,45	490	0,1	3,5		.		
150	0,68	324	0,1	2,3	0,15	5,0
200	0,91	242	0,15	3,8	0,2	6,7
300	1.36	162	0,25	7,1	0,3	10,2
400	1,82	121	0,3	7,5	0,4	13,5
500	2,27	97	0,4	10,8	___		
600	2,73	81	0,4	9,0			—
700	3,18	69	0,45	9,8	—	—
800	3,64	60,5	0,5	10,4	—	—
900	4,09	54,0	0,5	9,3	—	—
1 000	4,55	48,5	0,6	12,1				
1 500	6,82	32,3	0,8	14,4	—	—
2 000	9,10	24,2	1,0	16,8			—
2 500	11,40	19,3	1,1	16,2			—
3 000	13,64	16,2	1,2	16,2	0,8	2X14,4
4 000	18,20	12,1	1,5	19,0	1,0	2X16,8
5 000	22.75	9,7	1,8	22,0	1,1	2X16,2
10 000	45,50	4,85)				
20 000	91,00	2,42 /	Применяется лента			
мягчается при 1200°, и поэтому глазурованные трубы при-
годны только для печей с рабочей температурой ниже 1000°.
Наматывание начинают с того, что делают из проволоки
петлю и закручивают ее близ конца трубы. Очень удобно
закреплять конец нагревательной проволоки при помощи
хомута с болтом, надеваемого на конец трубы. Затем начи-
нают наматывать проволоку, располагая 10 первых витков
на расстоянии от 2 до 3 мм друг от друга, постепенно уве-
личивая это расстояние до 6 мм к середине трубы и вновь
уменьшая его до 3—2 мм у другого конца ее. Это особенно
важно для коротких печей, так как только при подобной
намотке удается получить более или менее равномерное
распределение температуры. После этого концы проволоки
закрепляют на трубе и из этих концов делают вводы, скру-
120
чивая их вдвое или припаивая к ним куски толстой про-
волоки. Затем приступают к изготовлению тепловой изо-
ляции.
Из асбеста толщиной 2—4 мм вырезают полосы шириной
20—30 мм, длина которых должна обеспечивать получение
кольца толщиной 10 мм, и, намочив их, наматывают на
трубу. Кольца располагают на расстоянии 150 — 200 мм
друг от друга. Заготовив лист асбеста размером 560x350 мм,
его также смачивают и наматывают поверх колец. Затем
опять накладывают кольца (их можно скреплять железной
проволокой) и новый лист асбеста. В результате получается
тепловая изоляция с воздушными прослойками при общей
толщине изоляции 60—100 мм. Наружный слой изоляции
делают из асбестового картона толщиной 10—15 мм или
если асбест более тонкий, то им несколько раз обворачивают
печь и связывают в нескольких местах железной проволокой.
На торцы печи надевают кружки с отверстием для трубы.
Наконец, из жести делают оправу, которую закрепляют
проволокой.
Тепловую изоляцию можно также изготовлять из смо-
ченной водой асбестовой ваты, доведенной до тестооб-
разного состояния. Это позволяет придавать ей нужную
форму.
Асбест является прекрасным теплоизоляционным мате-
риалом, но при пользовании им надо иметь в виду, что он
образует с окислами, покрывающими нихром, легкоплавкий
шлак, а это для тонкой проволоки может оказаться гибель-
ным. Поэтому следует избегать соприкосновения нихрома
с асбестом, если они нагреваются выше 800°.
Для печей с рабочей температурой не выше 1500° про-
волоку обмазывают тонким слоем глины*, к которой для
придания замазке большей прочности прибавляют немного
буры или жидкого стекла.
Наиболее огнеупорные обмазки получают из окиси алю-
миния (для температур до 1800°) или из окиси магния (для
температур до 2000°).
С усилением тепловой изоляции значительно сокращается
расход энергии, но одновременно уменьшается скорость
нагревания. Отсюда следует, что печи, которыми пользуются
для единичных опытов, должны иметь легкую изоляцию,
так как они должны быстро нагреваться и быстро остывать.
* Для температур до 1100° пригодна гжельская глина, до 1300°—
часовгярская и до 1500°—каолин.
121
Печи же для длительной работы лучше делать с возможно
более мощной изоляцией. Такие печи дольше служат и рас-
ходуют меньше энергии.
Присоединение подводящих ток проводов к нагреватель!
ному элементу лучше всего производить при помощи болтов.
Чтобы болты от нагревания не изнашивались, их следует
помещать вне зоны высоких температур. Присоединяемую
нагревательную проволоку скручивают вдвое или даже
вчетверо, чтобы она не накалялась вблизи болта.
Для небольших приборов скрепление нагревателя с про-
водами можно делать, скручивая концы проволок и надевая
на это место маленькую трубочку из толстой нихромовой
ленты, которую затем расплющивают молотком.
Если нагреватель должен иметь форму спирали (плиты,
сушильные шкафы и т. п.), то проволоку наматывают на
стержень подходящего диаметра. Для этого удобнее всего
один конец стержня загнуть в виде ручки, а другой вставить
в зажатую в тиски трубу, служащую подшипником.
Материалы для проводников тока
В электротехнике применяют две группы проводников.
К первой относятся проводники с высокой электропровод-
ностью, большей частью чистые металлы (медь, алюминий),
служащие для канализации электричества (провода); вто-
рую группу составляют сплавы, некоторые чистые металлы
и другие материалы, обладающие большим удельным со-
противлением, благодаря которому они дают возможность
на небольшом участке цепи и в небольшом объеме сосредо-
точить большое падение потенциала. По применению эту
группу проводников в свою очередь можно подразде-
лить на две подгруппы: а) сплавы для измерительных
приборов и эталонов и б) проводники для нагревателей
и реостатов.
Сплавы для измерительных приборов и эталонов. К ним
предъявляются следующие требования:
1)	малый температурный коэффициент сопротивления
(менее 1,0-10-4);
2)	постоянство сопротивления и других электрических
свойств;
3)	величина удельного сопротивления (имеет второсте-;
пенное значение) должна быть не меньше 0,4-10~4—0,5-10~4.
Этим условиям лучше всего удовлетворяют сплавы меди,
никеля, цинка и марганца.
122
Проводники для нагревателей и реостатов. Предъявляе-
мые к ним требования таковы:
1)	большое удельное сопротивление о (в пределах 0,5 -10 —4—
1,0-10—4);
2)	малый температурный коэффициент сопротивления а
(около 110—4);
3)	высокая температура плавления (на 150—300° выше
рабочей температуры прибора);
4)	стойкость при нагревании на воздухе (сопротивляе-
мость окислению);
5)	постоянство сопротивления при длительной эксплуа-
тации;
6)	дешевизна.
В эту группу входят сплавы никеля, хрома, железа,
меди, марганца и цинка. Состав сплавов в соответствш
с ГОСТ 492—41 приведен в табл. 34.
Большинство чистых металлов не пригодно для этих
целей, так как они обладают малым удельным сопротивле-
нием и большим температурным коэффициентом, но все
же благодаря другим ценным свойствам молибден, никель,
вольфрам, железо и иридий находят применение в качестве на-
гревателей. Применяют также графит, уголь, карборунди т. п.
Ценными электротехническими свойствами обладают ме-
таллические сплавы, компоненты которых образуют твер-
дый раствор. Наличие в сплаве твердых растворов сказы-
вается и на ряде других свойств, например твердости и др.
Твердость металла возрастает по мере увеличения коли-
чества примесей, что затрудняет изготовление проволоки,
и часто приходится отказываться от использования очень
ценных сплавов потому, что из них невозможно изготовить
проволоку. Химическая стойкость твердых растворов тоже
больше, чем чистых металлов, вследствие чего сплавы лучше
сопротивляются окислению при нагревании на воздухе.
В этом случае главную роль играет прочность слоя окис-
лов, покрывающих металл и температура их плавления.
Влияние механической обработки на свойства металлов
заключается в увеличении их упругости, твердости и электро-
сопротивления. Для электротеплотехники особенно важ-
но, что прокованный металл и тянутая проволока обладают
значительно большим сопротивлением, чем те же материалы
в отожженном состоянии. Это явление называется «накле-
пом». Так как уменьшение сопротивления наклепанного ме-
талла при низкой температуре происходит медленно, то для
устранения наклепа металл отжигают, т. е. нагревают до
123
Таблица 34
to
>u
Состав важнейших электротехнических сплавов
Название	Марка	Состав, %								Примечание
		Ni	А1	Fe	Si	Мп	Сг	Zn	Си	
Алюмель . . .	НМцАК 2-2-1	93,75 — — 95,55	1,8— —2,5	—	0,85— — 1,15	1,8— -2,20	—	—	—	Для термопар и в ка- честве проволоки с большим сопротив- лением
Хромель. . . .	НХ 9,5	88,7— -91,0	—	—	—	—	9,0— —10,0	—	—	То же
Нихром. . . .	НЖХМц 16-15-1,5	62,5— —71,0	—	14,0— -18,0	—	1,0— —2,0	14,0— —16,0	—	—	Для элекронагрева- тельных элементов
Нихром. . . .	ЭХН60	55,0— —61,0	—	14,0 — —18,0	—	1,0 — —2,0	14,0— —18,0	—	—	То же
Копель ....	НМ 56,5	43,0— —44,0	—	....	—	—	—	—	56,0— —57,0	Для термопар и в ка- честве проволоки с большим сопротив- лением
Константан. .	НММц 58,5-1,5	39,0— —41,0	—	—	—	1,0— —2,0	—	—	58.0— — 60,0	В электроизмери- тельных приборах, для термопар
Сплав ТБ. . .	НМ 84	15,3— —16,3	—	—	—	—	—	—	84	В качестве компен- сационных прово- дов
Нейзильбер. .	НМц 65-20	13,5 — —16,5	—	—	—		—	18,0 — -22,0	65	Для электроизмери- тельных приборов
Манганин. . .	НММц 85-12	2,5—3,5	—	—	—	11,0— —13,0	—	—	85	То же
Сплав ТП . .	НМ 99,4	0,57— — 0,63	—	—	—	—	—	—	99	В качестве компен- сационных прово- дов
1 См. ГОСТ 492—41
определенной температуры, установленной опытом для каж-
дого материала, и затем медленно охлаждают. При этом
электрическое сопротивление убывает до некоторого мини-
мума и затем остается довольно постоянным. Отжиг являет-
ся всегда желательной, а часто необходимой предваритель-
ной обработкой электротехнических металлов. Это имеет
особенно большое значение для измерительных приборов
и эталонов.
Обычно температура нагревателя несколько выше тем-
пературы рабочего пространства. Ввиду невозможности
определить в общем виде зависимость температуры рабочего
пространства от температуры нагревателя возникает вопрос
о допустимой для данного проводника плотности тока.
Измерения силы тока, переплавляющего проволоку, пока-
зывают, что предельная плотность тока, при которой про-
волока перегорает, тем меньше, чем больше диаметр про-
волоки. Это зависит от того, что теплоотдача толстой про-
волоки меньше, чем тонкой. Сила переплавляющего прово-
локу тока, в амперах (/пл.), с достаточной точностью выра-
жается эмпирической формулой
/пл. — a d9
где а—константа, зависящая от материала проволоки;
d—диаметр проволоки в мм.
Этой формулой пользуются для расчета плавких предо-
хранителей. В табл. 35 приведены данные для расчета силы
тока, переплавляющего проволоку. Для плавких предохрани-
телей применяют металлы с малым удельным сопротивлением
и высокой температурой плавления—медь, серебро, алюми-
ний или легкоплавкие металлы с большим удельным сопро-
тивлением—свинец, цинк и некоторые свинцовые сплавы
(для силы тока меньше 100 а). Длина предохранительной
проволоки должна быть небольшой, чтобы сопротивление ее
было мало по сравнению с сопротивлением цепи.
Эта формула может быть использована также при рас-
чете печей с платиновыми нагревателями.
Для платиновой проволоки диаметром 0,3 мм сила рас-
плавляющего тока равна 40 ]/ 0,33=6,6 а. Эта проволока
надежно выдерживает нагрузку в 5 а, что соответствует
плотности тока 70 а/мм2. На основании этих данных вычис-
лены нагрузки, допустимые для платиновой проволоки.
Из аналогичных соображений при изготовлении труб-
чатых печей вместо проволоки применяют очень тонкую
платиновую фольгу.
125
Таблица 35
го
о
Данные для расчета силы тока, переплавляющего круглую проволоку /пл,—а /7^
Материал	Температура плавления °C	Удельное сопротив- 	ом-мм1'		Темпера- турный	га га	Диаметр переплавляемой проволоки, мм сила тока, амперы										
			м													
проволоки		при 0°	при тем- пературе плавления	коэффици- ент а, 101	о о £ С	1		3	4	5	6	10	15	20	30	4 0
Платина		1754	0,112	0,8	35	40	—	—	—	—	—	0,28	0,4	0,52	0,63	—	—
Нихром		1500	1,13	1,3-1,4	1—2	24	—	—	—	—		—	—	—	—	—	—
Сталь мягкая . . .	1500	0,12	—	50	25	0,12	0,19	0,25	0,3	0,35	—	0,55	0,7	0,9	1,1	1,4
Нейзильбер (нике- лин) 		1100	0,35	—	2	41	0,084	0,14	0,18	0,21	0,25	—	0,39	0,51	0,62	0,81	1,0
Медь		1083	0,017	0,09	39	80	0,053	0,086	0,11	0,13	0,16	0,17	0,25	0,32	0,45	0,52	0,63
Серебро 		960	0,016	0,07	36	32	—-	—	—	—	—	0,16	0,25	0,3	0,43	—	—
Алюминий		660	0,029	0,11	44	59	0,066	0,1	0,14	0,17	0,19	0,2	0,3	0,4	0,47	0,64	0,77
Свинец 		327	0,2	0,46	40	11	—	0,3	0,4	0,5	—	0,7	1,1	1,4	1,75	__	—
Олово		232	0,11	0,22	44	13	—	—	—	—	—	0,72	1,1	1,2	1,75	—	—
Допустимая плотность тока в проводниках определяется
температурой, которую приобретает проводник при про-
хождении через него тока. Эта температура должна быть
такой, чтобы ни проводник, ни его изоляция не портились.
Опишем подробнее некоторые наиболее употребитель-
ные материалы (табл. 36).
Нихром (хромоникель). Нихром является
наиболее подходящим материалом для изготовления печей
сопротивления для температур до 800° и даже до 1100° в
зависимости от конструкции и формы прибора. Он хорошо
выдерживает нагревание до 1150°, поэтому из него также
изготовляют различные предметы, предназначенные для
работ при высоких температурах. Большая устойчивость
нихрома зависит от свойств окислов, покрывающих его
поверхность. Лучшую проволоку, обладающую высокой
однородностью, вытягивают из нихрома, литого в вакууме.
Состав нихрома разных марок колеблется в узких пре-
делах. Чем выше содержание хрома в сплаве, тем устой-
чивее он при высоких температурах. Небольшие примеси
марганца и молибдена также повышают стойкость нихрома.
В указанных пределах температуры нихром в совер-
шенстве удовлетворяет требованиям, предъявляемым к на-
гревательным элементам: он имеет большое удельное со-
противление и малый температурный коэффициент. В сред-
нем сопротивление его при 1000° только на 10% больше,
чем в холодном состоянии. Температура плавления сплавов
типа нихрома около 1400°; уд. вес 8,3. Характеристика ни-
хромовой проволоки приведена в табл. 37.
Срок службы проволоки в значительной степени зависит
от колебаний в величине диаметра проволоки по ее длине
и от однородности ее состава. Наличие мест с меньшим
диаметром и с сильно измененным составом резко снижает
срок службы нагревательного элемента.
На рис. 56 (стр. 134) показана кривая зависимости дли-
тельности срока службы нихромовых сплавов от температуры,
а на рис. 57—кривая зависимости удельного сопротивления
от температуры.
В табл. 38 (стр. 133) приведены силы тока, нагревающие до
различных температур проволоку, горизонтально натянутую
в спокойном комнатном воздухе. Вертикально натянутая
проволока нагревается гораздо сильнее и притом неравно-
мерно: в верхней части больше, чем в нижней. Здесь же при-
ведены разности потенциалов, которые надо иметь на 1 м
длины проволоки, чтобы получить необходимую силу тока.
127
Основные материалы, применяемые в качестве нагревательных
Материал	Состав	Область применения	
		Me	
Сталь. . .	Fe	Нагреватели низкотемператур- ных печей	
Никель . .	Ni	Некоторые детали нагревателей печей, термоэлектроды	
Платина .	Pt	Нагревательные элементы с тем- пературой до 1200—-1300'С	
Молибден . .	Mo	То же, до 200Э°С	
Вольфрам . .	W	То же, до ЗСОО’С	
		Медные	
Никелин . .	Cu65% , Ni 34%,Fe 0,5%	Реостаты	
Константан .	Cu 60%, Ni 40%	Реостаты, термоэлектроды и на- гревательные элементы с тем- пературой не выше 400—450 С	
		Желез о-х р о м о	
Железобога- тые нихро- мы 20/35 .	Cr 15—20%, Ni 30—35%, Fe 50—-55%	Детали печей и нагревательные, элементы с температурой до’ 80и°С	
Нихромы ти- па тройного сплава 15/60	Cr 15—18%, Ni60—65%, Fe 18—22o /„ или Cr 15—16%, Ni60—62%, Fe 11—15o/o, Mo 6—8°/0	Нагревательные элементы с тем- пературой до 95' °C	
Нихром типа двойного сплава 20/80	Cr 19—21%, Ni 76—79»/o, Fe 0,5o/o	Нагревательные элементы с тем- пературой 1100'С	
128
Таблица 36
элементов электрических печей сопротивления и для реостатов
Уд. вес.	Удельное сопротивле- ние ом • мм2	Электрич. температур- ный коэффи- циент а • 13’	Коэффи- циент линейного расшире- ния э - ю	Предельная рабочая температура °C	Темпера- тура плавления °C
	м				
та л л 7,86	0,12—0,15	7—10	11,7	500 (в водо-	1530
8,9	0,09—0,12	5,0—5,5	12,8	роде 1000) 1000	1455
21,4	0,1	4	—	1400	1770
20,0	0,045	5,5	—	2200	2620
18,7	0,05	5,5	—	3000	3370
с п л а 8,7	В ы 0,4	0,22	16	500	1250
8,7	0,48	0,05	14	500	1275
н и к е л 7,95	е в ы е с п л 1,03	В ы 0,25	16	1000	1400—1420
8,2—8,25	1,1—1,13	0,17	13—14	1050	1380—1410
8,3—8,4	1,16	0,09	13	1030	1365
8,4	1 ,08	0,11	14	1150	1390—1420
9 В. С. Веселовский и др.
129
Материал	Состав	Область применения	
Нихром ЭХН-60/15 . .	Сг 18%, Ni 55—61%, Fe 18—27°/о	Нагревательные элементы с тем- пературой до 900°С	
Нихром ЭХН-80 . . .	Cr 20—23%, Ni 73—76%, Fe 1,5%	Нагревательные элементы с тем- пературой до 1050сС	
Железо-хром
Каитал . . .	Сг 20%, AI бо/о, Со 3%, Fe остальное	Нагревательные элементы с тем- пературой до 1200—1250JC
Фехраль	Сг 13-14,5%, А1 3,5-4,5%,	Нагревательные элементы печей
ЭИ-60 . .	Fe остальное, С<0,2%	и бытотых приборов до темпе- ратуры 700 С
Хромаль	Сг 28-31%, А1 3,0-4,5%,	Нагревательные элементы с тем-
ЭИ-87 . .	Fe остальное, С<0,12%	пературой до 1100 С
Сплав	Сг 16-18°/0, А1 4,5-6,5%,	Нагревательные элементы с тем-
Xs 1 Х13Ю5 .	Fe остальное, С<0,05%	пературой до 900 С
Сплав	Сг 23-27%, А14,5 7%, Fe остальное, С<0,05%	Нагревательные элементы с тем-
№ 2 Х25Ю5 .		пературой до 1150С
Сплав Ks 3	Сг 40-45%, А1 7,5-12%, Fe остальное, С<0,05%	Нагревательные элементы с тем- пературой до 1300’С
Сплав № 4	Сг 65-68%, А1 7,5-12,5%, Fe остальное, С<0,05%	То же, до 14СОСС Неметаллические
Глобар . . .	—	Нагревательные элементы с тем- пературой до 13Е0С
Силит	—	То же
Графит . . . Уголь . . „	—	Нагревательные элементы высо- котемпературных печей до 2000—2200е С ! о же
Криптол . . 130	' —	То же, но до 1600—1700°С
Продолжение
	Уд. вес.	Удельное сопротивле- ние ОМ ММ2 м	Электрич. температур- ный коэффи- циент а «ПР	Коэффи- циент линейного расшире- ния 3-10®	Предельная рабочая температура °C	Температура плавления °C
	8,4	1 ,05	0,1	13	1000	1390
	8,4	1 ,05	0,1	14	1100	1400
	алюминиевые сплавы					
	7,1—7,25	1,3—1,45	0,06—0,09	14—15	1300	1500
	7,4	1,25—1,35	0,1	—	850	~ 1450
	7,1	1,4—1,5	0,05.	—	1200	~ 1500
	7,0—7,2	1,3—1,5	0,08	14,5—15	1000	1500—1510
	6,9—7,2	1,4—1,6	0,05	14,5—15	1200	1490—1510
	6,8—7,0	1,8—2,0	—	16—17	1300	1560—1580
	6.75—6,85	9,0—2,2		16—17	1400	1650—1680
	прово	д ники				
	объемп.вес 2,3	£00—1С00	—	—	1400	—
	2,3	800—1900	__	5,6	1400	—
	1,6	8—13	—	—	2000	—
	1,6	40—60	—		2500	—
!	1,0—1,25	600—2000	—	—	1700	—
131
СС to	0,45 1	0,5	0,55	9*0	0,65	0,7	0,75	о 00	6‘0	о		N0	ст	4а	СТ	СТ	00	2,0	2,5	СТ СТ		Диаметр проволоки мм
	О	О	О	О	О	О	О	о	о	о	о	А-		i—*	—	N0	N0	СТ	4а	ч	CD	Поперечное сучение
	159	961	zez	283 j	ст ст	39	'4а	о	ст 4а	3	со ст	ст ст	ст	СТ 4а	ч	О	ст	4а	CD	о	СТ 4а	проволоки мм2
	ч	J1	4а	4а	ст	N0	N0	N0	—	—	•—	—	о	О	о	О	о	СО	О	со	СО	Сопротивление
		00	00	О	4а	То	СТ СТ	N0 СТ	00	4а 4а	со	о о	00 ст	СТ	ст 4а	ст ст	4а	36	КО	ст	058	1 м проволоки ом
																					►—А	Длина прово-
	о	о	О	О	О	о	О	О	о	О	•CL1	►—“		>—*	>—*	1—*	tc	NO	4А	ст	"Ч	ЛОКИ с сопро-
	—		Тс	N0	NO	ст	Г,"	4^	ст	СТ	00	о	__а	г»*>	СТ	ацД	NO	00	Г ,1	Г		тивлением 1 ом
	4*	ч	—	ст	cd	4а	СО	4*	ст	СО	4а	о	ч	СТ	СТ	00	СТ					м
																						Максимально
	1	. ра	।	са			1	00	1			4а		АД	00	N0 О	NO СТ	N0 СТ	1		I	допустимая
	1			**			1		1		1				а			а	1		1	сила тока
		(О		ст				N0							СТ			СТ				а	
	о	о	о	о	о	О	о	О	о	о	О	о	о	О	о	о	о	о	со	о	о	Диаметр
	о	О	О	о	о	а—>	а—		L—.	Ь—1	>ача	аа>	1—а	N0	N0	N0	N0	СС	<*11	ст	4а	проволоки
		4а	СТ	ст	00	о	•—	N0	ст	4а	ст	ст	00	О	N0	ст	00	о	NO	СГ(		мм
	о	О	О	о	о	о	О	О	о	О	о	о	о	о	О	о	о	о	СО	о	О	Поперечное
	(—,	Г-Л	О		о	о	о	О	(“А	о	о	о	о	о	О	(“А	о	о	со	о			.	сечение
	: )	О	о	о	< 1	о	< 1			ь—а	»—!>		NO	ст	Г 1*1	»^А	ст	АД	со	со	N0	проволоки
	j		1x0	ю	ст		f А		ст	ст	АД	о	ст	а-*	00	СО	,_а	 1	со	ст	СТ	
	Ч	СТ	О	00	о	cd	ст	ст	ст	4^	ч		4а	4а	о		ст	ч		N0		
	СТ	f А	СЛ		N0	—		,	,														Сопротивление
	о о	8	00 о	о	NO	о	N0 о	о о	00 СТ	Ч	СТ	ст ст	4^	СТ ст	N0 со	N0 СТ	00	ст	4s-	•—1	CD	1 м проволоки
															а	а	а	а	а	а		ОМ
															аД	о	4а	о	ЬаМ	00	СО	
	о	о	О	о	О	о	о	о		О	о	о	О	о	О	о	О	со	СО	со	со	Длина прово-
	<—т		О	о	о	о	о	о	о	о	о	о	о	о	О	о	о	о	о	о		локи с сопро- тивлением 1 ом
	о	о	о	о	о	о	о						1x0	N0			ст	ст		00		
	о	ъ——«	На а	NO		“*чД	00	о	N0		СТ	00	ст	00	4а	ст		ст	1 -а	ст	ааа	
	ст			ст																		
						о												N0			ст	Максимально
	j		1	j	]		1	1	1	1	•	1	1	а	|		1			1		допустимая
											о			СТ				о			о	сила тока а
Таблица 37
Нихромовая проволока
(удельное сопротивлениер-10— 4=1,1(1+0,03 ом-см; температурный коэффи-
циент сопротивления а-104=1,5)
Таблица 38
Зависимость температуры горизонтально натянутой нихромовой проволоки от силы тока, проходящего по ней
е.	200 =		4 00 =		600°		700		800°		900’		1000°	
Диаме мм	а	в/м	а	в/м	а	в/м	..	в/м	а	в/м	а	' в/м	а	в/м
5,0	52	3,1	83	5,0	105	6,5	124	7,8	146	9,2	173	11,0	203	13,3
4,0	37	3,5	60	5,7	80	7,9	93	9,2	НО	11	129	13,1	151	15,5
3,0	22,3	3,7	37,5	6,4	54,5	9,5	64	11,4	77	13,9	88	16,0	102	18,8
2,0	11,7	4,3	19,6	7.3	28,7	10,9	33,8	13,5	39,5	15,7	47	19,0	51	21,0
1,8	10,0	4,6	16,9	7,9	24,9	11,9	29,0	14,0	33,1	16,5	39	19,7	43,2	22,0
1,5	7,9	5,3	13,2	8,9	19,2	13,2	22,4	15,9	25,7	18,5	30	21,7	33,0	24,2
1,2	6,0	6,15	9,8	10,3	14,0	15,0	15,8	17,6	18,7	21,0	21,6	24,7	24,3	27,8
1,0	4,85	7,1	7,7	11,6	10,8	16,5	12,1	19,3	14,3	23,2	16,8	27,5	19,2	32,0
0,8	3,7	8,6	5,7	13,5	8, 15	19,6	9,15	22,8	10,8	27,2	12,3	31,2	14,0	36,0
0,6	2,52	10,3	4,0	16,7	5,7	24,3	6,5	29,0	7,5	33,8	8,5	38,5	9,7	44,2
0,5	2,00	11,8	3,15	19,0	4,5	27,7	5,2	33,0	5,9	39	6,75	44	7,7	51,5
0,4	1,50	13,9	2,34	22,1	3,3	31,8	3,85	38,0	4,4	44	5,0	51	5,7	59
0,3	1,05	17,2	1,63	27,3	2,27	38,7	2,7	46,3	3,05	52	3,4	60	3,85	70
0,2	0,65	24	1,03	38,8	1,40	53,7	1,65	66	1,82	73,5	2,0	81,5	2,30	95
W Примечание. в/л< обозначает разность потенциалов на расстоянии 1 м длины проволоки.
Температура, °C
Рис. 56. Зависимость срока службы ни-
хромовой проволоки от температуры.
Температура, °C
Рис. 57. Зависимость удельного сопро-
тивления жаростойких сплавов от тем-
пературы:
1—хромаль; 2—фехраль; з—нихром.
Очевидно, что про-
изведение этих двух
чисел дает мощность в
ваттах, которую надо
сообщать 1 м проволоки,
чтобы поддерживать со-
ответственную темпера-
туру.
Приведенные в табл.
38 величины облегча-
ют расчет длины прово-
локи при данном напря-
жении в сети. Действи-
тельно, достаточно раз-
делить напряжение на
число вольт, приходя-
щихся на 1 м данной
проволоки, чтобы по-
лучить длину проволоки
в метрах, необходимую
для поддержания данной
температуры.
Если нихромовая
проволока намотана на
керамическую трубку,
то для нагревания ее
до той же температуры,
что и в горизонтально
натянутом положении,
требуется ток значи-
тельно меньшей силы.
Говорить о допусти-
мой для данной прово-
локи нагрузке можно
только тогда, когда
известны условия, в
которых проволока бу-
дет работать.
Предельные допу-
стимые силы тока для
нихромовой проволоки,
вделанной в лаборатор-
ную печь, приведены
в табл. 39.
134
Таблица 39
Допустимые нагрузки нихромовой проволоки,
вделанной в печь
Диаметр проволоки мм	Предель- ная сила тока а	Диаметр проволоки мм	Предель- ная сила тока а
0,1	0.7	1,о	11
0,15	1.0	1,2	14
0,2	1.3	1,4	17
0,3	2,0	1,5	18,5
0,4	3,0	1,6	20
0,5	4,2	1,8	23
0,6	5,5	2,0	25,5
0,8	8,2	2,2	28
Медные сплавы. Характеристики никелиновой и кон-
стантановой проволок приведены в табл. 36, 40 и 41.
Железо-хромалюминиевые сплавы. В
последнее время появляется все больше электротехнических
ценных сплавов, но достоинства их еще не вполне опреде-
лились и область применения не стабилизовалась. Фе-
храль и другие сплавы железа, хрома и алюминия зна-
чительно уступают по качеству нихрому. Они менее стойки
и после нагревания становятся хрупкими, что очень затруд-
няет ремонт перегоревших печей. Непродолжительное вре-
мя их можно нагревать до 1250° (см. рис. 56).
Железо-хромалюминиевые сплавы
№ 1, 2, 3 и 4, предложенные проф. И. И. Корниловым*,
обладая жаростойкостью и благоприятными физико-хими-
ческими и техническими показателями, нашли применение
в разнообразных отраслях промышленности, а также в ка-
честве нагревательных элементов в печах заводского и лабо-
раторного типа.
* См. Железные сплавы, т. I, Из-во АН СССР, 1945.
135
Таблица 40
Никелиновая проволока
(60% Си, £0°/о Ni, £0% Zn. Удельное сопротивление
р-104=0,45 ОМ.-СМ,-, температурный коэффициент сопротивления
а-104=1,5; уд, вес 8,98; темп, пл, 1100 )
Диаметр мм	Сопротивле- ние 1 м дли- ны при 20° ом	Предельная сила тока а	Диаметр мм	Сопротивле- ние 1 м ДЛИ- НЫ при 20° ом	Предельная сила тока а
0,5	2,0	5,5	1,20	0,35	15,7
0,55	1,7	6,1	1,40	0,26	19,2
о,ео	1,4	6,8	1,60	0,20	22,5
0,65	1,2	7,5	1,80	0,157	25,5
0,70	1,0	8,3	2,00	0,127	29,0
0,80	0,8	9,7	2,50	0,08	38,0
0,90	0,62	Н,2	3,00	0,057	48,0
1,00	0,5	12,6	4,00	0,032	68,0
1,10	0,42	14,0			
Производство сплавов № 1 и № 2 освоено рядом метал-
лургических заводов, выпускающих проволоку, ленты и
листы разных размеров.
В табл. 36 (стр. 128) приведены некоторые сведения по
основным физическим и механическим свойствам этих спла-
вов в отожженном состоянии.
Как видно из таблицы, удельный вес, удельное электро-
сопротивление, коэффициент теплового расширения и тем-
пература плавления находятся в зависимости от содержа-
ния алюминия. Примерно такова же зависимость в измене-
нии механических свойств.
После продолжительного времени работы при высоких
температурах физические и химические свойства сплавов
несколько изменяются.
Допускаемая нагрузка тока на поверхность нагреватель-
ного элемента зависит от конструкции и температуры печи,
136
Таблица 41
Константановая проволока и лента
(58% Си, 41% Ni, 1% Мп. Удельное сопротивление р-104=0,5 ом-см;
температурный коэффициент сопротивления а-104=0,05;
________ уд. вес 8,9; темп. пл. 12(0)
Круглая проволока			Лента			
Диаметр ММ	Сопротив- ление 1 м длины,ом	Предель- ная сила тока а	Ширина мм	Толщина мм	Сопротив- ление 1 м длины, ОМ	Предел ьная сила тока а
0,5	2,55	5,5	3	0,05	3,27	4,9
0,6	1,77	6,8	3	0,1	1,63	7,4
0,7	1,30	8,3	3	0,2	0,82	И,4
0,8	1,00	9,7	3	0,3	0,54	14,6
0,9	0,79	11,2	5	0,05	1,96	7,2
1,0	0,64	12,6	5	0,1	0,98	11,2
1,1	0,53	14,0	5	0,2	0,49	16,9
1.2	0,44	15,7	5	0,3	0,33	22,0
1,4	0,33	19,2	5	0,4	0,25	25,0
1,6	0,25	22,5	5	1,0	0,10	45,0
1,8	0,20	25,5	10	0,1	0,49	19,2
2,0	0,16	29	10	0,2	0,25	24,0
2,5	0,10	38	10	0,3	0,16	38,0
3,0	0,07	48	10	1,0	0,05	78,0
4,0	0,04	68	20	0,1	0,25	32,5
			20	0,2	0,12	50
	•		20	0,3	0,082	66
			20	0,4	0,031	78
i			20	1,0	0,025	134
экранирования элемента и других факторов. При заделке
элемента в футеровку допускаемая нагрузка заметно сни-
жается по сравнению с нагрузкой на открытую обмотку.
При этом следует иметь в виду, что материал в виде ленты,
вследствие большой поверхности теплоизлучения и мень-
шего экранирования, допускает при одинаковых условиях
эксплуатации большую нагрузку, чем проволока. В зави-
симости от состава сплава, при одинаковых температурах,
удельная нагрузка тока возрастает по мере повышения
жаростойкости материала.
Для нагревательных элементов из сплава № 1 и 2 на-
блюдается следующая зависимость между температурой и
допускаемой нагрузкой:
Допускаемая удель-
Температура °C	ная нагрузка
в тп см
800 .......... 1,6—1,8
1000 ......... 1,3— 1,4
1100 и выше	. .	0,8—1,0
При изготовлении из проволоки нагревательных спира-
лей необходимо учитывать низкую сопротивляемость спла-
вов на растяжение, наблюдаемую при высоких температу-
рах, и свойственную им хрупкость при комнатной тем-
пературе после продолжительной работы при высоких
температурах. Отношение внешнего диаметра спирали к
диаметру проволоки должно быть равно пятикратному диа-
метру последней для проволоки диаметром от 0,2 до 4,5 мм
и восьмикратному — для проволоки диаметром 5 мм и бо-
лее. Несоблюдение этого условия приводит к быстрому ко-
роблению спирали, что видно из рис. 58.
Железо-хромалюминиевые сплавы в процессе работы
при высоких температурах удлиняются («растут»). Один из
таких примеров роста показан на рис. 59.
Расширение сплава при высоких температурах дости-
гает 3%. При изготовлении спиралей и монтаже их в пе-
чах необходимо предусмотреть возможность свободного их
расширения.
Обычно проволока или лента находятся в печах элек-
тросопротивления в соприкосновении с огнеупорными, теп-
лоизолирующими материалами. При высоких температурах
между нагревательными элементами и огнеупорными ма-
138
териалами часто происходят химические реакции, нарушаю-
щие однородность сплошной защитной пленки на элементах,
вследствие чего последние быстро разрушаются и выходят
из строя. Более интенсивное разрушение элемента начинает-
Рис. 58. Коробление спирали из проволоки
сплава № 2 при неправильном соотношении
диаметров проволоки и спирали.
ся в местах поверхностных пороков; местные раковины,
продольные и поперечные трещины в этих условиях могут
привести к снижению стойкости сплава при высоких
температурах.
Рис. 59. «Рост» проволоки из сплава № 2
после 1500 час. работы при 1200°.
На рис. 60 показаны разрушения ленты в результате
взаимодействия ее с обмазкой трубчатой печи.
139
Для железо-хромалюминиевых сплавов лучшими огне-
упорными материалами являются вещества, состоящие пре-
имущественно из глинозема, например силлиманиты, содер-
жащие 60—65% глиюзема. Содержание глинозема в футе-
ровочных и обмазочных материалах должно быть не менее
45—50%. Наиболее опасными примесями в обмазке являют-
ся окислы щелочных металлов, кремнезем, окись железа и др.
Рис. 60. Разрушение спирали из ленты сплава № 2
в результате взаимодействия с обмазкой печи, ра-
ботавшей при 1200—1350°.
Вольфрам. Из всех металлов вольфрам обладает
наиболее высокой температурой плавления (3370°). Для
вольфрама характерна слабая механическая связанность
между отдельными кристаллами, поэтому при зернистом
строении сравнительно толстые вольфрамовые изделия очень
хрупки и легко ломаются.
Вольфрам можно применять для получения высоких тем-
ператур (более 2000е), но лишь в глубоком вакууме или
в атмосфере инертного газа (азот, аргон и т. п.). В при-
сутствии кислорода, при нагреве до температуры в несколь-
ко сот градусов, вольфрам сильно окисляется.
Вольфрамовая проволока выпускается диаметром от
0,01 до 3 мм—тянутой; более 3 мм — кованой. Проволока
диаметром от 0,2 до 0,5 мм не должна ломаться и расслаи-
ваться при навивании ее на стержень, диаметр которого
равен диаметру проволоки.
На рис. 61 приведена зависимость удельного сопротив-
ления вольфрама от температуры.
Молибден. Молибден также обладает высокой тем-
пературой плавления (2620°) и широко применяется в элек-
тровакуумной технике и в электрических печах сопротив-
ления в качестве нагревательных элементов в виде прово-
локи и листа. Нагревательные элементы из молибдена долж-
ны работать в вакууме или в восстановительной среде. За-
140
висимость удельного сопротивления молибдена от темпера-
туры также показана на рис. 61.
В некоторых случаях в качестве нагревательных элемен-
тов применяют тантал (темп. пл. около 2850°).
Рис. 61. Зависимость удельного сопротивления воль-
фрама и молибдена от температуры.
Платина. Температура плавления платины 1770°.
Применяется она в виде проволоки или фольги толщиной
0,07 мм.
Как все чистые металлы, платина имеет большой темпе-
ратурный коэффициент электросопротивления, и поэтому
пользоваться платиновыми печами следует, включая их
последовательно с реостатом, так как сопротивление хо-
лодной печи в четыре раза меньше нагретой до 1000°. При
включении через холодную печь пойдет очень сильный ток
и вызовет быстрое нагревание, опасное как для керамиче-
ских частей печи, так и для самого нагревателя, который
может перегореть. Платина при нагревании в окислитель-
ной атмосфере вполне устойчива. В восстановительной ат-
мосфере она очень чувствительна к углероду, фосфору, сере
и к металлам, а в присутствии воды на нее действуют так-
же и галоиды. При температурах выше 1300° платина ста-
новится заметно летучей и сравнительно быстро перегорает.
Рекомендуется соблюдать следующие основные правила
работы с платиновыми нагревателями:
1.	Предельная рабочая температура приборов с плати-
новыми нагревателями должна быть не выше 1300°.
141
2.	Платину нельзя нагревать в соприкосновении с ме-
таллами, углем и серой.
3.	Ее нельзя нагревать в восстановительной атмосфере,
содержащей соединения углерода, фосфора и серы.
Данные табл. 42 относятся к проволоке, вделанной в
печь в качестве нагревателя. С целью экономии платины
для печей, требующих больше 5 а, берут проволоку диа-
метром 0,3 мм в несколько жил, так как при этом вес пла-
тины будет меньше, чем при использовании более толстой
проволоки, потому что последняя выдерживает меньшую
удельную нагрузку.
Таблица 42
Допустимые нагрузки платиновой проволоки, вделанной в печь
Диаметр проволо- ки мм	Сечение проволоки мм2	Предельные		Диаметр проволоки мм	Сечение проволоки мм2	Предельные	
		сила тока а	плот- ность тона а/мм2			сила тока а	ПЛОТ- НОСТЬ тока а/мм2
0,1	0,0079	1,5	120	0,6	0,283	14,0	50
0,2	0,0314	2,7	85	0,7	0,39	17,7	46
0,25	0,0491	3,8	77	0,8	0,50	21,5	42,8
0.3	0,0707	5,0	70	0,9	0,64	25,7	40,5
0,35	0,0962	6,2	65	1,0	0,79	30,2	38,4
0,4	0,128	7,6	61	2,0	3.14	85	27,1
0,45	0,159	9,0	57	3,0	7,07	156	22,1
0,5	0,193	10,5	54				
Железо. Железо представляет собой весьма несо-
вершенный материал для нагревательных элементов, так
как обладает сравнительно большой электропроводностью
и легко окисляется при нагревании на воздухе. Однако
благодаря его доступности железо часто применяют, осо-
бенно для временных установок. При этом надо иметь в
виду, что около 900° железо претерпевает аллотропное пре-
вращение и поэтому может длительно служить только ниже
142
этой температуры. Главное неудобство при конструировании:
приборов с нагревателем из железной проволоки—ее боль-
шая электропроводность. Брать проволоку тоньше 0,5 мм
не рекомендуется, но 1 м такой проволоки имеет в холод-
ном состоянии сопротивление 0,14 : 0,2=0,7 ом. Чтобы полу-
чить ток силой 2 а от сети 120 в, надо взять 120 : 2-0,7 = 86 м
этой проволоки или 429 м проволоки диаметром 1,1 мм..
Ясно, что железная проволока для небольших приборов
вообще непригодна, но для больших бань (600—2000 вт),
нагреваемых до 400—600°, она может быть с выгодой при-
менена, так как при 400° ее сопротивление в 2,5 раза, а
при 600°—в 3,5 раза больше, чем в холодном состоянии.
Чугун. Для больших мощностей (30—100 а) приме-
няют реостаты с чугунными литыми секциями сопротивле-
ния. Эти реостаты вполне надежны в эксплоатации, но гро-
моздки и хрупки. Удельное сопротивленье чугуна0,7-10—4—
0.8-1G-4 ом-см. Допустимая плотность тока 1,2—1,8 а/мм?.
Уголь и графит. Эти материалы мало пригодны
для чистых работ, но благодаря доступности и высокой тем-
пературе плавления они имеют широкое применение в элек-
трических печах. Угольные сопротивления изготовляют и»
самых чистых малозольных материалов, которым обычно
придают форму стержней или трубок. В печах с угольными,
трубками можно легко получать температуру до 3000°.
Чтобы повысить сопротивление угольного нагревателя,,
его иногда составляют из пластинок толщиной 5—10 мм.
Восстановительная атмосфера углеродистых газов, которая
создается при работе в угольных печах, сильно ограничи-
вает их применение. Например, в угольных печах нельзя
плавить металлы, которые могут обуглероживаться, нельзя
измерять температуру платиновыми термопарами и т. д.
Для получения менее активной атмосферы изготовляют
вакуумные печи с угольными сопротивлениями.
Свойства угольных и графитированных электродов при-
ведены в табл. 43.
При повышении температуры сопротивление графити-
рованных электродов падает и достигает минимума около
500° (на 20% ниже, чем при комнатной температуре). Затем
сопротивление медленно растет и при 1200° становится
таким же, как при комнатной температуре. Выше 1800°
оно становится постоянным (на 9% больше, чем при ком-
натной температуре).
Температурный коэффициент сопротивления угольных
электродов имеет большую величину, чем графитированных;
143
Таблица 43
Свойства угольных и графитированных электродов
Показатели	Электроды	
	угольные	графитированные
Удельное сопротивление, ом.ммг/м .	50	15
Температурный коэффициент сопротив- ления . .		 .	Отрицательн.	Отрицательный при
Зольность, %		5—12	невысоких темпе- ратурах 0,03—0,3
Объемный вес, кг/л	.... , .	1,5	2
Пористость, %		20—25	30
Предел прочности, кг/см2 при разрыве	<	70—100	60—70
при сжатии		230—410	20—50
Температура начала заметного окисле- ния, °C			400—500	650—700
Допустимая плотность тока (а/см-) для диаметров: 10—20 мм		И	60
20—30 »			9	45
30—50 »			8	35
50—100 »			7	25
100—300»			5	15
он весьма непостоянен. Изменение его с температурой очень
сложно. Обычно сопротивление угольных электродов сна-
чала быстро уменьшается приблизительно до 1000° и до-
стигает 40% первоначальной величины. Затем оно медленно
уменьшается и становится почти постоянным в пределах
от 1200 до 1800 (рис. 62). При дальнейшем нагревании оно
опять уменьшается вследствие графитации угля. Следует
144
Таблица 44
Средняя теплоемкость графита и угля
Температура °C	кал/г °C	Температура °C	кал/г °C
100	0,187	1000	0,356
200	0,219	1200	0,372
300	0,246	1400	0,387
400	0,268	1300	0,399
500	0,289	1800	0,411
too	0,303	2000	0,423
700	0,320	2200	0,432
800	0,335	2400	0,44'2
900	0,347	2600	0 452
Рис. 62. Зависимость удельного сопротивле-
ния угольного электрода от температуры.
Ю В. С. Веселовский и др.
145
еще отметить, что при нагревании структура угля изме-
няется необратимо (термическое старение и рекристаллиза-
ция). Поэтому сопротивление угольных электродов, под-
вергнутых нагреванию выше 1400°, по охлаждении отли-
чается от того сопротивления, которое они имели до нагре-
вания. Это явление и называется графитацией угля; оно
приводит к уменьшению сопротивления электродов.
При работе с угольными печами необходимо учитывать
теплоемкость графита и угля. Величины теплоемкости при-
ведены в табл. 44.
ГЛАВА III
ПРИБОРЫ, РАБОТАЮЩИЕ НА ГАЗОВОМ, ЖИДКОМ
И ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Нагревание газом
Основные понятия. В лабораториях нагревание газом
имеет широкое распространение. Это обусловлено, главным
образом, удобством обращения с газовыми нагревательными
приборами и простотой их устройства. При пользовании
газом имеется возможность быстро начинать и прекращать
работу, что очень существенно для лабораторной практики.
Можно получать длинное пламя, омывающее нагреваемые
предметы, или, наоборот, концентрировать горение в ко-
ротком пламени и достигать высоких температур —до 2000°,
применяя кислородное дутье. В рабочем пространстве можно
создавать окислительную или восстановительную атмосферу,
что позволяет управлять происходящими в нем химическими
процессами.
Нагревание газом очень часто стоит дешевле, чем элек-
тричеством, и в некоторых случаях, например для больших
плавильных и обжиговых печей, работающих длительно при
одинаковом режиме, имеет смысл отказаться от удобств
электронагревания из соображений экономичности.
В качестве газообразного топлива служат газы, полу-
чаемые газификацией твердого и жидкого топлива, естествен-
ные горючие газы, карбюрированный воздух (т. е. насы-
щенный парами бензина), коксовый и доменный газы
(табл. 45).
Горючими составными частями газообразного топлива
являются окись углерода, водород, метан и другие углево-
дороды и иногда сероводород, считающийся нежелательной
примесью. Кроме горючих компонентов, газообразное топ-
ливо содержит также азот, двуокись углерода и пары воды.
10*
147
Таблица 45
4^
00
Промышленные горючие газы
Гаэ	н3	Средний состав, % (объемн.)					Оа	Тепло- творная способ- ность низшая ккал^л	Количест- во воздуха, нужное для сжигания 1 л газа л	Продукты горения л|л	Темпера- тура пла- мени (мак- епмаль- ная) -с
		СО	сн,		Na	со.					
Природный		—	—	80—90	1—5	1	1 — 15		6,0—8,5	6—9	7—10	18: о
Первичный (полукоксовый)	н—го	4—9	25—33	1—3	2—10	6—23	1—2	4,0—8,0	—	—	
Светильный		47—55	5—9	24—34	2—5	2—5	1—3	1	4,0—6,5	3,9—1,7	4,6—5,5	1870
Крксоный		42—61	4-9	23—24	2— 	4—14	1—5	1	4,0—5,0	3,9—4,7	4,6—5,5	1850
Генераторный . . . .	1—6	10-33	1-7	1	50—65	1 — 10	1	1,0—1 ,3	0,9-1,2	1,8—2,0	1500
Смешанный		6—17	22-1 0	1-3	—	51—56	3—7	1	1,2-1,4	1,1 —1,5	2	9,4	1700
Водяной 		50	40	1	—	3—6	5—7	—	2,5—3,3	2,3	2,9	1'000
Доменный		2-8	24-30	1—2	—	51—57	9—16	—	0,9—1,1	0,7—1,0	1,6—1,9	1250
Нефтяной		40	9	34	7	7	2		5,3	!		— 1
Для характеристики газа, кроме состава, служат следую-
щие показатели:
1.	Теплотворная способность—Q (кал/л)—количество теп-
ла, которое выделяется при сжигании 1 л газа (приведен-
ного к 0° и 760 мм давления).
2.	Удельный вес.
3.	Количество воздуха или кислорода, необходимое для
сжигания (л/л).
4.	Количество продуктов горения (л/л).
5.	Теплоемкость газа и продуктов его сгорания (кал/л°С).
6.	Жаропроизводительная способность газа — макси-
мальная температура пламени, развивающаяся при подводе
необходимого по теории количества воздуха.
7.	Температура воспламенения.
8.	Скорость распространения пламени (см/сек).
9.	Состав горючей смеси газа с воздухом или кислоро-
дом в % по объему.
Различают высшую и низшую теплотворную способность
(QH и Q„). Низшая теплотворная способность отличается от
высшей на величину скрытой теплоты испарения воды, со-
держащейся в продуктах горения (табл. 46).
Теплотворная способность газа сухого (т. е. освобожден-
ного от содержащихся в нем паров воды) может быть вычис-
лена по составу газа и теплотворной способности его состав-
ных частей по формуле
= ТОО	+ 100 ^2 + ’ ' ’
t'l	^2	s
гдеТО(Г’ Тоб’’ '—парциальные ооъемы составных ча-
стей в объемных %.
Низшая теплотворная способность влажного газа при
давлении р мм, температуре t и относительной влажности
w вычисляется по формуле
^н, «, р “ <%, 0°, 760 760 (/ + 273)
где
Л 18-595 V
Л 22,4 <2° о”, 7боЛ
,	—низшая теплотворная способность влажного газа;
<?н, о°, 760 — низшая теплотворная способность сухого газа
при 0° и 760 мм;
р™ — упругость насыщенного водяного пара при t.
149
Таблица 46
Характеристика некоторых горючих газов и паров
Название	1 ! Формула	о № со	Относи- тельный вес (к воз- духу) п	Теплотворная способыость ккал 1 л		Необходимо для сжигания i л газа		Продукты горения 1 л			ЗКаропро- пзводи- тельная способ- ность °C
				высшая |	1 - низшая ।						
						кисло рода	воздуха ।	со» л	Н2О	N2 л	
Водород 		н2	0,09	0,0 '95	3,1	2,58	0,5	2,38	—	1	1 ,88	2210
Окись углерод;)		СО	1,25	0,966	3,04	3,01	0,5	2,38	1	—	1,88	24С8
Метан		сн4	0,717	0,555	9,5	8,52	2	9,52	1	2	7,52	2055
Этан		с2н0	1,34	1,04	16,5	15,12	3,5	16,67	2	3	13,17	2103
Ацетилен		С2Н2	1,16	0,897	13,9	13,45	2,5	11,9	2	1	9,4	2632
Бензол 		сонв	3,49	—-	39,0	32,88	7,5	35,7	6	3	28,2	2 103
Бензин 		Cm II л	—	2,0	40,0	36,00	8	38	2	5	30	2200
Удельный вес газа 7 при 0° и 760 мм может бытье доста-
точной точностью определен, так же как для идеального га-
за, исходя из молекулярного веса М и объема, занимаемо-
го одним молем газа и равного 22,41 л:
!о 22,41 г/Л
Для газов сложного состава в эту формулу надо вместо
М. подставить средний молекулярный вес Л4С
У1 v,
гДе Too-’ ТоТ’ •••’ —парциальные объемы составных ча-
стей в объемных процентах.
В газовой промышленности удельный вес газа принято
относить к воздуху:
Удельный вес влажного газа при давлении р мм и тем-
пературе t вычисляют по формуле
_ Рм< h	18 Д
’‘вл-	848(^ + 273)['' W р \, MJ]
Количество воздуха, теоретически необходимое для сго-
рания газа, и количество продуктов горения определяют по
стехиометрическим уравнениям соответствующих реакций:
2Н2 + О2 = 2Н2О (пар) + 2-58 060 кал!мол
2 СО + О2 = 2 СО2 + 2 • 68 040 кал!мол
СН4 + 2О2 = 2 Н2О (пар) + СО2 + 191 170 кал/мол
С2Н4 + ЗО2 = 2 Н2О (пар) + 2 СО2 + 321 770 кал!мол
2С2Н2 + 5О2 = 2 Н2О (пар) + 4СО2 + 2-307 210 кал!мол
СтН„+ {т + 4-)о2 = Н2О + тСО2
2 H2S + ЗО2 = 2 Н2О (пар) + 2 SO2 + 2 • 122 500 кал/мол
Продукты горения газообразного топлива состоят из
двуокиси углерода и воды, а при неполном сгорании среди
них может присутствовать окись углерода. Кроме того, они
содержат азот и кислород, а иногда—двуокись серы.
В действительности, топливо обычно сжигают с некото-
рым избытком воздуха. Отношение фактически потреблен-
ного количества воздуха к теоретически необходимому назы-
151
вается коэффициентом избытка воздуха и обозначается бук-
вой а. Для газообразного топлива при нормальной работе
прибора он равен от 1 до 1,15. Для пылевидного и жидкого
топлива он обычно не меньше 1,1, а для твердого—больше 2.
Количество воздуха В, в м3, необходимое для сгорания
1 м3 газа, вычисляют по формуле
в = тг{Ф + д + 2 [(« + -г) н„] - о2)
где СО, Н2,ССТНП и О2 — составные части газа, выраженные
в % (объемн ).
Температура пламени топлива вычисляется по его теп-
лотворной способности и теплоемкости продуктов горения.
При этом вводят некоторые допущения, которые упрощают
расчет, но делают его не вполне точным. При расчетах исхо-
дят из следующих допущений: 1) горение происходит мгно-
венно и полностью; 2) состав и количество продуктов горе-
ния соответствуют стехиометрическим расчетам; 3) нет
потерь тепла; 4) двуокись углерода и вода не диссоциируют.
При этих условиях температуру пламени вычисляют по
формуле
С -1- -Ц С —-- '
С1 100 + С'2 100’’
где Qp> н — низшая теплотворная способность при постоян-
ном давлении в кал/л',
С1; С2 . .. — средняя теплоемкость продуктов сгорания при
постоянном давлении в кал/л °C (табл. 47);
“05 'ТтЬ’’" —их паРЦиальные объемы в объемных процентах.
Очевидно, что действительная температура пламени дол-
жна быть несколько ниже и зависит от конструкции прибора
и условий эксплуатации.
Температурой воспламенения называется температура,
при которой газ загорается в воздухе и продолжает произ-
вольно гореть (табл. 48). Смесь газа с воздухом может вос-
пламеняться только в том случае, если концентрация газа
в этой смеси отвечает составу горючей смеси. Смеси другого
состава негорючи.
Для конструирования горелок имеет большое значение
скорость распространения пламени в смеси газа с воздухом
или кислородом. Если скорость движения смеси через внеш-
нее отверстие горелки меньше скорости распространения
152
Таблица 47
Средние теплоемкости газов при постоянном давлении
Ср кал!л °C
Температура	Углекислый газ	Водяной пар	Азот; водород; кис- лород; окись углерода	Метан
0	0,311	0,388	0,372	0,433
200	0,312	0,407	0,373	0,490
400	0,313	0.426	0,376	0,544
600	0,314	0,443	0,381	0,547
800	0,317	0,458	0,389	0,651
1000	0,319	0,473	0,398	0,704
1200	0,322	0,480	0,409	0,758
1400	0,325	0,499	0,422	
1600	0,328	0,510	0,437	
1800	0,332	0,519	0,455	
2000	0,337	0,528	0,474	—
2800	0,349	0,544	0,531	—
пламени, то пламя «проскакивает» внутрь трубки горелки.
Если же скорость движения смеси больше скорости распро-
странения пламени, то пламя отрывается от горелки и горит
неровно.
Скорость распространения пламени зависит от концент-
рации горючего газа в смеси, его природы, давления и от
диаметра трубки. При концентрациях газа, близких к кон-
центрациям горючей смеси его с воздухом, скорость пламени
стремится к нулю. По мере удаления от этих пределов она
увеличивается и при определенном составе смеси достигает
максимума. Максимальная скорость для разных газов раз-
лична и соответствует смесям разного состава.
С уменьшением диаметра трубки, в которой находится
смесь газа с воздухом, скорость распространения пламени
153
Таблица 48
Горючие газы и легколетучие горючие жидкости
		Температура воспламенения °C			Пределы состава горючей смеси с воздухом		Содержание газа в смеси с воздухом % объемы.		Скорость воспламе- нения смеси с воз- духом см,сек	
Наименование		струи	газа		% объемы.					
газа или жидкости		в воздухе	в кисло- роде	горючей смеси газа с кисло- родом	низший	высший	смесь стехио- мегричес* кая	смесь с максима- льной ско- ростью воспламе- нения	стехио- метриче- ской	с макси- мальной скорость ю воспламе- нения
Водород 			585	650—730	530—606	6,0	76,4	29,5	45	160	485
Окись углерода ....		651	650—730	650—730	16,3	71,2	29,5	45	30	125
Метан ... -			650—750	650—730	606—650	5,8	13,0	9,5	10,6	28	67
Этан			—	606—650	530—606	3,4	14,1	6,5	6,5	50	85
Ацетилен			429	509—515	—	9,2	71,3	7,7	9	100	100
Генераторный газ . . .		650	650	—	20,7	73,7	—	51	—	73
Светильный		•	650	650	—	5,0	28,4	—	17	—	158
Водяной			600		—	12,4	66,7	—	44	—	314
Коксовый			650	—	—	8,0	19,0	—	—	—	—
Природный			700	—	—	7,6	9,0	—	—	—	400
Бензол			—	—	—	2,6	6,5	—	5.5	—	—
Бензин			—	—	—	2,5	4,8	—	4	—	—
Газолин			—	—	—	2,9	8,0	-—,	4,5	—	—
Спирт 			—	—	—	3,9	13,6	—	6,5	—	—.
уменьшается и при некотором критическом диаметре ста-
новится равной нулю. Для светильного газа это происходит
в трубках диаметром меньше 2 мм, а для метана—меньше
3,6 мм.
Это явление обусловлено тем, что с уменьшением диа-
метра трубки увеличивается теплоотдача и, наконец, тепла,
выделяющегося при сгорании, становится недостаточно для
нагревания газа до температуры воспламенения.
На этом же принципе основано применение предохра-
нительных сеток. Если трубку, по которой течет горючая
смесь газа с воздухом, преградить сеткой с отверстием около
1 мм, то пламя не может пройти через нее, даже если скорость
смеси станет мала.
Карбюрирование воздуха. В тех случаях, когда отсут-
ствуют промышленные горючие газы, можно пользоваться
газом, полученным непосредственно в лаборатории. Для
этого применяют карбюрирование воздуха и получение газа
в генераторах.
Карбюрирование воздуха заключается в насыщении его
парами бензина, бензола (табл. 49 и 50), спитра и других
низкокипящих жидкостей.
Чаще всего пользуются легким бензином с уд. весом
0,70—0,74, т. е. наиболее легкими сортами автомобильного
бензина. Давление газа, поступающего в горелки, должно
быть от 30 до 90 мм вод. ст.
Таблица 49
Насыщение воздуха парами бензола при размой температуре
Темпе- ратура СС	Давление парив бензола мм рт. ст.	Объем паров бензола о/ /О	Содержа- ние бен- зола г 'м!	Темпе-! ратура; °C I	Давление паров бензола ‘>м рг. ст.	Объем паров бензола /0	Содержа- ние бен зола г/м ’
0	25,3		116	40	183,6	24,2	735
10	45,2	5,9	200	1 50 i	271,4	35,7	1052
20	76.5	Ю, 1	327	СО	390,1	51,4	1470
30	120,2	15,8	497	170	547,4	1 72	1995
155
Таблица 50
Зависимость давления паров бензина от температуры
I Температура “С	Давление, мм рт. ст.			Температура °C	Давление, мм рт. ст.		
	Бакинский легкий бензин мм рт. ст.	Грозненский бензин			Бакинский легкий бе язин мм рт. ст.	. Грозненский бензин	
		авиацион- ный	тяжелый			авиацион- ный	тяжелый
0	88	84	20	30	2г0	242	61
10	114	132	24	40	283	324	94
20	154	182	35	1 со	377	444	140
				70	683	762	286
На рис. 63 показана схема примитивного карбюратор?,
рассчитанного для обслуживания нескольких газовых го-
релок. Он представляет собою бутыль, наполненную стек-
лянными бусами, в которую наливают бензин. При помощи
водоструйного нагнетательного насоса или небольшой воз-
Рис. 63. Схема устройства для карбюрирования воздуха:
1—водструйный нагнетательный насос; 2—бутыль; з—стеклян-
ные бусы; 4—предохранитель с медной сеткой.
духодувки подают воздух, который, проходя через бутыль,
насыщается парами бензина. На выходе из бутыли имеется
предохранитель с медной сеткой для предотвращения про-
скока пламени.
156
Конечно, такая установка может удовлетворять только
самым скромным запросам и требует квалифицированного
надзора и постоянной регулировки.
Предприятия, изготовляющие лабораторное оборудова-
ние, выпускают карбюраторы разных конструкций, которые
Рис. 64. Лабораторный карбюратор:
1—электрический подогреватель; 2—шкив	турбины;
3—турбина; 4—труба для распределения бензина; 5—
шкив колеса с черпаками для бензина; 6—воронка для
приема бензина из черпаков; 7—черпаки; 8—пробка бен-
зиноналивого люка; 9—указатель уровня бензина; 10—
газгольдер; 11—газовый клапан: 12—газопровод от венти-
лятора к газгольдеру; 13—вентилятор.
способны обслужить от 60 до 400 газовых горелок. Устрой-
ство их сложно и довольно разнообразно. Так как устано-
вившейся стандартной конструкции не существует, то мы
опишем только принцип действия таких карбюраторов.
На рис. 64 изображен лабораторный карбюратор. При
помощи воздуходувки, приводимой в движение электромо-
тором, в карбюратор подается воздух, поступающий в
157
Рис. 65. Газогенератор с верх-
ним отсосом газа:
1—бак с водой; 2—регулятор по-
дачи воды; 3—зольник; 4—решет-
ка; 5—испаритель воды; в—камера
горения; 7 — люк; 8—бункер;
9—шахта.
резервуар с водой, в который при помощи специальных
приспособлений 4—9 по каплям вводится бензин. Для луч-
шего насыщения бензином воздух в резервуаре проходит
через турбину 3, подобную турбинам в газовых счетчиках.
Эта турбина произгодит перемешивание воды и регулирует
подачу бензина. Для той же цели предусмотрен электри-
ческий подогреватель 1.
Из резервуара карбюрированный воздух поступает в
водяной газгольдер 10 и оттуда подается к горелкам. Газ-
гольдер имеет ограничительный
клапан 11, который прекращает
поступление газа, когда газ-
гольдер наполнится.
Такой карбюратор нуждает-
ся в постоянном надзоре и
регулировании, для чего он
снабжен краном, указателями
уровней и т. п. Устанавливать
его нужно в отдельном спе-
циально оборудованном поме-
щении с хорошей вентиляцией.
Все электрические выключате-
ли должны быть размещены
вне этого помещения.
Если карбюраторы установ-
лены правильно и обращение
с ними внимательное, то они
работают удовлетворительно
и вполне безопасны.
Газогенераторы. Для снаб-
жения лабораторий газом мож-
но использовать небольшие ав-
томобильные газогенераторы.
Автомобильные газогенераторы изготовляют с отсосом
газа сверху или снизу. Для газификации дерева применяют
нижний отсос. При этом смолы разлагаются полностью вследст-
вие высокой напряженности горения в зоне пояса фурм.
Газогенератор с верхним отсосом газа показан на рис. 65.
Воздух поступает под решетку камеры горения 6. Для
обогащения газа водородом (смешанный газ) к нему из ис-
парителя 5 примешивается водяной пар. В камере горения
происходит неполное сгорание топлива; продукты его от-
сасываются из верхней части шахты 9, пройдя через слой
находящегося в ней топлива.
158
требуется только в случае
Большое распространение имеют газогенераторы с ниж-
ним отсосом газа (рис. 66). Воздух поступает в зону горения
сверху. Увлажнение его :
очень сухого топлива, так
как обычно топливо уже
содержит достаточно воды.
Из зоны горения газы про-
ходят вниз через слой
топлива и полностью вос-
станавливаются* . Произ:
водительностьтакого газо-
генератора 50 мъ1час.
На рис. 67 изображена
газогенераторная установ-
ка для снабжения лабо-
раторий газом. Газ из ге-
нератора 1 выходит с тем-
пературой около 600°. Его
пропускают через циклон 2
и далее через воздушный
трубчатый охладитель 3,
где он охлаждается до
30—50°. Действие циклонов
заключается в осаждении
пыли и капель жидкости
вследствие резких изме-
нений скорости и направ-
ления газового потока.
Иногда охлаждение и очи-
стку производят в одном
агрегате.
Из очистителя газ проходит через фильтр 4 и затем его
можно вентилятором подавать прямо в горелки или в газ-
гольдер. Пользование газгольдером имеет, конечно, неко-
торые удобства, однако он сильно усложняет установку и
ее обслуживание. Удобнее подавать газ непосредственно
в горелки, а избыток газа в какие-нибудь другие топки,
например в установку для перегонки воды, на отопление или,
в крайнем случае, выпускать в дымовую трубу.
При монтаже установки надо иметь в виду, что полу-
чаемый газ очень ядовит; необходимо также принять про-
тивопожарные меры.
* Подробное описание газогенераторов и работы с ними см. ГОСТ
В/1684—42 и 1ОСТ 1689—42.
159
Обычный автомобильный генератор работает на одной
загрузке 2 часа. Поэтому в большой лаборатории лучше
иметь два таких генератора, которые загружаются и рабо-
тают по очереди.
Топливом для автомобильных генераторов служат дрова,
реже—торф или бурый уголь. Древесный уголь, полукокс
Рис. 67. Схема газогенераторной установки для снабжения
лаборатории газом:
1 — генератор; 2 — циклон; 3—охладитель; 4—фильтр; 5 — вентилятор;
в—вентиль для разжига; 7—газгольдер.
и кокс применяют в них только для заполнения пространства
под зоной горения и при разжиге. Пользоваться ими как
основным топливом в генераторах с металлической камерой
горения нельзя, так как развивается слишком высокая
температура. В газогенераторах, камера горения которых
имеет огнеупорную футеровку (обычно шамотную), можно
применять любое топливо.
Зольность топлива должна быть по возможности мала.
Так, для торфа она должна быть не более 12%, а для бурого
угля не более 15%. В случае необходимости работать с
многозольным топливом под камерой горения помещают
колосниковую решетку с подвижными колосниками, которые
можно поворачивать при помощи рукоятки. Под колосниками
должно быть достаточно места для золы.
160
Дрова употребляют в виде чурок размером 7x6X6 см.
Влажность не должна превышать 22%. Насыпной вес дров
0,27—0,3. При сжигании 1 кг дров образуется 2,5 м3 газа.
Торф должен иметь степень разложенности не менее
25%, величину кусков 10—15 мм при содержании мелочи
(мельче 10 мм) не более 5%, зольность не более 12% и влаж*
ность не более 25%.
Бурый уголь должен иметь величину кусков 25—50 мм
при содержании не более 5% мелочи с размером частиц
менее 10 мм, зольность не более 15%, влажность не более
32%, летучих не более 40% и серы не более 1,5%. Насып-
ной вес 0,8—0,9. Из 1 кг бурого угля получают 2,5—3 м3
газа.
Древесный уголь должен иметь величину кусков 6—40 мм.
Влажность его должна быть не более 12%. Насыпной вес
0,13—0,2. Из 1 кг древесного угля получают 5 м3 газа.
Торфяной кокс и буроугольный полукокс должны удо-
влетворять тем же требованиям, что и древесный уголь. Из
1 кг этих видов кокса получают 4 м3 газа.
Технические требования к топливу для автомобильных
газогенераторов установлены ГОСТ 2720—44, 4578—49,
4597—49 и 4635—49.
Несмотря на то что при газификации теряется 20—35%
тепла исходного топлива, эта потеря с избытком вознаграж-
дается удобством работы и большей экономичностью на-
гревания газом в сравнении с твердым топливом. Тепло-
творная способность авто генератор но го газа 1200—1500 кал/л.
Главный недостаток газогенераторных установок заклю-
чается в том, что во время работы они нуждаются в по-
стоянном обслуживании истопником.
Газовые приборы
Горелки. Газовые горелки являются одной из главных
частей всех газовых нагревательных приборов. Их назна-
чение—смешивать горючий газ с воздухом и придавать
пламени определенную структуру и форму.
По способу смешения газа с воздухом горелки разделя-
ются на такие, у которых смешение происходит вне горелки
в зоне горения, и на горелки внутреннего смешения.
Первые применяются почти исключительно в высоко-
температурных печах и преимущественно при большом
расходе газа. В зависимости от назначения им придают
разную форму.
В. С. Веселовский п др.
161
На рис. 68 изображена горелка с внешним смешением га-
за и воздуха для горна и отражательной печи с параллель-
ными струями газа и воздуха. Это так называемая диффу-
зионная горелка. Она дает очень длинное пламя, омываю-
щее нагреваемые предметы и принимающее форму рабочего
пространства печи. В такой горелке газ поступает предва-
рительно в камеру, откуда по пучку параллельных труб
Рис. 68. Горелка с параллельными струями
газа и воздуха.
направляется в печь.
Воздух поступает в
промежутки между
этими трубами, отку-
да направляется так-
же в печь. Если ско-
рости струй газа и
воздуха одинаковы,
то смешение их за-
трудняется и пламя
сильно растягивается. Если в газе имеются тяжелые угле-
водороды, они, прежде чем полностью сгореть, выделяют
сажу, вследствие чего увеличивается излучение пламени и
улучшается теплообмен.
На рис. 69 изображена горелка с внешним смешением
газа и воздуха для получения короткого пламени. В ней
газовое и воздушное сопла
благоприятствует смешению
и концентрирует горение в
малом объеме. К этому типу
горелок принадлежат и лабо-
раторные горелки с дутьем
(паяльные, стеклодувные).
В них воздух (через узкое
сопло) под давлением вду-
вается внутрь газового пла-
мени. Вследствие турбулент-
ного движения воздуха он
быстро смешивается с газом
и концентрирует горение в
очень малом объеме (рис. 70).
наклонены друг к другу, что
Рис. 69. Горелка с пересекающи-
мися струями газа и воздуха.
Температура пламени при-
ближается к теоретическому пределу (см. табл. 45).
Расход газа от 1 до 5 м9/час. Давление газа 50—80 мм,
давление воздуха 300—400 мм вод. ст.
При замене воздуха кислородом под давлением, а све-
тильного газа высококалорийными газами (водородом, аце-
162
тиленом) температура пламени достигает 2500°. Такие го-
релки под названием кислородных, кислородо-водородных
и ацетиленовых применяют для стеклодувных работ с квар-
цем, резки металла и сварки.
Рис. 70. Лабораторная газовая горелка с
дутьем.
Газ '^///////////////А
Рис. 71. Рядовая горелка отра-
жательной печи для горячего
газа.
Горелки с внешним смешением применяют, когда горя-
чий неочищенный газ подается в печь прямо из генератора
(рис. 71), как, например, в
лабораторных керамичес-
ких горнах, в туннельных и
отражательных печах. Пе-
чи этой системы часто сое-
диняют рекуператорами.
В горелках с внутрен-
ним смешением газа воздух,
необходимый для горения,
смешивается с газом внут-
ри горелки, в той ее части,
которая называется ин-
жектором.
Существуют горелки самого различного типа: 1) с пода-
чей только части необходимого для горения воздуха или
с подачей всего воздуха; 2) с одновременной подачей всего
воздуха и с подачей его в несколько приемов; 3) с подачей
воздуха под давлением (горелки с дутьем) и без давления
(подсасывающие воздух горелки); 4) горелки низкого и вы-
сокого давления газа. Как видно, здесь возможно очень
большое число комбинаций, которые можно использовать
для удовлетворения заданных условий нагревания.
Лабораторные горелки, а также горелки для бытовых
плит, водогреек, термостатов и т. п. принадлежат к типу
горелок с засосом части необходимого воздуха за счет кине-
тической энергии газа низкого давления. Основными дета-
11*
163
лями газовых горелок являются: газовое сопло, отверстие
для подсоса воздуха, инжектор и головка.
К газовым горелкам бытового и лабораторного типа
предъявляют следующие требования:
1.	Горение должно итти правильно при изменении ко-
личества потребляемого газа, без проскока пламени к соплу
горелки.
2.	Смешение газа с воздухом должно быть равномерным.
3.	Получаемое тепло должно правильно распределяться
по обогреваемой площади.
4.	Горение должно быть полным, без образования копоти
и окиси углерода.
5.	Пламя не должно отрываться от головки горелки.
6.	Воспламенение газа должно происходить легко по
всей головке горелки.
7.	Газ должен зажигаться, гореть и гаснуть без неприят-
ных шумов и хлопков.
8.	Изменения в составе газа, его давлении, удельном
весе в широких пределах не должны нарушать правильность
работы горелки.
Испытания производят так. Горелку регулируют при
нормальном давлении газа. Затем, не меняя регулировки,
давление газа увеличивают и уменьшают на 50%. Если
горелка выдерживает это испытание в соответствии с из-
ложенными только что требованиями, давление газа умень-
шают еще на 50% и испытание повторяют. При умень-
шении давления до х/5 нормального газ не должен выхо-
дить из отверстия для засоса воздуха.
В ГОСТ 4137—48 установлены следующие требования
к горелкам для плит:
Мощность для нормальных горелок принята равной
1500—1700 ккал!час, а для усиленных—2300—2500 ккал!час.
Горелка должна обеспечивать устойчивое горение газа
без отрыва и проскока пламени при полном сгорании газа:
а)	при изменении мощности в пределах от полной до
0,2 номинальной;
б)	при изменении теплотворной способности газа на
±10%;
в)	при изменении давления газа от 50 до 150%.
Коэффициент полезного действия должен быть не менее
55%.
Содержание окиси углерода в продуктах горения (в пе-
ресчете на сухой Таз) при теоретическом расходе воздуха
должно быть не более 0,1% по объему.
164
Установлено, что для хорошей работы горелки наиболь-
шее значение имеют форма сопла и размер инжектора.
От формы сопла зависит количество засасываемого го-
релкой воздуха. Применяются два типа сопел (рис. 72)—
коническое (Л) и цилиндрическое (Б).
а	б
Рис. 72. Газовые сопла
горелок:
А—коническое; Б—цилин-
дрическое.
Количество газа V, проходящее через сопло, вычисляют
по формуле
мЧчас
где К—коэффициент, зависящий от формы сопла;
F—площадь сечения сопла в слг2;
р—давление газа в сопле в мм вод. ст.;
D—плотность газа по отношению к воздуху.
Для конического сопла коэффициент К зависит от угла
расхождения отверстия и изменяется от 0,605 до 0,875;
для угла в 45° К=0,7. Для цилиндрического сопла К за-
висит от длины канала. Сопла конические засасывают боль-
ше воздуха, чем цилиндрические.
В инжекторных трубках происходит смешение газа с
воздухом. Для увеличения эффективности смешения этим
трубкам иногда придают весьма сложную форму. В горел-
ках массового производства инжекторы чаще имеют цилинд-
рическую или коническую форму, расширяющуюся к голов-
ке горелки.
Большое значение имеет расположение в инжекторе
газового сопла и отверстий для воздуха, а также размер
инжектора. Эти факторы установлены опытным путем для
разных конструкций горелок. Количество подсасываемого
165
инжектором воздуха для обычных горелок должно равнять-
ся 50—60% от теоретически необходимого.
На рис. 73 изображены типы горелок Для плит. Они
предназначены для газа со средней теплотворной способ-
ностью Q=3800 кал/л при нормальном давлении газа 50—
80 мм вод. ст. Расход газа около 0,5—1 м?/час.
Рис. 74/ Различные типьСлабораторных горелок.
Тип I: 1—цилиндрическая заслонка для регулировки воздуха; 2—камера
смешения; 3—инжектор.
Тип II: 1—диск с винтовой нарезкой для регулировки подачи воздуха;
2—винт для регулировки подачи газа; 3—инжектор; 4—камера смешения.
Тип III: 1—отверстие для засоса воздуха; 2—камера смешения; з—труба для
принудительной подачи воздуха; 4—инжектор; 5—головка с сеткой.
Лабораторные горелки трех наиболее распространенных
типов изображены на рис. 74. Первые две отличаются друг
от друга только устройством регулировки подсоса воздуха.
В горелке типа I (горелка Бунзена) регулировка осущест-
вляется цилиндрической заслонкой / с отверстиями; заслон-
ка вращается вокруг оси горелки. В горелке типа II (го-
релка Теклу) для этого служит диск 1 с винтовой нарезкой;
приток газа регулируют винтом 2.
Конструкция горелок типов I и II несовершенна. Так,
неполнота сгорания газа для них обычное явление. Горелки
типа II работают лучше, чем горелки типа I.
Расход газа для малых горелок 0,15—0,3 м3/час, для
средних—около 0,5 м3/час. Эти горелки могут удовлетво-
рительно работать в интервале давления газа 30—125 мм
вод. ст.
Для получения пламени различной формы горелки снаб-
жают насадками (рис. 75).
166
Для аналитических и спектроскопических работ, тре-
бующих наибольшей чистоты рабочих условий, горелки ти;
па I делают из фарфора.
Рис. 75. Насадки на лабораторные горелки для получения
различной формы пламени.
Значительно экономичнее горелка типа III (горелка
Меккера; см. рис. 74). Воздух засасывается через отверстие 1.
В камере 2 он смеши-
вается с газом. Трубка 3
служит для подачи
воздуха при помощи
воздуходувки, если тре-
буется увеличить интен-
сивность горения. Ин-
жектор 4 имеет расши-
ряющуюся кверху фор-
му и снабжен головкой 5
с никелевой или фар-
форовой сеткой. Вслед-
ствие этого в пламени
создается другое рас-
пределение температур,
чем в горелках типа I
или II (рис. 76). Ма-
ксимально достигаемая
температура для этого
типа горелок также
выше. Это зависит
ОТ ТОГО, ЧТО горячая Рис. 76. Распределение тегчператур в
сетка катализирует го- пламени горелок тира! и II и типа III.
рение и сосредоточива-
ет его вблизи головки горелки. Живое сечение отверстий
сетки должно составлять 50—75% от верхнего сечения ин-
жектора. Зоны максимальных температур очень невелики,
167
Таблица 51
Средняя температура тиглей, нагреваемых на различных гсрелках
Тигли	Емкость, мл	Установка тигля	Температура внутри тигля, °C		
			горелки		
			ев С	типа II	с дутьем (паяль- ная)
Фарфоровый	35	Наполнен песком и установлен в асбестовой трубе на тре- угольнике 		650	750	900
Фарфоровый	15	Пустой тигель вставлен сво- бодно в треугольник и на- крыт крышкой		850	900	1100
Платиновый	20	То же		900	900	1200
и если над горелкой поставить тигель, то внутри него уста-
навливается некоторая средняя температура (табл. 51).
Горелки типа III изготовляют разных размеров. Расход
газа от 0,5 до 5 м* */час.
Таблица 52
Речные горелки с подсосом воздуха (рис. 77)
Главные размеры, .м.ч				Расход газа, мЧчас		
А	В	с	D	светильный газ 1	водяной газ 2	генераторный газг
184	25	45	12	6,25	12,7	-
184	25	45	19		—	0,6
235	32	54	12	9,1	18,4	—
235	32	54	19	—	—	13,5
') Q = 4750 ккал/м3; давление 0,7 ат; отношение объемов воздуха и газа 4,5.
•) Q — 2560 ккал/м'; давление 0,49am; отношение объемов воздуха и газа 2,5.
s) Q — 1335 ккал/м3; давление 0,07 ат; отношение объема воздуха и газа 1,5.
168
Печная горелка с подсосом воздуха изображена на рис. 77.
Она пригодна как для газа с нормальным давлением,
Рис. 77. Печная горелка с подсосом воздуха;
1—диск для регулировки подсоса воздуха; 2—сопло;
3—инжектор.
так и с повышенным. Для регулировки подсоса воздуха
служит диск 1, который можно перемещать по винтовой
нарезке на газовом соп-
ле 2. Эта же нарезка
позволяет установить
газовое сопло на разной
глубине в инжекторе 3.
Подсос воздуха может
быть доведен до коли-
чества, теоретически не-
Рис. 78. Печная горелка с подсосом
газа;
1—мембранный регулятор для подачи газа.
обходимого для полно-
го сгорания газа. Раз-
меры и характеристики
таких горелок приведе-
ны в табл. 52.
Таблиц а 53
Горелки с подсосом газа (рис. 78)
Диаметр труб, мм			Максимальный расход газа (Q=4750 ккал/м'; давление воздуха 0,07 ат) м1 /час	: Максимальный рас- ход воздуха при дав- лении 0,07 ат м^/час
А (газ)	В (воздух)	с (смесь)		
25	25	25	7,32	31,8
25	38	38	15,86	62,2
38	51	51	34,0	53,0
38	63,5	63,5	52,1	235,0
169
Печные горелки, в которых воздух повышенного давлен
ния подсасывает газ (горелка с дутьем), применяют в тех
случаях, когда требуется получить наиболее высокую тем-
пературу в небольшом объеме. Для стабилизации режима
их часто снабжают мембранными газорегуляторами 1 (рис.
78 и табл. 53).
Паяльная трубка. Паяльная трубка весьма удобна для
получения пламени с высокой температурой и до сих пор
очень часто применяется в лабораторной практике, напри-
мер при качественном анализе минералов, сплавлении не-
больших количеств металла, спаивании мелких предметов.
Обращение с паяльной трубкой очень просто, но требует
навыка.
Паяльная трубка (рис. 79) представляет собой метал-
лическую трубку, в один конец которой вставлен роговой
Рис. 79. Паяльная трубка:
1—роговой мундштук; 2—барабан; 3—наконечник.
мундштук 1, а на другой надет барабан 2, служащий для
улавливания брызг слюны во время дутья. Сбоку в него
вставляется наконечник 3 с очень тонким отверстием (0,4—
0,6 мм), который подводят к краю пламени. У хороших
трубок это отверстие сделано с платиновым вкладышем,
вставленным в выходное отверстие наконечника.
Очень часто трубку применяют, используя пламя тол-
стой (диаметром 20—25 мм) свечи, которая в данном слу-
чае служит миниатюрным газогенератором. Мундштук труб-
ки прикладывают к правому или левому углу рта, смотря
по тому, какую руку желают оставить свободной для ма-
нипулирования, и дуют в него не слишком сильно. Искус-
ство состоит в том, чтобы дуть ровно и непрерывно. После
непродолжительной практики можно научиться дышать во
время дутья носом и равномерно вгонять воздух в трубку
170
при помощи щек. Это позволяет дуть, не переводя дыхания,
непрерывно несколько минут.
Если поднести наконечник
пламя уменьшается в размере
воздуха (рис. 80). Вдуваемый
к краю пламени свечи, то
и вытягивается вдоль струи
воздух ускоряет горение, и
Рис. 80. Изменение пламени
свечи при введении паяльной
трубки в наружную зону
пламени.
Рис. 81. Изменение пламени све-
чи при введении паяльной труб-
ки во внутреннюю зону пламени:
1—холодная зона; 2—восстановитель-
ная зона; 3—окислительная зона.
повышается. Так, например,
Рис. 82. Насадка
на газовую горелку
для работы с па-
яльной трубкой.
температура пламени сильно
получают желтое восстановительное пламя с максимальной
температурой до 1700°, которым пользуются для испытания
на восстановление и при пайке.
Чтобы получить наиболее горячее пламя, наконечник
трубки вводят в темную внутреннюю зону пламени свечи
(рис. 81). При этом пламя укорачивается
в совсег/i тонкий язычок. Оно состоит из
трех зон: 1—холодной, 2—желтой, вос-
становительной и 3—окислительной. Мак-
симальная температура достигается около
кончика второй зоны. Она доходит до
2300°.
Пламя паяльной трубки можно пря-
мо направлять на нагреваемый или спа-
иваемый предмет или вносить в него на-
греваемое вещество в петельке платино-
вой проволоки. Особый прием пользова-
ния паяльной трубкой состоит в том,
что нагреваемое вещество помещают в
углубление, сделанное в куске древесного
угля, и направляют на него остроконеч-
ное пламя. Получается маленький горн,
и превращается
в котором можно, например, восстанавливать руду или
сплавлять несколько граммов золота.
171
Паяльную трубку можно применять также в комбина-
ции с масляной лампой или газовой горелкой. В последнем
случае удобнее на горелку надеть плоскую косую насадку
(рис. 82). Это позволяет получить пламя большего размера.
Очень высокую температуру можно получить, если, сняв
мундштук, присоединить паяльную трубку к кислородной
подушке. При этом получается пламя, способное сваривать
металлы.
Газовые регуляторы и газомеры. Для регулирования дав-
ления газа и подачи его в горелки чаще всего пользуются
мембранными регуляторами. Они могут служить для сни-
жения давления газа от повышенного (500—5000 мм вод.
ст.) к нормальному (50—80 мм), для регулирования подачи
газа в горелки с целью стабилизации режима работы, для
автоматического управления нагревом.
Действие мембранного газорегулятора состоите том, что
при изменении давления газа на мембрану она прогибается
и приводит в движение соединенный с нею клапан, который
регулирует поступление газа из газовой сети. Если давле-
ние газа на мембрану больше установленного предела, то
клапан прикрывает входное отверстие и поступление газа
из сети уменьшается. Если давление газа на мембрану
меньше установленного, то мембрана прогибается в об-
ратную сторону и отводит клапан от входного отверстия.
Рис. 83. Большой мембранный газорегулятор-
редуктор:
1—клапан; 2—мембранная коробка; 3—установочный рычаг.
Большие газорегуляторы устанавливают на вводе внеш-
него газопровода и применяют главным образом для регу-
лирования давления.
172
На рис. 83 изображен большой мембранный газорегуля-
тор-редуктор. Он состоит из клапана 1 и мембранной ко-
робки 2. Рычаг 3 служит для установки регулятора.
Малые газорегуляторы (рис. 84) этого типа устанавли-
вают непосредственно при нагревательных приборах. Уст-
ройство их и принцип такие же, как и предыдущих, но кон-
структивное оформле-
ние более компактно и
удобно для обслужива-
ния. В них движения
мембраны 1 передаются
клапану 3 посредством
рычага 2.
Мембранный регуля-
тор может быть соеди-
нен с регулятором тем-
пературы (рис. 85). Дей-
ствие его зависит от дав-
ления газа под мембра-
ной 1, которое регули-
Рис. 84. Малый мембранный газорегу-
лятор-редуктор:
1—мембрана: 2—передаточный рычаг; 3—кла-
пан.
руется «металлическим
термометром» 2 с клапаном 3. Избыток газа направляется
к топке, где горит контрольным пламенем 4 (вестовое
пламя).
Рис. 85. Соединение мембранного регулятора
с регулятором температуры:
1—мембрана; 2 — металлический термометр; 3 — клапан;
4—контрольное (вестовое) пламя избыточного газа.
Для обогреваемых газом термостатов пользуются регу-
ляторами, приводимыми в действие непосредственно «метал-
лическим термометром» (рис. 86). Этот термометр состоит
из медной или никелевой трубки 1, в которой укреплен
стержень из материала с малым коэффициентом темпера-
турного расширения (фарфор и т. п). Другой конец этого
стержня упирается в длинный рычаг 2, имеющий на конце
клапан 3.
173
На рис. 87 изображен газорегулятор для лабораторного
парообразователя. Ртутный затвор 3 приводится в действие
давлением пара в парообразователе 1. Если котел перегревает-
ся и давление пара увеличивается, то вода поднимается по
трубке 2 и вгоняет ртуть в затвор 3, который уменьшает при-
ток газа к горелке. По этомуже принципу устроеныгазоре-
гуляторы для водяных термостатов. Они приводятся в дей-
I
Рис. 86. Газорегулятор с металли-
ческим термометром:
2—трубка с терморегулирующим стерж-
нем; 2 — рычаг клапана; 3 — клапан;
4—установочный винт.
Рис. -88. Схема водяных
«газовых часов».
Рис. 87. Газорегулятор для лабо-
раторного парообразователя:
1 — парообразователь; 2 — трубка,
соединяющая парообразователь и
ртутный затвор; 3—ртутный затвор;
4—горелка.
ствие воздушным терморегулятором,
погруженным в термостат.
В качестве газомера в лаборато-
рии применяют обычно «газовые
часы» (рис. 88). Внутри газомера
имеется газовая турбина. Газ входит
через ось турбины и, попадая под
одну из ее лопастей, приводит ее во
вращение. Когда пространство под
этой лопастью заполнится газом, на-
чинается наполнение пространства под следующей лопа-
стью и т. д. Турбина соединена со стрелкой на
174
циферблате, по которому отсчитывают количество про-
текшего газа. Основное условие правильной работы «га-
зовых часов»—постоянство уровня воды, для чего их снаб-
жают приспособлением для автоматического поддержания
уровня воды.
Газовые печи. Наибольшее рас-
пространение имеют тигельные га-
зовые печи, меньшее—муфельные и
еще меньшее—трубчатые. Это обу-
словлено спецификой нагревания
газом. Нагревание газом отличается
от нагревания электричеством. При
нагреве газом требуется значитель-
ный объем и определенная форма
огневой камеры. Все большее распро-
странение приобретают газовые гор-
ны (малые пламенные печи).
Т игельные лабораторные печи
изготовляют с нижним и тангенци-
альным обогревом. При тангенци-
альном обогреве пламя омывает ти-
гель с боков. И те и другие приме-
няют, главным образом, для плавки
металлов, а также стекла, шлаков
и других силикатов.
Тигельная печь с нижним обогре-
вом изображена на рис. 89. Она
состоит из двух частей, отформо-
ванных из шамота, корунда или
магнезии. В нижней части 6 уста-
навливают тигель. Эта часть закреп-
лена на штативе неподвижно. Верх-
няя часть 2 вместе с трубой 3 может
вращаться вокруг стержня штатива,
что позволяет открывать рабочее
пространство печи. Для этого на
штангу штатива надета муфта 1,
а на корпусе печи имеется ручка 5. Для нагревания служит
мощная газовая горелка 8 с диаметром головки 35 мм.
Головка горелки немного вдается в канал печи. В имеющий-
ся вокруг нее кольцевой зазор подсасывается вторичный
воздух для горения. Над горелкой расположена камера
сгорания, в которую помещают тигель на керамическом
диске 7 с отверстием. В верхней части корпуса имеются
Рис. 89. Тигельная га-
зовая печь с нижним
обогревом:
1—муфта; 2—верхняя часть
печи; 3—труба; 4—смотро-
вые отверстия; 5—ручка;
6 — нижняя часть печи;
7—керамический диск для
помещения тигля; 8—горелка.
175
два"канала для вывода продуктов”горения в трубу. Кор-
пус печи имеет смотровые отверстия 4.
Для печи с диаметром 50—60 мм при’работе на газе
с Q=3800 ккал/м3 и давлении 80 мм можно в течение 15—
1—крышка; 2—рельсы; 3—ролики;
4—горелка.
25 мин. достигнуть температуры 1300°. Применяя горелку
с дутьем, можно поднять температуру до 1500°.
Более удобны печи с тангенциальным обогревом (рис. 90).
Корпус такой печи состоит из огнеупорного цилиндра,
который для температур до 1400° изготовляют из шамота,
а для более высоких температур—из корунда, магнезии
или окиси циркония. Нагревание производят газовой мош-
176
ной горелкой. Ее расположение и форма пламени изобра-
жены на рисунке. Тяжелая крышка 1 отодвигается в сто-
рону на роликах 3 по рельсам 2, скрепленным с металли-
ческой арматурой печи.
Таблица 54
Тигельная газовая печь с тангенциальным обогревом
Размеры тигля				Без дутья				С дутьем		
Высота мм	а	нВ			ь Я			Расход газа,		
	2 S 3	О К s ч	Диаме- 30В0Й 1 дюймы	Н х 2 3 с я * Й 5 Q. <2 2 5 >>	£> в 2 « О с_ я К св Я U Я S	Расход газа м9/час	« я „ Гч «о	о о	1200°	„иоо 1
100—140	75	200	8/4	1250	ео	2	2	4	2,5	
110—160	95	400	3/4	1200	ео	3,5	2	5	3,5	V
170	130	900	3/4	1200	90	4	2	6,5	4	3
235	ИО	2000	1	1200	120	5	2	7,5	4,5	3,5
280	200	4000	1	1100	140	7	2	11	И, 0	4,5
Эксплуатационные данные печи с тангенциальным обо-
гревом газом с Q = 3800 ккал/м? при давлении 50 мм вод.
ст. приведены в табл. 54. Применяя дутье (с давлением
300—400 мм вод. ст), в такой печи можно обеспечить нагрев
до 1500°, а при благоприятных условиях до 1600—1650°.
Скорость нагревания при дутье увеличивается в три-четыре
раза. Прибавляя к воздуху кислород, можно повысить тем-
пературу и до 1800°.
Муфельная газовая печь с нижним обогревом изображена
на рис. 91. В корпус из шамотной футеровки помещают
шамотный или корундовый муфель таким образом, чтобы
между ними оставалось узкое пространство для прохода
продуктов горения. Горелки расположены снизу и их пламя
непосредственно обогревает муфель. Эксплуатационные
данные печи приведены в табл. 55. Они относятся к газу
с Q=3800 ккал/м3 при давлении 50 мм вод ст. Понятно,
что, регулируя горелки, в этих печах можно создавать
температуру ниже максимальной, а применяя дутье, мож-
но получать в муфеле температуру на 100—200° выше ука-
занной в таблице.
Имеются муфельные и трубчатые газовые печи с боко-
вым тангенциальным обогревом. Они более экономичны,
12 в. С. Веселовский и др.
177
Таблица 55
Муфельные газовые печи с нвжпим обогревом
Внутренние размеры муфеля, мм			Число горе- лок	Диаметр газовой трубы дюймы	Макси- мальная темпе ра- тупа °C	Скорость нагрева- ния мин.	Расход газа м /час
	шири- на	высота					
180	100	ео	2	7<	1200	120	1,8
250	1S0	80	4	1V4	1200	100	2,5
275	175	125	4	11Л	1200	120	3,5
340	2С0	95	4	1’/4	1200	120	4,0
400	240	130	6	17«	1200	150	4,0
570	330	200	8	11/г	1100	170	5,0
570	330	400	10	Г/а	1100	180	7,5
610	400	220	10	17«	1100	180	8,5
чем печи с нижним расположением горелок. С применением
дутья в них получают температуры от 1200 до 1500° (табл. 56).
При длительной работе выше 14С0с ысСхсд! ь.о поль-
зоваться корундовыми муфелями.
Рис. 92. Трубчатая газовая печь с боковым танген-
циальным обогревом.
Устройство трубчатой газовой печи с боковым танген-
циальным обогревом показано на рис. 92.
178
Таблица 56
Муфельные газовые печи с боковым расположением горелок
Q=3800 ккал/м3 при давл°нни 50 мм вод. ст.; давление дутья
3G0—400 мм вод. ст.
Внутренние размеры муфеля, мм			Диаметр труб		Макси- мальная тьмпсра- тупа СС	Скорость нагрева- ния до макси- мальной темпера- туры мин.	Расход газа м /час
длина	ширина	высота	для воз- духа ЛСА1	для газа дюймы			
180	100	со	13	*/2	1.00	90	4
250	100	80	19	3/4	1С00	120	5
275	175	125	19	8/ ' 4	1. 00	130	6
400	240	130	32	1	1.00	150	12
330	160	1С0	50	1	1500	140	14
380	250	150	50	1	1500	1С0	18
570	.330	200	50	1	1500	240	20
570	330	300	СО	1*/а	1450	270	25
570	330	400	СО	П/а	1450	290	30
610	400	220	60	Р/а	1450	290	25
Существуют газовые печи, принцип действия которых
основан на поверхностном сжигании газа. Наиболее удачная
конструкция этого типа печей показана на рис. 93. Печь
собирают из фасонных огнеупорных деталей, которые легко
поддаются замене, что существенно, так как вследствие вы-
сокой температуры, развивающейся в этих печах (до 2000°),
даже самые огнеупорные материалы служат недолго. Ра-
бочее пространство печи образует цилиндр 1. Он вставлен
в цилиндр 2. Эти цилиндры должны быть по возможности
точно центрированы, так как от этого, главным образом,
зависит равномерность нагрева рабочего пространства. Коль-
цевой промежуток 3 между цилиндрами 1 и 2 заполняют
179
кусками огнеупорного материала диаметром 5—10 мм или
в него вставляют пористый огнеупорный цилиндр 4. В коль-
цевом пространстве 3 на накаленных поверхностях и проис-
ходит каталитическое горение газа. Все детали печи изгото-
вляются из чистой окиси магния или окиси циркония.
Рис. 93. Газовая печь с поверхностным
сжиганием газа:
1 и 3—огнеупорные цилиндры; 3—камера сгора-
ния между цилиндрами I и 2; 4 — пористый огне-
упорный цилиндр; 5—горелка.
Газ подается в печь при помощи кольцеобразной тру-
бы через ряд отверстий в поду печи. Попутно он смешивает-
ся с воздухом, подогретым отходящими газами. Горение
происходит чрезвычайно интенсивно и, благодаря тому что
оно сосредоточено в узком канале между двумя цилиндрами,
удается получать температуру до 2000°. К сожалению, при
этой температуре печи быстро разрушаются. Если бы удалось
найти более стойкие огнеупорные материалы, то в таких
печах можно было бы получать и более высокие темпера-
туры.
Эксплуатационные характеристики тигельных газовых
печей с поверхностным сжиганием газа приведены в
табл. 57.
180
Таблица 57
Тигельные газовые печи с поверхностным сжиганием газа
Внутренние размеры рабочего пространства печи, лен		1 Воздуходувка			Диаметр труб		Скорость на- гревания часы		Расход газа (Q—3800 ккал/м') при давлении 100 лж вод. ст. м '/час
		Объем рабочего пространства, л	1 j производитель- ность, м'/жн	давление дутья , мм вод. ст.					
					ДЛЯ вяз- духа мм	для газа дюйма	до 1800°	до 2000°	
высота	диа- метр								
80	60	0,2	1	500	19,1	3 : 4	0.5	2	4
100	100	1,25	2	500	38,1	11/2	0,75	3	10
200	150	3,5	3	500	38,1	1’Ь	1	4	18—20
280	220	10	4	500	50,8	2	1,5	5	25—30
400	310	Й0	-	500	63,5	2>.2	о	(5	40—45
Муфельные газовые печи такого типа дают температуру
не выше 1900° и очень недолговечны.
Приборы для низких температур. Наибольшее практи-
ческое значение имеют сушильные термостаты, обогревае-
Рис. 94. Схема сушильного шкафа с газовым обогревом:
1—внешняя стенка; 2—внутренняя стенка; 3—полка; 4—дверца.
мне газом. Им обычно придают форму шкафа с двойными
стенками. Часто для поддержания постоянных температур
от 100 до 105° между стенками наливают воду или смесь
воды с глицерином и снабжают шкаф обратным холодиль-
ником и водомерной трубкой.
181
Большое распространение имеют шкафы, рабочее про-
странство которых омывается продуктами горения газа,
горящего под дном шкафа. Рациональная конструкция та-
кого шкафа схематически изображена на рис. 94. Такие
шкафы можно обогревать газовой горелкой или керосино-
вой лампой. В последнем случае температура держится
особенно устойчиво. Если требуется очень точно поддержи-
вать постоянную температуру, то стенки и дно рабочего
пространства изготовляют (или облицовывают) из толстых
алюминиевых листов (3—5 мм). Из таких же листов изго-
товляют и полки.
Для сушки большого количества проб, например по-
лучаемых при опытах по обогащению руд и при химико-
технологических работах, применяют большие газовые пли-
ты с обогревом голым огнем рядовыми горелками. Плита
изготовляется из листа нержавеющей стали толщиной 2—
3 мм. Под ней укрепляют рядовые горелки, изготовляемые
из обыкновенной газовой трубы. Для этого в трубе просвер-
ливают ряд тонких отверстий и один ее конец заглушают
пробкой. Две-три такие трубы при помощи тройников при-
соединяют к газопроводной трубе.
Печи, работающие на жидком и твердом топливе
Печи, работающие на жидком топливе. Лабораторные
печи, работающие на жидком топливе, применяют в неболь-
ших лабораториях, в которых отсутствуют газ и электри-
чество, а также в условиях походных лабораторий (напри-
мер, при геологоразведочных работах) и в керамических
лабораториях. Эти печи имеют ряд преимуществ, связанных
е простотой их конструкции и возможностью легко полу-
чать высокие температуры. Однако они имеют и ряд недо-
статков, из которых главнейшим является пожарная опас-
ность.
Хранение горючего и уход за печами требуют очень
внимательного обслуживания и ряда предупредительных
мероприятий. Кроме этого, если нагрев производится пу-
тем сжигания горючего в рабочем пространстве, то невоз-
можно создать нужную окислительную или нейтральную
атмосферу.
В качестве жидкого топлива в лабораториях применяют
денатурированный спирт, бензин, газолин, керосин и нефть.
Теплотворная способность жидких топлив приведена
в табл. 58.
182
При конструировании печей, работающих на жидком
топливе, особое внимание обращают на создание благопри-
ятных условий для наилуч-
шего смешения топлива с
необходимым для его горе-
ния воздухом.
Различают печи, скон-
струированные по принципу:
1) испарения; 2)распыления;
3) совместного испарения и
распыления жидкого топли-
ва.
Простая керосиновая
печь, работающая с и<п. ре-
нием, изображена на рис. S5.
Через питатель 1 керосин
поступает в железную короб-
ку 2, находящуюся в топоч-
ном канале 3. Питатель пред-
ставляет собой трубку с кра-
ном, из которой керосин ка-
Рис. 95. Керосиновая печь:
1—питатель для псдачи керосина; 2—же-
лезная коробка для испарения керосина;
3—топочный канал; 4—камера сгорания;
й—рабочее пространство печи; в—каналы
для продуктов сгорания; 7—рекуператор;
8—боров.
пает в воронку, а оттуда
стекает в коробку 2. В короб-
ке керосин испаряется, и его
пары поступают в камеру
сгорания 4. Необходимый для
Таблица 5S
Теплотворная способность жидких топлив
Вид топливе	Удельный вес	Теплотворная способность ккал/кг
Тяжелая н;ф:ь (Баку)		0,94	10 8С0
Л.гкая нефть (Баку)		0,88	И ICO
Петролсйгый эфир		0,68	11 085
Бензин		0,70-0,76	11 000—12 000
К гр осин		0,76—0,80	10 000—11 000
Мазут		—	10 000—11 000
Этиловый спирт		0,79	7 100
183
горения воздух частично поступает через канал 3, частично
через рекуператор 7. Продукты сгорания входят в рабочее
пространство 5, а оттуда по каналам 6 в рекуператор для
нагрева воздуха и затем через боров 8 в дымовую трубу.
Если печь предназначена для работы при температуре не
выше 1500°, то она может не иметь рекуператора, на месте
которого устраивают вторую рабочую камеру (двухподовая
печь). Размеры печи: высота 2 м, ширина 1,56 м, длина
1,76 м, толщина стен 0,4 м, площадь пода 0,7 м2.
Рис. 96. Форсунка высокого давления:
1—кожух; 2—сопло для подачи нефти; 3—камера смешения;
4—сопло для подачи горючей смеси в печь.
При наличии рекуператора в такой печи легко достичь
температуры 1600—1700°. Время разогрева 3—4 часа. Рас-
ход керосина за восьмичасовой рабочий день 150—200 л.
Печь удобна для обжига керамических изделий и для плав-
ки металла в тиглях.
В печах с распылением жидкого топлива основной ча-
стью является форсунка. Схематически форсунка изображе-
на на рис. 96.
Жидкое топливо через сопло 2 поступает в камеру сме-
шения 3, куда подают также воздух или пар для распыления.
Полученная смесь поступает в печь через сопло 4.
Описанная форсунка относится к типу форсунок, рабо-
тающих при высоких давлениях воздуха или пара (от 4
до 9 кг/см2), необходимых для распыления нефти (табл. 59).
Кроме нефти, для этих печей пригодны маловязкие неф-
тяные и буроугольные масла с уд. весом 0,875—0,880 г/см2
и Q—10 000 ккал/кг. Давление дутья 500 мм вод. ст.
184
Таблица 59
Муфельные и тигельные печи с нефтяной форсункой
Муфельные печн
Внутренние размеры муфеля, мм			Диаметр труб		Максималь-	Скорость	Расход нефти кг/час
длина	шири- на	высота	для воз- духа мм	ДЛЯ нефти дюймы	ная темпе- ратура СС	нагрева- ния мин.	
330	160	160	50	з/ /8	1500	120	5
380	250	150	50	3/ /8	1500	160	8
570	330	200	50	3/8	1500	160	12
570	330	300	60	3/ 7 8	1500	180	15
570	330	400	60	3/8	1400	200	18
610	400	220	60	3/8	1400	200	15
			Тигельные		печи		
Внешние размеры тигля			Диаметр труб				
						Скорость нагрева- ния мин.	
I ысо та мм	диа- метр .м.н	емкость л	для воз- духа мм	для нефти дюймы	ная темпе- ратура		Расход нефти кг/час
170	130	0,9	32	з < > 8	1500	120	5
200	160	1,5	32	3/е	1500	120	G
240	200	3,0	50	3/8	1500	120	7
290	225	4,5	50	3 < . 8	1500	120	8
185
На рис. 97 изображена широко распространенная в ла-
бораториях форсунка, работающая на низком давлении.
Здесь распыление топлива происходит одновременно и под
давлением топлива и под влиянием скорости воздушного
потока. Давление нефти 2—5 кг!см*, давление воздуха до
250 мм вод. ст.
При работе с форсунками необходимо следить за тем,
•чтобы топливо было освобождено от механических приме-
Рис. 97. Форсунка низкого давления.
сей, которые легко закупоривают сопло. Для этого в фор-
сунках устраивают фильтрующие приспособления. Выход-
ные отверстия форсунок часто забиваются также углеродом,
получающимся при пирогенетическом распаде топлива. Для
устранения аварий и помех в работе следует предусмотреть
при устройстве печи возможность повышать давление воз-
духа для прочистки (продувки) форсунок.
Для расчета форсунок прежде всего необходимо под-
считать теоретически необходимое для сжигания топлива
количество воздуха в 1 мин. Для этого применяют формулу
___ apbv
х &Г'
где х—теоретически необходимое количество воздуха в
м3/мин',
а—потребное количество топлива в д/час;
р—вес 1 л топлива в кг;
b—теоретическое количество воздуха, необходимое для
сжигания 1 кг топлива, в кг;
v—объем 1 кг воздуха в м3.
186
Обычно не весь воздух, необходимый для сжигания топ-
лива, подается на распыление. Практически количество
воздуха, проходящего через форсунку, колеблется в пре-
делах 60—80% от теоретического, а недостающее количество
поступает за счет подсоса. Поэтому для расчета форсунки
необходимо полученную величину х умножить на коэффи-
циент, характеризующий принятое количество воздуха,
проходящее через форсунку. Например, если через форсунку
проходит 60% от количества воздуха, теоретически необ-
ходимого для сгорания, то v надо умножить на 0,6.
Затем необходимо подсчитать скорость воздуха. Для
этого применяют формулу
Ci = V2gh- Ю 0ЭСГД824~
где С\—скорость воздуха в м/сек;
g—ускорение силы тяжести, равное 9,81 см/сек?;
h—давление воздуха в кг/см2;
0,824—объем 1 кг воздуха в м3.
Сечение выходного отверстия сопла форсунки для подачи
горючей смеси определяют по формуле
где v0—теоретически необходимое количество воздуха,
проходящее через форсунку, в м3;
Ci—скорость воздуха в м/сек;
К—поправочный коэффициент, который вводится вслед-
ствие того, что воздушный поток в конце форсун-
ки суживается. Его можно принимать равным
0,85.
Определение сечения выходного отверстия сопла для по-
дачи топлива производят по формуле
где а—расход топлива в м3/сек;
Са—скорость истечения топлива, см3/сек, которую вы-
числяют по формуле
где К.—поправочный коэффициент, зависящий от отноше-
ния диаметра выпускного отверстия для топлива
к диаметру внешней воздушной трубы (он прини-
мается равным 0,6—0,7);
187
g—ускорение силы тяжести, равное 9,81 см/сек2',
h—давление топлива в кг'см“\
Р—вес 1 м3 топлива в кг.
Рис. 98. Нефтяной горн:
1—приспособление для открывания крышки
горна; 2—уплотняющее кольцо; S—фор-
сунка;	4—регулятор подачи воздуха;
5—труба для подачи нефти; 6—регулятор
подачи нефти.
При расходе керосина 2—12 кг/час и воздуха 1—3 м31мин
необходимый диаметр труб для воздуха 2 дюйма (50,8 мм),
для керосина 3/8 дюйма (9,5 мм).
Печи, оборудованные форсунками, бывают^ пламенные,
тигельные и муфельные. Устройство пламенных печей та-
кое же, как и печей, ра-
ботающих по принципу
испарения (см. рис. 95),
с той разницей, что в ка-
нал 3 вместо капельниц
вставляют форсунки.
Наибольшее распрост-
ранение в заводской прак-
тике имеют тигельные пе-
чи, так называемые «гор-
ны», устройство которых
понятно из рис. 98.
На рис. 99 изображена
установка для нагрева
керосином печи типа пла-
менной. Резервуар 1 слу-
жит приемником-храни-
лищем для керосина, по-
ступающего в лаборато-
рию. Из этого бака насо-
сом 2 керосин подают в
распределительный бак 3
и из него через регулирую-
щий кран 4 в форсунки 6.
Воздух, необходимый для
сгорания керосина, по-
дается вентилятором 5 че-
рез трубопровод с мано-
метром.
В целях пожарной без-
опасности целесообразно резервуар 1 помещать вне
здания в специальном кирпичном погребе. Бак 3 не-
обходимо также монтировать на стене с наружной сторо-
ны здания, заключив его в железный или оштукатуренный
ящик.
188
Рис. 99. Установка для нагрева пламенной печи керо-
сино?л:
1—хранилище для керосина; 2—насос; 3—распределительный
бак; 4—регулирующий кран; 5—вентилятор для подачи воздуха
в печь; б—форсунки;7—печь.
Рис. 100. Схема устройства паяльной лампы:
1—форсунка; 2—регулятор подачи воздуха; 3—на-
•	сое для подачи бензина.
Рнс. 102. Спиртовая или бензиновая гопелка:
I—резервуар для горючего; 2—горелка.
В лабораторной практике имеют распространение бен-
зиновые паяльные лампы (рис. 100). Они обеспечивают тем-
пературу до 1400° и могут применяться для нагрева различ-
ных печей (рис.101).
В зависимости от
размера лампы рас-
ход бензина колеб-
лется от 0,2 до Зл/час.
Имеются доволь-
но простые горелки,
работающие на спир-
те или бензине. Они
устроены по типу го-
релки, изображенной
на рис. 102. Резер-
вуар 1 наполняют
бензином или спир-
том, который посту-
пает в горелку 2 и
Рис. 101. Нагрев комбинированной муфель- испаряется здесь. Па-
ной и тигельной печи паяльной лампой. Ры> смешиваясь С
воздухом, сгорают.
Характеристики мфельных печей с применением керо-
синовых горелок приуедены в табл. 60 (стр. 192)f
На рис. 103 изоб-в
ражена горелка для
получения высоких
температур конст-
рукции П. М. Нем-
зера (Ленинградский
медицинский инсти-
тут). В резервуар 1
вставлена металличе-
ская труба 2. По
выходе из резецвуа-
оа труба заключена
в электроподогрева-
тель, состоящий из
трубы 3, тонкой
слюдяной изоляции
6, обмотки электро-
нагревателя 5 и теп-
ловой изоляции 7
из асбеста. При пуске установки
сначала включают нагреватель в электросеть (мощность
190
266
Рис. 103. Горелка инж. П. М. Немзера:
1—резервуар; 2—труба диаметром 4 лии; 3—труба
нагревателя; 4—Фланцы с ущугой шайбой; 5—обмотка
нагревателя; 6—изоляция из слюды; 7—теплоган изоля-
ция; 8—паяльная горелка; 9—кран, регулирующий по-
дачу газа; 10—плиты для крепления горелки к столу.
Таблица 60
Муфельные печи с керосиновыми горелками
Внутренние размеры муфеля, мм			О м 8 х	Максималь- ная темпе- ратура °C	Скорость	Расход
длина	ширина	высота	Колин горело		мин.	кг/час
180	100	60	1	1300	120	1,5
250	190	80	1	1300	130	2
275	175	125	1	1300	140	2,5
340	260	95	1	1300	140	3
400	240	130	1	1300	150	4
330	160	160	1	1200	140	3
380	250	150	1	1200	150	4,5
570	330	200	2	1200	150	6
570	330	300	2	1100	150	7
570	330 1	400	2	1100	150	8
400—500 вт) и после нагрева накачивают воздух в резер-
вуар 1, наполненный керосином или другим жидким топли-
вом. Жидкость поднимается по трубе 2 и, соприкасаясь
с нагретыми стенками, превращается в пар, который в верх-
ней части подогревателя перегревается и под давлением
поступает в паяльную горелку 8 через регулировочный
кран 9. Необходимый для горения воздух нагнетается по
трубе сбоку. Размеры установки даны на рисунке; она может
быть изготовлена в лаборатории своими средствами*.
Печи, работающие на твердом топливе. Печи, работаю-
щие на твердом топливе, в лабораторной практике в настоя-
щее время мало распространены, так как они требуют ча-
стого ремонта. При горении твердого топлива образуются
очаги высоких температур, которые вредно влияют на огне-
* Д. Стронг, Техника физического эксперимента, под ред.
Б. А. Остроумова, Л., 1948.
192
упорную кладку, а огнеупорная футеровка разъедается
шлаками. Кроме этого, в таких печах затруднена точная
регулировка температуры, трудно поддерживать чистоту
в лаборатории и необходимо иметь специального рабочего-
кочегара. Имеются печи, работающие как на естественной
тяге, так и на дутье.
Рис. 104. Угольный горн.
Рис. 105. Угольная муфельная печь.
На рис. 104 и 105 изображены тигельная и муфельная
печи, работающие на естественной тяге. Из этих рисунков
видна простота устройства печей, работающих на твердом
топливе. В рабочем пространстве таких печей можно по-
лучать температуру до 1000°, а в печах с дутьем до 1400—
1500°. Характеристики печей приведены в табл. 61.
В качестве топлива можно применять почти все виды
твердого топлива, но наиболее часто употребляют кокс и
антрацит.
Приведем данные о теплотворной способности некоторых
наиболее часто применяемых твердых топлив (Q ккал!кг)'.
Дрова................................3000	— 3500
Торф и бурый уголь ....	. .	3000 — 5000
Каменный уголь...................... 6000	— 8500
Антрацит . .	.	.	7000 — 8000
13 в. С. Веселовский и др.
193
Таблица 61
Муфельные и тигельные печи, обогреваемые древесным углем и коксом
Муфельные печи
Внутренние размеры муфеля, лоч			Максимальная температура, °C	Скорость нагре- вания без дутья часы
длина	ширина	высота		
180	135	80	1300	2
250	175	95	1250	1,75
300	210	130	1250	2
325	260	290	1000	2
Тигельные печи
Внешние размеры тигля			Максимальная температура °C	Скорость нагре- вания без дутья часы
высота мм	диаметр мм	объем л		
170	130	0,9	1400	1,5
200	160	1,5	1400	2
285	215	3,7	1400	2
330	260	7,5	1400	2,5
Воздуходувки
ТаблиЦ(Т62
Диаметр трубы мм	Произво- дитель- ность м3’мин	Давление воздуха мм вод. ст.	Мощность вт	Диаметр трубы мм	Произво- ди! ел ь- ность м3<мин	Давление воздуха мм вод. ст.	Мощность вт
100	2	300	450	100	3	500	1000
100	3,5	300	750	100	4,5	500	1250
160	2	500	800	160	7	500	1700
194
Воздуходувки для газовых и керосиновых печей
Преимущественно применяются воздуходувки центро-
бежного типа. Для газовых печей давление воздуха должно
быть 300—400 мм, для керосиновых 400—500 мм вод. ст.
Производительность воздуходувки должна быть в пять-
шесть раз больше расхода газа (м3;час) ив 12—15 раз больше
расхода керосина (кг/час). Характеристика воздуходувок
приведена в табл. 62.
Нагревательные приборы для походных
и полевых лабораторий
Еще недавно в геологических и минералогических экспе-
дициях довольствовались, главным образом, более или
менее примитивными приборами. Наряду с классической
паяльной трубкой применяли обыкновенные спиртовки и
примусы. Иногда для ремонта горного инструмента поль-
зовались переносным кузнечным горном.
Ускорение темпов геологоразведочных и других экспе-
диционных работ требует все более тесной увязки их с хи-
мическим и технологическим исследованием, вплоть до
организации походных и полевых лабораторий. В этих ла-
бораториях чаще всего пользуются фитильными керосин-
ками, примусами и паяльными лампами. Для нагревания
до 200° и кипячения жидкостей это дает вполне удовлетво-
рительные результаты. Значительно труднее осуществлять
прокаливание.
Опишем несколько приборов, оказавшихся удобными
в походной обстановке.
Сушильный термостат. Устройство его такое же, как
и у сушильных термостатов, обогреваемых газом, но нагре-
вателями служат керосиновые лампы и фитильные керо-
синки (табл. 63). Изготовляются они из листового алюминия,
красной меди или кровельного железа. В них можно по-
лучать температуру в пределах от 35 до 180° и поддерживать
е с точностью +3°.
Такие термостаты пригодны для определения влажности
при химическом анализе полезных ископаемых и горных
пород, а также для высушивания буровых шламов и продук-
тов мокрого обогащения руд.
Угольный муфель для озоления и прокаливания (рис. 106).
Муфель состоит из жаровни, сделанной из толстого
листового железа, в которую вставлена фарфоровая труба
тз*	195
Таблица 63
Сушильные	термостаты, о	богреваемые керосиновыми лампами
Размеры	Максималь-	
рабочего про-	ная тем-	Нагреватель
странства	пература	
мм	сс	
80X80X80	100—110	Семилинейная керосиновая лампа
	130—150	Десятплпнейная керосиновая лампа
170x150x150	100-120	Трехфитильная керосиновая печка с низким корпусом
	130—150	Д.’.ухфлтильная керосиновая печка с высо-
		ким корпусом ,
(
о о о о о о о с о
Рис. 106. Угольный муфель
для походной лаборатории.

диаметром 30—40 мм. Расстояние
от колосниковой решетки до фар-
форовой трубы 50—60 мм. Для
улучшения тяги жаровня снаб-
жается шлемом с загрузочной
дверкой и жестяной трубой.
Топливом служит древесный
уголь, бурый уголь или кокс.
Жаровню разжигают деревянными
чурками и затем загружают куски
угля величиной 20—50 мм. В муфе-
ле легко получить температуру в
пределах от 700 до 1000°, но
для поддержания постоянства
температуры требуется регуляр-
ное наблюдение и некоторый
опыт.
Прокаливание производят в
прямоугольных фарфоровых ко-
рытцах 10x25x35 мм, которые
вдвигают поочередно с одного
к нца трубы и вынимают с дру-
гого.
Описанный муфель применяет-
ся при определении зольности
ископаемых топлив, прокалива-
196
нии аналитических осадков и технологических опыта;
по обжигу руд, спеканию и сплавлению.
Если имеется походная электростанция, то для прока-
ливания можно пользоваться обычными небольшими труб-
чатыми и тигельными электрическими печами. Но для су-
шильных термостатов и бань все же удобнее и надежнее
использовать керосиновые лампы, так как от них требуется
длительная непрерывная работа, что не всегда может быть
обеспечено походной электростанцией.
Походная паяльная горелка. В некоторых случаях трудно
обойтись без нагревания голым пламенем. Например, для
сгибания, растягивания и запаивания стеклянных трубок,
получения аналитических «перлов», сплавления тугоплав-
ких смесей и т. п. Для этих целей иногда можно пользо -
ваться минералогической или ювелирной паяльной труб-
кой или примусом и паяльной лампой. В тех случаях,
когда это почему-либо невозможно, используют обыкновен-
ную керосиновую лампу, с которой снимают стекло и верх-
нюю часть горелки (коронку, в которую вставляется стекло).
Лампе дают гореть большим коптящим пламенем. В ниж-
нюю часть пламени вводят конец трубки, через которую
нагнетают воздух при помощи небольшого ножного меха.
Конец этой трубки должен иметь очень тонкое отверстие.
Для этого можно использовать, например, «капсуль» от
примуса. Трубку удобно закрепить в лабораторном штативе.
Ацетиленовая печь КАП-2 ВИМС. Кислородно-ацети-
леновая печь КАП-2 конструкции инженера И. Д. Финкель-
штейна для определения огнеупорности в экспедиционных
условиях состоит из самой печи, обычно цилиндрического
типа с вертикальной жаровой трубой, металлического стола
к ней и штативов для горелок, укрепленных на этом столе.
На рис. 107 показана печь КАП-2 ВИМС в разрезе.
Диаметр рабочего пространства 100 мм. Рабочее простран-
ство изолировано легким огнеупорным материалом и гра-
нулированной огнеупорной засыпкой. ^Материалами для из-
готовления печи могут служить корунд, стабилизированная
двуокись циркония, муллитовые материалы, магнезит и
другие огнеупоры:
Установка обслуживается двумя кислородно-ацетилено-
гыми горелками стандартного типа № 3, 4 и 5, применяе-
мыми при автогенной сварке. Производительность горелок
от 500 до 1200 л ацетилена в час. Кислород поступает из
баллона, ацетилен—из баллона или от генератора, работаю-
щего на карбиде кальция.
197
Горелки располагаются тангенциально к окружности
жарового цилиндра.
В зависимости от выбранных огнеупоров, размеров го-
релок п качества термоизоляции в таких печах можно по-
Рис. 107. Схема ацетиленовой печи КАП-2
ВИМС:
1—жаровая труба; 2—теплоизоляционный огнеупор;
3—металлический корпус; 4—крышка с отверстия-
ми; 5—кислотно-ацетиленовая горелка; 6—визирная
труба; 7—подставка для конусов; 3—под из огне-
упорного материала; 9—подставка для печи.
лучить температуры порядка 1800—2000° и выше. Поэтому
кислородно-ацетиленовые печи по литературным данным
находят применение также в лабораторной практике для
определения огнеупорности, деформации под нагрузкой,
в физико-химическом анализе силикатных и других систем
В печи КАП-2 ВИМС можно поднять температуру д >
1800° за 2 часа.
ГЛАВА IV
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ
Огнеупорные и термоизоляционные материалы
Для изготовления лабораторных нагревательных при-
боров и работы с ними приходится пользоваться разнооб-
разными огнеупорными и термоизоляционными материа-
лами. Требования, предъявляемые к ним, могут быть очень
различны. Если рабочее пространство обогревается снаружи,
то его стенки должны быть изготовлены из материала, об-
ладающего хорошей теплопроводностью, достаточной стой-
костью при высоких температурах (в частности, огнеупор-
ностью) и стойкостью к механическим воздействиям. Суще-
ственную роль играет стойкость материала в нагретом состоя-
нии к химическим воздействиям. Материалы для электри-
ческих печей должны обладать малой электропроводностью.
Если же рабочее пространство обогревается изнутри, то
его стенки должны быть сделаны из материала с малой теп-
лопроводностью, а остальные требования остаются теми же,
что и в первом случае. Для термоизоляционных материалов
на первое место выступает малая теплопроводность, огне-
упорность же и механическая прочность становятся вто-
ростепенными свойствами.
Теплопроводность материалов обычно сильно зависит от
их структуры. Из всех однородных тел наименьшей тепло-
проводностью обладают газы, если они находятся в условиях,
в которых невозможна конвекция. Такие условия создаются
в порах твердых тел. С другой стороны, среда, в которой
поток лучистой энергии встречает на своем пути погранич-
ные поверхности между фазами, оказывает большее сопро-
тивление этому потоку, чем однородная среда, и сопротив-
ление увеличивается в зависимости от количества поверх-
ностей, пересекаемых потоком. Поэтому пористые тела
199
являются самыми плохими проводниками тепла. Их назы-
вают термоизоляторами.
Понятно, что чем более порист материал и чем мельче
поры при одинаковой пористости, тем хуже проводит он
тепло.
С повышением температуры теплопроводность всех не-
металлических тел увеличивается и тем быстрее, чем меньше
ее абсолютная величина. У пористых материалов это на-
блюдается в особенно сильной степени: у них теплопровод-
ность с повышением температуры увеличивается тем больше,
чем больше пористость и чем крупнее поры. В общем при
высоких температурах разница в теплопроводности разных
материалов уменьшается, и поэтому внутреннюю термо-
изоляцию для приборов, рассчитанных на высокие темпера-
туры, можно готовить из материалов с невысокой термоизо-
ляционной способностью, но зато хорошей огнеупорностью
и механической прочностью.
Второе важнейшее свойство огнеупорных материалов—
способность выдерживать высокую температуру, не дефор-
мируясь и не растрескиваясь при колебаниях температуры.
Деформация обусловлена температурой плавления материа-
ла в целом или его основных частей (табл. 64), а растрески-
вание при колебаниях температуры связано с термическим
расширением элементов структуры материала и его меха-
нической прочностью.
Эти свойства и обусловливают то, что в промышленности
называется огнеупорностью. В промышленности
огнеупорными называются такие мате-
риалы, которые выдерживают нагрева-
ние выше 1580° без пластичных де фо р-
м а ц и й. Из них иногда еще выделяют высокоогнеупорные
материалы, выдерживающие нагревание выше 1750°.
Процесс изготовления большинства огнеупорных из-
делий и материалов заключается в приготовлении пластич-
ной массы из смеси порошкообразного наполнителя и свя-
зующего вещества, в формовании этой массы и последую-
щего обжига изделий.
В качестве связующих веществ чаще всего пользуются
глиной и различными клейкими органическими веществами.
При глиняной связке в качестве наполнителей применяют
шамот, корунд, карборунд, кианит, андалузит, а также
графит и уголь. Органическими связками служат крахмал,
декстрин, сульфитный щелок целлюлозного производства,
смолы и пеки. Ими связывают следующие наполнители:
200
Таблица 64
Термическая стойкость разных материалов
Температура, °C
Виды материалов	плавления	размягче- ния	максимальная рабочая
Керамические материалы			
Глазурь на фарфоре		—	950—1200	900—1100
Глины красные (кирпичные) . .	—	910—1100	800
То же, огнеупорные	 Каолин Al2O3-2SiO2-2H2O . . . .	—	1580-1700	1300—1500
	1750	1700	1500
Силлиманит Al2O3-SiO2		1820	—	1700
Фарфор нормальный		—	1500	1400
Шамот обыкновенный		—	1650—1720	1500
,,	кварцевый		—	1650—1720	1500
,, глиноземистый 	 Огнеупорные о к и с л ы и изделия из них		1750	1650—1700
Диатомит и трепел неформовэпный	—	1450—1500	900—1000
-Динас		—	1700	1650
Кварц плавленый		1700	1650	10С0— 15С0
,, нсформсванный	 ^Корунд А1,О3		1700			1700
	2050		1650 — 1780
^-Магнезия MgO		2800	—	2000
^Магнезиальный кирпич		—	1900	180J
-Хромитовый кирпич		—	2оСО	—
. Окись циркония ZrCb	 Разные материалы	2950		2000
z Асбест				1480—1530	000—1200
/ Слюда		—	1150—13 „О	. 800—1100
Хмесь асбеста с белей глиной .	—	—	1000—1100
/Графит и уголь		—	3300	3060
' Трафито-ке; амические тигли	—	—	1700
' Карборунд SiC				1800
20!
магнезию, карборунд, графит, уголь, циркон, шпинель и
чистые окиси алюминия, магния, циркония, бериллия,
тория и др.*.
Глина. Глина служит основным сырьем для производства
многих огнеупорных материалов. При ремонте и изготов-
лении печей ее применяют для связывания камней, обмазки
щелей, закрепления проволоки электронагревателей и т. п.
В промышленности различают много сортов глины.
Подробное описание их можно найти в руководствах по
керамической технологии. Здесь же приведены только важ-
нейшие сведения.
Для лабораторных приборов главными свойствами глин
являются их способность формоваться (пластичность) и
температура их размягчения. Глина тем более пластична,
чем меньше величина частиц, из которых она состоит, но
высокопластичные глины дают большую усадку при вы-
сушивании и обжиге. Вследствие этого изделия и об-
мазки, изготовленные из чистой пластичной глины, растре-
скиваются и деформируются. Чтобы избежать этого, к
глине примешивают «отощающие добавки»: шамот (про-
каленная гранулированная глина), песок, тальк, графит
и т. п. Добавку выбирают так, чтобы огнеупорность глины
не понизилась. Грануляционный состав добавки также имеет
существенное значение: для замазок и формования мелких
изделий пригодны только мелкозернистые наполнители с
величиной частиц не крупнее 0,1 мм. Чем крупнее изделие,
тем крупнее должна быть добавка.
Обычно в качестве наполнителя применяют шамот, со-
держащий около 35% зерен размером от 3 до 1,5 мм, около
30% от 1,5 до 0,5 мм и около 35% мельче 0,5 мм. Для ла-
бораторных огнеупорных изделий берут наполнители с ве-
личиной частицы не крупнее 1,5 мм.
Степень увлажнения формуемой массы зависит от спо-
соба формования: при отливке в формы масса должна содер-
жать 18—24% воды, при пластичном формовании 16—22%,
при «полусухом» 5—12%.
Температура размягчения глины в основном зависит от
содержания в ней плавней: окислов кальция, магния, ще-
* Технология керамических изделий под ргд. П. П. Б у д и и к о в а,
Госстройиздат, 1946.
П. С. Мамыкин, Производство магнезитовых, хромитовых и
хромо-магнезитовых огнеупоров, Металлургиздат, 1940.
А. И. А в г у с т и н и к. Физическая химия силикатов, Госхим-
издат, 1947.
202
лочей и железа. Простая красная глина содержит много
плавней и вследствие этого имеет настолько низкую темпе-
ратуру размягчения, что не пригодна для работы при
температуре выше 800°. Белые и серые глины отличаются
большей огнеупорностью. Из них наиболее огнеупорен
каолин, но он обычно мало пластичен.
Характеристика наиболее употребительных глин при-
ведена в табл. 65.
Для лабораторных изделий особенно хороша часовъяр-
ская глина, которая при достаточной огнеупорности отли-
чается низкой температурой спекания (около 1110°).
Чтобы придать большую прочность глиняным обмазкам,
в глину можно добавлять асбест или буру. Температура
размягчения при этом, конечно, понижается.
Глина выделяет воду при нагревании до 700°, что надо
иметь в виду в тех случаях, когда вода может вызвать по-
вреждение частей прибора.
Порпетые термоизоляционные блоки. Для лабораторных
нагревательных приборов очень удобны пористые блоки,
изготовляемые из смеси глины с органическими добавками,
выгорающими в процессе обжига. Они имеют значительно
меньшую теплопроводность, чем обыкновенный кирпич,
и могут подвергаться механической обработке: их можно
пилить обыкновенной пилой, обтачивать ножом и свер-
лить.
Такие блоки разнообразной формы без особых затруд-
нений могут быть изготовлены в лаборатории. Для этого
70 вес. ч. пластичной огнеупорной глины смешивают с
30 вес. ч. сухих опилок, увлажняют водой до пластичного со-
стояния и формуют блоки нужных размеров, учитывая при
этом, что блоки при сушке и обжиге дадут усадку 15—’20%.
Сушить следует при комнатной температуре на деревянной
полке, а обжиг производить при 1250—1300°.
Скорость нагревания при этом может быть довольно
велика, так как пористые изделия хорошо выдерживают
колебания температуры. Так, небольшие блоки можно об-
жечь в лабораторной муфельной печи за 2—3 часа.
Объемный вес таких блоков после обжига 0,5—0,6 кг. л;
теплопроводность в четыре раза меньше, чем обыкновенного
кирпича. Особенно широкое распространение имеют пори-
стые блоки, изготовленные на основе диатомита, трепела
и опоки. Свойства их приведены в табл. 68 (стр. 210).
Фарфор. Благодаря огнеупорности, химической и меха-
нической прочности и хорошим электроизоляционным свой-
203
204
Таблица 65
Химический состав и характеристика наиболее употребительных сортов глин
Сорт	Техническое название	Содержание, %							Потеря при про- 1 наливании, %	Огнеупор- ность, °C
		SiO2	А12О3	тю3	Fe2O2	CaO	MgO	кго Na2O		
оровичсская	Сухарь		41—63	27—39	2	1—4	0,3—1,7	0,1—1,0	0,8	8—13	1670—1790
	Пластичная . . . .	41—60	27—37	—	1—4	—	—	—	8—13	1580—1710
1 жельская и Кудинов - ская . . .	Песчанка		69—79	11 — 17	0,7	1—4	0, 1—3	0,1 —1,0	1,0—4	4—6	1476—1670
	Мыловка		59—69	19—25	0,6	1—4	0,5—1	0,1-1,8	1,2—4,5	5—10	1330—1615
ОПтнинская	Пластичная каоли- китовая 		33—54	30—39	1—3	1,5-2,5	0,5	1,0	1,0	14	1710—1750
I ^оложская .	Пластичная 		52—03	30—34	1,0	1—2	0,5	0,2	0,5	9-12	1710—1750
Часовьярская	Пластичная № 5—6	50—54	32-35	1,0	1,0	1,0	0,6	2—3	8—9	1690—1730
Чистый као- лин . . - .	Средне и мало пла- стичная . . . - .	46,3	39,8	—	—	—	—	—	13—9	1720
Типичная шамотная	Кислая		73,5	22,5	—	1,6	0,3	0,5	0,2	—	1650—1720
(прокален-	Нормальная . . . .	60	35	—	1,6	0,5	0,5	0,4	—	1650—1720
ная) ....	Основная		52,5	43,5	—	1,6	0,6	0,5	0,5	—	1700—1780
ствам фарфор широко применяют в лабораторной теплотех-
нике. Из него изготовляют тонкую огнеупорную посуду,
оболочки для термопар, трубы и ответственные части печей.
Фарфор изготовляют из каолина, приближающегося по
составу к А12Оз-23Ю2-2Н2О с примесью флюсов и кварца.
В промышленности изготовляют несколько типов фарфора.
Для получения твердого фарфора берут неболь-
шое количество флюсов.
Примерный состав смеси следующий (%):
Каолин...................... 50
Полевой шпат................ 25
Кварц....................... 25
Смесь тонко размалывают и смешивают с водой до кон-
систенции, наиболее удобной для формования. Формован-
ные изделия сушат при комнатной температуре и обжигают
при 1400—1500°. Твердый фарфор очень прочен и переносит
резкие колебания температуры.
Обычный фарфор содержит 30—40% плавней и обжигает-
ся при 1280—1400°.
Для изготовления пирометрических трубок смешивают
6 вес. ч. огнеупорной глины и 1 вес. ч. АЬОз, обжигают
и затем размалывают. Размолотую массу смешивают с гли-
ной в отношении 7:3. Из этой смеси формуют изделия, ко-
торые после высушивания обжигают при 1500°.
Существует несколько сортов мягкого фарфора,
из которых в лабораторной практике имеют значение фрит-
товый, костяной и зегеровский. Эти сорта фарфора изготов-
ляют из масс с большим содержанием флюсов; они имеют
меньшую огнеупорность, чем твердый фарфор.
Ф р и т т о в ы й фарфор не содержит глинистого
компонента. Его изготовляют из шихты следующего состава
(вес. ч.):
Селитра. ....	. .	22 Квасцы, прокаленные . . .	3,0
Поваренная соль...............7,2	Гипс......................3,6
Сода.................. ...	3,6 Песок........................60
Смесь фриттуют (т. е. доводят до сильного спекания),
затем размалывают, промывают горячей водой для удаления
ионов хлора и серной кислоты и высушизают. Полученный
материал называют фриттой.
Изделия изготовляют отливкой в гипсовых формах. Со-
став массы (вес. ч.):
Фритта.............•	............. 75
Мгл................................... 17
Мергель (отмученный)................... 8
205
Зегеровский фарфор готовят из шихты со-
става (%):
Кварц .	................... 45
Полевой шпат.............. ,	.	30
Глина......................  .	25
Чтобы сделать фарфор газонепроницаемым, его покры-
вают глазурью. Обычно глазури представляют смесь легко-
плавких щелочных и щелочноземельных силикатов сред-
него состава КгО-AhOg.-(8— 10)SiO2. Обычно глазурь
готовят из полевого шпата, мрамора, мела, магнезита, квар-
ца и каолина. Фарфоровые изделия, покрытые глазурью,
применяются при температурах не выше 1100°.
Шамот. Шамотом называется прокаленная и измельчен-
ная огнеупорная глина. При обжиге глина теряет свою
конституционную воду и становится непластичной. Затем
ее измельчают и рассевают на классы с различной величи-
ной зерна. В таком виде шамот идет на изготовление шамото-
вых масс, которые состоят из сме^и шамота с глиной (на
1 вес. ч. глины берут от 1 до 3 вес. ч. шамота). Чем крупнее
изделия, для которых предназначена шамотовая масса, тем
крупнозернистее должен быть шамот.
Шамотовые массы являются наиболее распространенным
огнеупорным материалом для лабораторных и промышлен-
ных печей. Из них изготовляют самые разнообразные из-
делия: муфели, тигли, трубы, кирпичи и т. п. Изготовление
изделий заключается в формовке шамотовой массы и после-
дующем обжиге при 1300—1450°.
Температура размягчения шамота различна и зависит
от состава исходной глины и способа изготовления.
Состав каолина, отвечающего формуле А12Оз-251О2-2Н2О,
следующий (%):
SiO3............................46,3
А12О3..........................39,8
Н2О............................ 13,9
Температура плавления каолина 1750°.
Прибавка кремнезема понижает температуру плавления
каолина, а прибавка глинозема—повышает. При содержа-
нии в смеси 62,85% А1гОз и 37,15% 51Ог образуется хими-
ческое соединение AhOs-SiCh — силлиманит, имеющее темп,
пл. 1820°. Природные глины обычно содержат плавни—при-
меси, понижающие температуру плавления, как, например,
MgO, CaO, Fe2O3, ХазО, КзО (дабл. 65).
206
Различают нормальный, основной (глиноземистый) и
кислый (кварцевый) шамоты. Нормальный шамот изготов-
ляют из обычной огнеупорной глины, основной—из глины
с добавкой глинозема, кислый—из глины с добавкой квар-
цевого песка.
Шамотные изделия легко переносят резкие колебания
температуры, но вследствие большой пористости обладают
газопроницаемостью, ограничивающей их применение. Этим
особенно отличается кварцевый шамот с крупным кварце-
вым зерном.
Приведем некоторые основные физические свойства ша-
мотов:
Нормальный шамот................
Каолиновый шамот................
Температура
размягчения
1650— 17С0
1750— 1780
Объемн. вес
кг л
1,1 —1,4
0,8— 1,3
Изделия из нормального и кварцевого шамота пригодны
для печей с рабочей температурой до 1500°. Кварцевый
шамот не уступает по огнеупорности нормальному, но из-
делия из него менее долговечны, так как он более чувств! -
телен к колебаниям температуры. Нормальный шамот веш -
ма пригоден для внутренней тепловой изоляции в печах с
корундовой и шамотной футеровкой при рабочей темпера-
туре от 1600 до 1800°. Для печей с магнезитовой футеровкой
шамот непригоден.
Шамотная крупка хорошо выдерживает температуру
1600°.
Изделия из высокоглиноземного шамота (с кианитом,
корундом, андалузитом) пригодны для нагрева до 1650—
1700°.
Примерный состав такой массы (%):
Шамот с величиной частиц не крупнее 1,5 мм . . 70
Корунд ,,	,,	,,	,,	0,5	. 19
Глина часовьярская	. .	7
Каолин .	...	..................4
Для муфелей и печных трубок шамот мало пригоден
вследствие пористости и способности быстро прогорать уже
при 1300°. Он вообще более подходит для термоизоляции
и для изготовления футеровочного кирпича.
Ниже приведены величины теплопроводности и тепло-
емкости шамотных изделий (табл. 66), которыми можно
пользоваться для точных расчетов.
207
Состав образцов следующий:
№ 1 № 2 № 3 № 4
Окись кремния, % .
Окись алюминия,%
Объемный вес, кг/л
57	62
40	31
1,88 1,83
71	74
24	25
1,77 1,90
Таблица 66
Теплопроводность и теплоемкость шамотных изделий
Темпера- ] тура °C	Теплопроводность X, кал см-сек °C				Теплоемкость С, кал г °C			
	образец № 1	образец № 2	образец № 3	образец № 4	образец № 1	образец № 2	образец № 3	образец № 4
200	0,0014	0,0011	0,0008	0,0020	0,225	0,220	0,217	0,223
400	0,0018	0,0014	0,0010	0,0023	0,250	0,214	0,243	0,262
600	0,0022	0,0016	0,0012	0,0026	0,272	0,273	0,263	0,281
800	0,0024	0,0019	0,0014	0,0027	0,287	0,287	0,281	0,291
1000	0,0026	0,0021	0,0016	0,0029	0,298	0,295	0,295	0,292
1200	0,0027	0,0022 1	0,0017	0,0030	0,305	0,300	0,304	0,293
Из приведенных данных видно, что химический состав
шамота практически не влияет на его теплопроводность и
теплоемкость. Объемный же вес, который только косвенно
зависит от состава, заметно влияет на теплопроводность.
Кварцевый песок. Кварцевый песок и молотый кварцит
имеют температуру размягчения 1690—1720° и могут при-
меняться для внутренней термоизоляции печей с корундо-
вой и шамотной футеровкой при рабочей температуре печи
до 1800°, а в печах с магнезитовой футеровкой для темпе-
ратур не выше 1600°.
Объемный вес кварцевого песка 1,5—1,6 кг/л. Тепло-
проводность кристаллов кварца 1,2 ккал!м-час °C, кварце-
вого песка 0,3 ккал/м-час °C.
Плавленый кварц. В лабораторной практике большое
применение имеют трубы, изготовленные из прозрачного
и непрозрачного плавленого кварца (так называемого квар-
цевого стекла). Основные качества плавленого кварца:
плотность, непроницаемость для газов и хорошая сопротив-
ляемость колебаниям температуры вследствие ничтожного
208
коэффициента расширения. Изделия из плавленого кварц ?
готовят такими же методами, как и стеклодувные изделия:
чистый песок, кварцит или горный хрусталь плавят в элек-
трических печах при 1700—1800°.
Плавленый кварц можно подвергать, так же как и стек-
ло, механической обработке—шлифовать, резать, сверлить
ит. п. Для конструирования нагревательных приборов
обычно употребляют трубки из плавленого кварца, которые
изготовляют различных диаметров, начиная от 1 мм. Плав-
леный кварц применяют при температурах до 1500°, но при
нагревании выше 1000° он недолговечен, так как постепенно
расстекловывается.
Динас. Динасовые изделия содержат от 92 до 98% крем-
незема и отличаются большой огнеупорностью (темп. пл.
1750°). Изготовляют их из кварца, смешанного с известью
(2%), взятой в виде известкового молока. После формовк
изделия обжигают при температуре около 1500°. Динасовые
изделия не переносят резких колебаний температуры, что
является отрицательным качеством, однако газопроницае-
мость их ниже, чем шамотных. Кислоты, кроме плавиковой,
на динас не действуют; при плавках очень сильно дейст-
вуют окиси металлов и основные силикаты. Главное до-
стоинство динаса заключается в том, что при нагреве почти

Таблица 6/
Теплопроводность и теплоемкость динасового кирпича
Теплопроводность X, тгал'с.н-сек °C
; Теплоемкость С
I яал/в °C
с	образец № V	образец № 21	образец № З1	образец № 41 j	образец № I1
2и0	0,0013	0,0(03	0.0014	0,0019	0,237
4i?0	0,0016	—	—		0,270
СОИ	0,0017	0, С’ 23	0,0025	0,6026	0,282
800	0,0017	•—	—		0,285
1 000	0,0018	0,0031	0,0034	. 0,0033	0,288
1200	0,0о21	—		: 		0,291
Образцы содержат 95—96,9% SiO;; объемный вес первого образца 2,04 кг}л.
14 в. С. Веселовский и др.
209
до самого момента плавления он сохраняет свою форму и не
дает усадки. В табл. 67 приведены величины теплопровод-
ности и теплоемкости динасового кирпича.
Диатомит, треиел, опока. Эти материалы являются
природной «аморфной» двуокисью кремния в форме мель-
чайших частиц кристобалита с примесью глинистых веществ.
В диатомите под микроскопом можно обнаружить скелеты
диатомитовых водорослей и других низших организмов.
Диатомит иногда называют инфузорной землей, а также
кизельгуром.
Диатомит, трепел и опока вследствие большой пористо-
сти и высокой дисперсности—очень хорошие термоизоля-
ционные материалы, но они обладают низкой огнеупорно-
стью, начинают спекаться и давать сильную усадку уже
при 800—1000°, хотя температура плавления их может
достигать 1450—1500°. Объемный вес от 0,36 до 0,6 кг! л.
Диатомитовый и трепеловый кирпич
Таблица 68
Характеристика	Класс прочности	Марка					Обыкно- венный шамотный кирпич
		1	2	3	4	5	
Объемный вес кг/л			1,5	1,2	1,0	0,8	0,6	1,8—2,0
Временное сопро-	а	120	100	80	ео	40	100—300
1явление раздав- ливанию, кг! см? .	б	80	70	60	50	30	—
	в	60	50	40	35	22	—
	г	40	35	30	22	15	—
Вес кирпича, кг . . Теплопроводность . ,, ккал /\ 	 м час С . .	1	3 0,57	2,4 0,43	2 0,35	1,6 0,25	1,2 0,17	3,5—3,8 0,50—0,90
Средняя теплопро- водность для 0—800"	. . . кал 1-	Ст см сек С . .		0.0016	0,0012	0,0010	0,0007	0,0005	0,С014—
							0,0027
210
Диатомитовый и трепеловый кирпич (технические назва-
ния—пористый, легковесный, эффективный) изготовляют из
диатомита, трепела или опоки иногда с примесью глины
и органических, выгорающих при обжиге добавок (опилки,
торф и т. п.). Он характеризуется тем, что при нагревании
выше 900° начинает давать непрерывно возрастающую усад-
ку и поэтому пригоден только для внешней термоизоляции.
Характеристика диатомитового кирпича приведена в
табл. 68. Лучшим считается диатомитовый кирпич с темпе-
ратурой размягчения 1500°.
Окись магния (магнезия). Чистая окись магния плавится
при температуре около 2800°, но даже небольшие примеси
посторонних веществ сильно понижают ее огнеупорность.
Ее применяют для изготовления специальных огнеупорных
изделий, например тиглей для плавки основных силикатов.
Изделия из окиси магния плохо переносят колебания тем-
пературы, а около 2000° они быстро разрушаются, так как
окись магния восстанавливается углеродом.
Изделия из окиси магния изготовляют, смешивая маг-
незию с водой или подходящим органическим связующим
материалом (смолой, растительным маслом и т. п.). Полу-
ченную массу формуют под давлением около 4 кг/см2, сушат
и обжигают при 1700° в керамической печи. Если при изго-
товлении применялась вода, то замешанной массе надо дать
вылежаться во влажной атмосфере 5—7 дней, чтобы успела
произойти полная гидратация.
В промышленности пользуются нечистой магнезией, по-
лученной путем обжига минерала магнезита (MgCO3), при-
чем обожженный магнезит часто неправильно называют
просто магнезитом. Обожженный магнезит выпускают двух
сортов: «каустический магнезит», применяемый для изготов-
ления магнезиального цемента, и «металлургический поро-
шок» для изготовления огнеупорных изделий.
Каустический магнезит получается в ре-
зультате обжига магнезита при 800—900°. Объемный вес
1,2—1,3 кг/л. Технические условия на каустический маг-
незит учитывают применение его только для изготовления
цемента.
Примерный состав магнезии (%):
MgO.................9-5,0
SiO2...................0,3
А120з..................0,8
Fe2O3 ....	. . i ,20
CaO....................o,6
211
Содержание посторонних окислов: SiO?, AI2O3, FeaOs,
СаО, не должно превышать 10%.
Некоторые физические свойства порошкообразной магне-
зии приведены в табл. 69.
Таблица 69
Теплопроводность п средняя теплоемкость ыагксвпп в порсшке
Свойство
Температура, °C
1 еплопроводность
X кал
см* сек “С
’Теплоемкость С, кал,'г
. ГО,0015,0,00i 1 0,00120,0013 0,0014
I |	|	'
°C 0,253 0,275' 0,291; 0,ЗС7| 0,321 :
0,0014
0.340
В качестве огнеупорного материала следует предпочи-
тать саткинскую магнезию с температурой спекания выше
2000°, а не халиловскую, температура спекания которой
около 1500°.
Каустический магнезит пригоден для тепловой изоляции
печей с корундовой и магнезитовой футеровкой.
Металлургическим порошком называют
«намертво» обожженную магнезию. Объемный вес этого
порошка 1,8 кг/л. Пригоден в тех же условиях, что и кау-
стический магнезит, но обладает меньшей теплоизоляцион-
ной способностью из-за большого объемного веса. Для
изготовления массы металлургический порошок увлажняют
5—6% воды и оставляют на 5—6 дней во влажной атмо-
сфере, чтобы произошла полная гидратация, и затем смеши-
вают с густым крахмальным клейстером до получения хо-
рошо формующегося теста. Форму изнутри обкладывай,т
бумагой.
Формованные изделия сушат на воздухе и обжигают при
температуре не ниже 1400°.
Такие изделия надежно выдерживают нагревание до
1800°.
Если исходным материалом служит чистая окись магния,
полученная осаждением, то ее следует прокалить, а при
замешивании массы добавить к ней 2—5% глины для улуч-
шения спекания.
212
Плавленой магнезией называется огнеупор-
ный материал, изготовленный из чистой окиси магния и
обоженный до начала плавления. Он выдерживает нагре-
вание до 2000° и отличается повышенной теплопроводностью
по сравнению с другими магнезиальными материалами.
Применяется как специальный огнеупор для плавки основ-
ных материалов и для работы в угольных, молибденовых л
вольфрамовых электрических печах.
В качестве огнеупорного материала также применяется до-
ломит MgCOs • СаСОз. Доломитовые изделия обладают мень-
шей огнеупорностью, чем магнезитовые.
Хромит. Хромистые огнеупорные материалы инертны
к кислым и щелочным реагентам. Поэтому их применяют
для изготовления тиглей для выплавки металлов из различ-
ных руд. Изготовляют хромит из хромистого железняка
с добавкой связующих веществ—глины, гипса, сернокис-
лого алюминия и др. Обжигают при температуре 1500“.
Состав (в %) и основные свойства хромита:
SiO2...................... 10
А! 2О3.............. .	. о
Fe2O3..................... 23
MgO....................... 10
i ыО.з .................40—45
Температура плаплекия . 2000°
Объемный вес............3,1—3,3/сг/.г
Теплопроводность . . . 0,005 — 0,006 кал;см ••.ек °C
Окись циркония. Изделия из окиси циркония относятся
к особо огнеупорным, так как выдерживают нагревание до
2000°. Оли инертны к кислым и щелочным реагентам и почти
не проводят электрический ток. Эти свойства позволяют
применять циркониевые изделия в самых различных случаях
лабораторной практики. Из окиси циркония готовят тигли
и трубки для намотки молибденовых и вольфрамовых сопро-
тивлений, тигли для плавки металлов и шлаков и т. п.
Окись циркония добывают из циркониевой руды путем
механического и химического обогащения (обработка кис-
лотами для удаления железа и других примесей). Изделия
изготовляют путем формовки окиси циркония со связую-
щими веществами—крахмалом и т. п. Отформованные из-
делия осторожно обжигают при температуре 1500°.
Корунд. Высокоогнеупорный материал корунд состоит
из чистой окиси алюминия. Плавится он около 2050°. Основ-
ное его свойство—нечувствительность к резким изменениям
213
температуры. Огнеупорные изделия из корунда с примесью
глины носят название ди на м и до нов ых и ал ун-
дов ых.
Имеются разновидности: диаманиты, динамитон, алок-
сит, получаемые из плавленого глинозема. Теплопровод-
ность корунда /.= 0,003 кал!см-сек °C.
Для корундизованных изделий ГОСТ 4660—49 устанав-
ливает следующие нормы.
Изделия изготовляются из глинозема и имеют кристал-
лическое строение. Объемный вес не менее 3,5 кг!л.
По огнеупорности различают корундизованные изделия
трех марок:
Марка	Рабочая температура СС	Начало де- формации не ниже -с	Водопоглоще- ние не более %
I	1800	1850	0,1
11	1700	1750	0,2
III	1650	1700	0,3
С двуокисью кремния корунд дает легкоплавкие соеди-
нения, с окисью же магния он их не образует.
Для лабораторных печей особенную ценность имеют му-
фели и трубки из корунда, изготовляемые на глиняной
связке. Они пригодны для печей с рабочей температурой
до 1700—1780°, мало чувствительны к колебаниям темпера-
туры и имеют высокую механическую прочность. Длитель-
ную эксплуатацию они выдерживают при нагреве 1650°.
Для связки берут 15—25% глины и смешивают в сухом
виде с порошком корунда (величина частиц не более 0,15 мм),
затем увлажняют до пластичного состояния (так же готовят
массу с карборундом и графитом).
При изготовлении крупных изделий смешивают сухую
размолотую глину с каолином и тонкой фракцией корунда.
Затворяют водой в жидкое тесто и добавляют корунд круп-
ного помола. Массу формуют полусухой (с влажностью
около 6%). Просушивают и обжигают при 1350—1400°.
Она почти не дает усадки при следующем составе (в %):
Чистый корунд (величина зерна 1,2 —0,8 мм) ...	40
,, (	„	„ 0,75-0,5 ,,)...	30
,,	,,	(	,,	,, менее 0,5 ,,) . .	10
Глина часовъярская № 6............................   7
Каолин....................................... ....	4
214
Графит и уголь. Из угля и графита изготовляют трубки,
тигли и кирпичи. Вследствие высокой температуры плав-
ления изделия выдерживают нагревание выше 3000°. Они
не разъедаются расплавленными силикатами и шлаками,
но при нагревании создают восстановительную атмосферу
и быстро прогорают на воздухе и при соприкосновении с
окислами, способными восстанавливаться.
Угольные трубки изготовляют из угольных порошков
и каменноугольной смолы и пека в качестве связующего.
После формования их обжигают при 1200—1400°.
Графитовые изделия разнообразной формы вытачивают
из кусков графитированных электродов. Этот материал
хорошо поддается механической обработке. Угольные же
изделия обрабатывать очень трудно.
Широко применяются графито-керамические тигли. Их
изготовляют из смеси крупночешуйчатого графита с глиной
и шамотом и после сушки обжигают при 800—900°. Эти
тигли можно нагревать до 1700—1800°, однако при темпе-
ратуре 1600—1700° они работают более длительное время.
Примерный состав (в %) графитово-керамических тиглей:
SiO2..................................... 38
А12О3 Д- Fe2O3........................... 14
Графит................................... 45
Графитово-керамические тигли применяют для плавки
металлов; по сравнению с шамотными они имеют большую
теплопроводность и больший срок службы.
Окись магния трудно реагирует с графитом, и поэтому
можно изготовлять графито-магнезиальные тигли, выдер-
живающие нагревание до 2000°.
Карборунд. Карборунд—карбид кремния—отличается хи-
мической инертностью, высокой огнеупорностью и стойко-
стью к колебаниям температуры; по твердости он близок к
алмазу и имеет высокую для неметаллического материала
электропроводность и теплопроводность. Основные окислы
металлов в раскаленном состоянии его разрушают. К кис-
лотам, кроме плавиковой и борной, он более стоек. Кис-
лород, двуокись углерода и вода действуют на него только
при температуре выше 1200° и то очень медленно. На воз-
духе его можно нагревать до 1400°, а в восстановительной
и нейтральной атмосфере—до 1800°. При температуре около
2000—2200° он распадается на графит и кремний.
Благодаря такому сочетанию свойств его применяют в
качестве огнеупорного материала для изготовления нагре-
215
вательных сопротивлений, высокоомных сопротивлений, ре-
остатов и термоэлементов (в паре с графитом).
Огнеупорные карборундовые изделия изготовляют на
керамической связке, на коксующейся органической связке
и способом самоспекания. Эти изделия особенно ценны там,
где наряду с высокой огнеупорностью требуется большая
теплопроводность и устойчивость к резким колебаниям тем-
пературы. Обычно им придают форму тиглей, труб, муфе-
лей и фасонных кирпичей; по отношению к кремнезему
и кислым силикатам они весьма стойки. Соединения бора,
основания и основные силикаты их быстро разру-
шают.
Электротехнические карборундовые изделия изготовляют
способом самоспекания из порошка карборунда, смешан-
ного с коксующимися органическими связующими, метал-
лическим кремнием и некоторыми другими специальными
добавками. При нагревании выше 1700° масса прочно спе-
кается и приобретает состав, близкий к чистому карбиду
кремния. Свойства изделий очень сильно зависят от способа
изготовления.
Так, удельное сопротивление карборундовых сопротив-
лений может варьировать от 0,01 до 1000 ом-см. Темпера-
турный коэффициент сопротивления по большей части от-
рицательный и имеет тем большую величину, чем больше ве-
личина сопротивления в холодном состоянии. Наряду с
этим встречаются изделия и с положительным температур-
ным коэффициентом сопротивления.
Лучшие сорта выдерживают нагревание до 1400°, но
бывают и такие изделия, которые быстро разрушаются уже
при 1000—1100°.
Приводим некоторые физические константы карборунда,
используемые при расчетах:
Теплоемкость...................0,18—0,16 кал/г °C
Теплопроводность........(',0275—0,6243 кал/см-сек °C
Удельное сопротивление . .	 .... от 0,1 до 0,2 ом-см
Асбест. Хризотиловый асбест является волокнистой
разновидностью серпентина (змеевика) H4Mg3Si2O9. Петит-
ная плотность 2,4—2,55. При нагревании до 650° теряет
конституционную воду и становится хрупким. Заметная
усадка появляется при 1200°. Темп. пл. 1480—1530°.
Асбест применяется в виде волокна, картона и др.
Теплопроводность асбестового волокна при свободней
216
насыпке и утряхивании 0,06—0,18 ккал!м-час °C; после
мокрого формования 0,095—0,23 ккал/м-час °C.
Теплопроводность можно вычислить по формуле Лукош-
киной:
ооо । 0,012	, 0,014 , ккал
1\ — UjUoO I  Ггй» - t I- fno -
100 1	100 я час С
где ;—объемный вес, равный от 0,1 до 1,0 кг!л.
Вследствие образования легкоплавких веществ при вза-
имодействии с глинистыми материалами асбест не пригоден
для внутренней теплоизоляции даже для печей с низкой
температурой. Если же футеровка рабочего пространства
печи сделана из магнезита, то асбест выдерживает нагре-
вание до 1450°. Асбестовый теплоизоляционный порошок
имеет объемный вес от 0,4 до 0,7 кг/л. Асбестовый картон—
прекрасный материал для внешней изоляции печей. Объем-
ный вес 0,5—0,6 кг/л. В сухом виде он плохо изгибается
и поэтому при монтаже его смачивают водой. Асбестовые
плитки легко изготовлять самому. Для этого асбестовое
волокно смачивают водой, разравнивают на доске и сушат.
Так же можно изготовлять разные фасонные детали.
Мягкий длинноволокнистый асбест дает прочные блоки
без склеивающих добавок, но к мелкому асбесту желательно
прибавлять 2—5% декстрина.
Слюда. Слюды имеют невысокую температуру плавле-
ния (1150—1300°) и поэтому являются ценным электроизо-
ляционным материалом для работы при температурах не
выше 1100°. Например, ими покрывают металлические тру-
бы, на которые нужно намотать проволоку нагревательного
сопротивления. Очень тонкий слой слюды дает надежную
электрическую изоляцию и вместе с тем хорошо проводит
тепло.
Теплопроводность слюды к около 0,0012 кал!см-сек °C.
Замазки. При монтаже нагревательных приборов и уста-
новок очень часто требуются огнеупорные замазки. Ниже
приведены рецепты изготовления некоторых замазок, при-
меняемых для высоких температур.
Асбест о-к аолиновая замазка. Смешива-
ют 1 вес. ч. асбестовой ваты и 6 вес. ч. каолина. Асбесто-
вую вату предварительно смачивают водой и превращают
в кашицу. Затем добавляют каолин и замешивают до нуж-
ной консистенции. Эта замазка выдерживает нагревание до
1000—1100°.
Каолиновая замазка. Смешивают 10 вес. ч.
каолина с 1 вес. ч. буры и замешивают с водой. После об-
217
.называния прокаливают до 600—800°. Замазка выдерживает
нагревание до 1400°.
Замазки из растворимого стекла.
Смеси растворимого стекла с карборундом, корундом, окисью
циркония, графитом и другими огнеупорными материалами
дают замазки высокой огнеупорности. Обычно замазки на
растворимом стекле хорошо держатся на металле, стекле
и фарфоре.
Смесь жидкого стекла и порошкообразного алюминия
служит в качестве краски для покрытия кожухов печей
и сушильных шкафов.
Замазка из смеси хлоридов и о к и с-
лов магния. Измельчают окись магния или цинка и
смешивают с 60%-ным раствором хлористого магния или
цинка до густого теста. Полученная замазка быстро затвер-
девает и поэтому должна употребляться немедленно.
Для невысоких температур употребляют следующие
замазки:
Глицерин с глетом. Глет прокаливают до 300°
на железном листе и по охлаждении смешивают с глицери-
ном (4 г глета+1 мл глицерина). Замазка нерастворима ни
в щелочах, ни в кислотах. Выдерживает нагревание до 270°.
Места, которые предполагают обмазывать, предварительно
необходимо смазать глицерином.
Вос к—к а н и ф о л ь. Сплавляют 1 вес. ч. воска
с 1 вес. ч. канифоли. Темп. пл. 55°. Замазка хорошо держит-
ся на дереве, стекле и металле.
Хлористое серебро. Расплавляют в фарфо-
ровом тигле хлористое серебро и нагретой кварцевой
палочкой намазывают на предварительно нагретое склеи-
ваемое место. Темп. пл. 455°. Эта замазка особенно пригод-
на для склеивания стекла с кварцем.
Сплав висмута, свинца, олова и к а д-
м и я. Сплав, состоящий из 40 вес. ч. висмута, 26 вес. ч.
свинца, 10 вес. ч. олова и 10 вес. ч. кадмия, в застывшем
состоянии хорошо держится на стекле.
ГЛАВА V
ТЕРМОРЕГУЛЯТОРЫ
Терморегуляторами называются приспособления, позво-
ляющие поддерживать в нагревательных приборах темпе-
ратуру, постоянную в узких пределах. Они основаны на
тех же принципах, что и термометры, т. е. в них исполь-
зуется изменение какого-нибудь свойства вещества с изме-
нением температуры. Конечно, с практической точки зрения
не безразлично, какое вещество и какое его свойство будут
выбраны для данного терморегулятора. Общие требования,
которые здесь можно привести, сводятся к следующему.
Вещество, выбранное для заполнения терморегулятора,
должно быть стойким при нагревании, а использованное
свойство должно изменяться по возможности линейно в за-
висимости от температуры; кроме того, изменение этого
свойства должно быть значительным.
Существует огромное разнообразие конструкций регу-
ляторов. Для этой цели могут быть использованы все
приборы, служащие для измерения температуры, не исклю-
чая и оптических.
В табл. 70 дан общий обзор терморегуляторов.
Терморегуляторы, основанные на объемном и линейном
расширении
Выбор регулятора зависит от типа и назначения прибора,
который подлежит регулированию.
Для водяных термостатов применяют главным образом
регуляторы трех типов: газовые, ртутные и толуоловые.
Принцип их действия один и тот же, и заключается в тер-
мическом расширении газа (обычно воздуха), ртути или
толуола. Устройство их также очень сходно.
219
Т ерморегу ляторы
Таблица 70
Свойство, используемое ДЛЯ 1 егулированпя температуры	Заполняющее терморегуля- тор вещество	Наименование прибора '	Область применения
Термическое объемное рас- ширение	Газ (обычно воздух, реже азот)	Воздушные регуляторы	Главным образом для регулирования термоста- тов и печей
	Ртуть	Ртутные термо- регуляторы	Почти исключительно для термостатов
		Контактные термометры	Для термостатов. Мало чувствительны, но очень портативны и удобны в обращении
	Тол..ол	Толуоловые терморегуляторы	Только для водяных тер- мостатов. Дают наиболее тонкую регулировку
Линейное расширение	Металличе- ские стержни	Металлические термометры	Главным образом для сушильных шкафов и бань. Тонкой регулировки не дают
	Биметалл ч	Бимсталл-регу- ляторы	Для воздушных термоста- тов и бань. Дают значи- тельно более тонкую ре- гулировку, чем предыду- щие
Изменение элек- тропровод- ности	Чистые металлы (не сплавы)		Регуляторы для печей и приборов с проводни- ком, имеющим большой температурный коэффи- циент сопротивления
На рис. 108 изображен простой ртутный регулятор. Он
состоит из резервуара 1 со ртутью и контактного приспо-
собления 2. Винт 3 служит для установки уровня ртути на
желаемой высоте. Пользование этим регулятором очень про-
сто. Резервуар 1 погружают в термостат, а головку регуля-
тора соединяют с одним из прерывателей нагревательного
220
тока, которые описаны ниже. Затем, поворачивая винты
3 и 2, устанавливают регулятор на нужную температуру.
Действие терморегулятора заключается в том, что если
температура в термостате поднимается выше, чем следует,
то ртуть замыкает вспомогательный ток прерывателя, а пре-
рыватель размыкает нагревающий
ток.
На рис. 109 показан ртутный
терморегулятор другой конст-
рукции, отличающийся от преды-
дущего только тем, что он не
Рис. 109. Ртутный терморегу-
лятор без полви>?<рчл частей:
1—рабочий резервуар; 2—запас-
ный резервуар; 3 и 4—отростки
со впаянными платиновыми кон-
тактами.
Рис. 108. Простой ртут-
ный регулятор:
1 — резервуар с ртутью:
контактное приспособле-
ние; 3—винт для регули-
рования.
имеет подвижных частей. Установка на определенную
температуру достигается тем, что регулятор перевер-
тывают и, охлаждая, переводят большую часть ртути
из верхнего запасного резервуара 2 в нижний рабочий 1.
Затем терморегулятор ставят в нормальное положение и
в отростки 3 и 4, имеющие впаянные платиновые прово-
лочки, наливают немного ртути, которая служит для со-
единения регулятора с прерывателем. После этого нагревают
регулятор до температуры немного выше той, которая долж-
на поддерживаться в термостате. При этом излишек ртути
вытекает в запасной резервуар 2. Этот терморегулятор бла-
годаря отсутствию подвижных частей (винтов) не подвержен
коррозии, что очень существенно для водяных термостатов.
Ртутные терморегуляторы сравнительно мало чувстви-
тельны, но зато очень портативны и удобны в обращении.
22!
В воздушных термостатах они позволяют поддерживать
температуру в пределах +5°, а в водяных + 2°.
Воздушные терморегуляторы с ртутным контактом
(рис. НО) гораздо чувствительнее ртутных терморегуляторов.
Для точных термостатов они мало
пригодны, так как чувствительны к
колебаниям барометрического давления,
но зато могут применяться для воз-
душных бань и печей. В этих случаях
резервуар 1 выполнен из фарфора или
из металла. Точность регулировки: в
печах от ±5 до ±10°, в воздушных
термостатах ±3°.
Наиболее подходящими для точных
термостатов являются толуоловые регу-
ляторы. Конструкция толуолового тер-
Рис. ПО. Воздушный
терморегулятор:
1 — воздушный резерву-
ар; 2—ртутный контакт.
Рис. 111. Схема включения толуолового термо-
регулятор а:
1—резервуар для толуола; 2—расширение капилляр-
ной трубки; 3—отводная трубка; 4—прерыватель тона;
5—делитель напряжения.
морегулятора ясна из рис. 111, на котором показано также
включение такого регулятора в агрегат. Толуоловые регу-
ляторы при хорошем выполнении имеют чувствительность
0,01° и дают возможность поддерживать температуру водя-
ного термостата в пределах 0,1°.
222
Рис. 112. Ртутный вакуумный элект| о-
магнитный прерыватель:
1—установочные винты; 2—возвратная пру-
жина; 3—якорь электромагнита; 4—катушка
электромагнита; 5—контакты; 6—точка за-
крепления рычага, педдсряшрающего трубку
со ртутью; 7—рычаг.
Так как эти регуляторы приходится наполнять толуолом
и ртутью в лаборатории, то не лишним будет описание спо-
соб их наполнения. Прежде всего, толуол не должен со-
держать низкокипящих примесей и должен иметь нейтраль-
ную реакцию. Поэтому продажный технический толуол очи-
щают перегонкой над негашеной известью и отбирают фрак-
цию, кипящую между 108 и 115°. Ртуть очищают взбалты-
ванием с азотной кислотой и фильтрованием через проко-
лотый бумажный фильтр.
Осторожно нагрев резервуар 1 регулятора на горелке,
вливают очищенную рттть в расширение, имеющееся в верх-
ней части капилляра 2.
При охлаждении резер-
вуара 1 ртуть втяги-
вается в него. Обычно
требуется 10—20 мл
ртути. Затем снова на-
гревают резервуар и
погружают боковой от-
росток 3 головки регу-
лятора в толуол. При
охлаждении толуол втя-
гивается в резервуар.
Эту операцию повторя-
ют до тех пор, пока
весь воздух не будет
вытеснен из резервуара
и капилляра. После это-
го регулятор ставят в
нормальное положение, вливают в верхнее расширение 2 еще
немного толуола и сильно охлаждают резервуар холодной
водой или снегом. При последующем нагревании регулятора
до комнатной температуры ртуть должна подняться в капил-
ляре до самого верха. После этого избыток толуола над
ртутью удаляют пипеткой и регулятор помещают в термо-
стат на свое место.
В цепь регулятора включают механизм, приводящий
в действие ртутный прерыватель 4 нагревательного тока.
Регулятор питается от силовой сети током, пропущенным
через делитель 5 напряжения. Схема ртутного прерыва-
теля приведена отдельно на рис. 112.
Ток регулятора проходит через катушку 4 электромаг-
нита и притягивает якорь 3, который соединяется с рыча-
гом 7, закрепленным в точке 6. Когда рычаг выходит
223
из горизонтального положения, ртуть стекает и размыкает
нагревательный ток, который подводится к контактам 5.
Чтобы воспрепятствовать загрязнению ртути, ее заклю-
чают в стеклянную трубку, из которой выкачан воздух.
Все подобные приспособления, дающие возможность
регулировать сильный ток током малой мощности, назы-
вают реле.
Электромагнитный прерыватель другого типа изображен
на рис. 113. Принцип его действия тот же, что и предыду-
щего. Сам прерыватель со-
стоит из чашечки с ртутью
и платинового острия. Эта
система менее практична,
чем предыдущая, но легче
может быть
собственными
лаборатории,
прерывателей
только для сравнительно
слабых токов (до 600 вт}
и применяются, главным-
образом, для водяных тер
Рис. ИЗ. Электромагнитный прерыва-
тель с платиновой иглой и чашечкой
с ртутью.
выполнена
средствами
Оба типа
пригодны
мостатов и других мелких
приборов.
Описанные выше регуляторы можно включать только
в цепь очень низкого напряжения (3 —12 в), источником
тока для которой может служить гальванический элемент,
«звонковый» трансформатор или делитель напряжения.
Необходимость пользования низковольтным током вы-
зывается тем, что в момент размыкания и замыкания тока
между платиновым острием и ртутью проскакивают искры,
вследствие чего поверхность ртути загрязняется и регуля-
тор начинает плохо работать. При токе низкого напряжения
искры почти не образуются и регулятор при этом работает
гораздо правильнее.
Следует еще иметь в виду, что при искрении на контакте
с ртутью могут выделяться ртутные пары, которые очень
ядовиты. Поэтому описанный выше прерыватель можно ре-
комендовать только для временных установок.
Общие схемы терморегуляторов ясны из предыдущего.
В частных же случаях они могут сильно различаться между
собой. Имеются терморегуляторы, в которых используется не
объемное, а линейное расширение твердых тел. Чаще всего
встречаются приборы с пластинками или лентами из биме-
224
сваренных между сооои по длине,
пластинки она искривляется вслед-
Рис. 114. Стержневой терморегулятор:
1 — острие терморегулирующего стержня; 2 —
шляпка пружины; 3—пружина; 4—неподвижное
острие; 5—контакт вспомогательного тока; 6—го-
ловка установочного винта; 7—ось установоч-
ного винта с делениями; 8—контактный штифт
с платиновым наконечником.
галла и металлическими стержнями, имеющими различные
коэффициенты расширения.
Биметаллом называется пластинка, состоящая из двух
металлических полос,
При нагревании такой
ствие разности коэф-
фициентов теплового
расширения обоих
сваренных металлов,
и это искривление
используется для за-
мыкания или размы-
кания тока в реле.
Такими регулятора-
ми оборудованы мно-
гие воздушные тер-
мостаты; они поддер-
живают температуру
в пределах от ±2
до +5°.
«Металлические
термометры» широко
используются для са-
мых различных при-
боров, начиная от
сушильных шкафов,
воздушных бань и
кончая печами. Ме-
таллический термо-
метр состоит из стержня, вставленного в трубку из другого
металла (иногда вместо трубки пользуются прямо кожухом
нагревательного прибора). Один конец стержня укреплен
наглухо, а другой имеет острие 1, упирающееся в шляпку 2
пружины (рис. 114). Устройство контакта следующее.
Пружина 3 прижимает шляпку 2 к стержню 1 и непо-
движному острию 4. При расширении стержня 1 шляпка
поворачивается и размыкает платиновый контакт 5, через
который проходит вспомогательный ток, возбуждающий
реле. Каждый поворот головки 6 установочного винта от-
вечает определенному числу градусов. Стержни 1 для тем-
пературы до 250° делают из алюминия, для температур до
400°—из латуни, никеля, а также из кварцевого стекла.
Такие терморегуляторы позволяют поддерживать в воздуш-
ных термостатах температуру в пределах от +5 до ±10°.
15 в, с, Веселовский и др4
225
Рис. 115. Схема'терморегулирую-
щего агрегата с ртутным реле:
1—пружина; 2—пггпФт; 3—регулиро-
вочный винт: 4—спираль накала;
5—ртутный контакт; 6—добавочное со-
противление; 7—нагревательное со-
противление.
Схема терморегулирующего агрегата с рТутиым реле покй^
зана на рис. 115. При включении в сеть холодного прибора на-
гревательная цепь разомкнута, а боковая цепь реле замкнута
(пружина 1 прижата к штифту 2). По этой цепи пойдет сла-
бый ток, так как в нее включено большое добавочное со-
противление 6, и этот ток на-
калит спираль 4. Газ в пра-
вом баллоне расширится и
заставит замкнуться ртут-
ный контакт 5. Только по-
сле этого в нагревательной
цепи пойдет ток. Когда
температура прибора достиг-
нет известного предела,
контакт 1 разомкнется и
прервет ток в боковой цепи;
газ в баллоне охладится и
разомкнет ртутный контакт 5.
Это вызовет охлаждение
прибора, замыкание кон-
такта 1 и т. д. Прерывания
и замыкания тока быстро
следуют друг за другом. Ре-
гулируя винт 3 и добавочное
сопротивление 6, можно по-
лучить любую мощность и
тем самым поддерживать же-
лаемую температуру с точ-
ностью до +5°.
Такими металлическими
терморегуляторами обычно
оборудуют приборы, работаю-
щие при температурах до 400°. Реже они применяются для
печей. В этом случае стержень помещают не в рабочее про-
странство печи, в котором температура слишком высока,
а в тепловую изоляцию печи.
Общим недостатком металлических регуляторов являет-
ся их неустойчивость по отношению к коррозии, да и чувст-
вительность их оставляет желать много лучшего. Стержне-
вые регуляторы служат более или менее удовлетворительно
только в сушильных шкафах. Биметаллические регуляторы
наиболее пригодны для воздушных термостатов с рабочей
температурой до 200°, например для бактериологических
термостатов.
226
Т ерморегу ляторы,
основанные на изменении электропроводности
Существуют терморегуляторы, действие которых осно-
вано на изменении сопротивления нагревательной спирали
печи. Поэтому они могут применяться только для печей
с нагревателем, имеющим
высокий температурный
коэффициент сопротивле-
ния, каким обладают мо-
либден, платина, никель
и т. п. Такой терморегу-
лятор состоит из катушек
1 и 2, маятника 3, ртут-
ного прерывателя 4, уста-
новочного реостата 5 и
выключателя 6 (рис. 116).
Словами «сеть», «реостат»,
«печь» обозначены точки
включения тока, реостата
и печи.
Терморегулятор ве-
шают вертикально на
стену и следят за тем,
чтобы маятник 3 качался
беспрепятственно. Для
проверки последнего от-
винчивают установочный
винт 7 до отказа. При та-
ком положении маятник
должен свободно качаться
Рис. 116. Схема терморегулятора для
печей, нагреватели которых имеют
большой температурный коэффициент
сопротивления:
1 и 2—катушки электромагнитов; 3—ма-
ятник, оканчивающийся сердечником
электромагнитов; 4—ртутный прерыватель;
5—установочный реостат; 6—выключатель;
7—установочный винт; S—контакт; 9—на-
гревательная спираль ртутного прерыва-
теля.
между установочным вин-
том 7 и контактом 8. Затем установочный винт ввинчивают
до легкого соприкосновения с маятником.
При включении рубильника сети катушка 1 притягивает
якорь маятника 3 сильнее, чем катушка 2, и поэтому кон-
такт 8 размыкается и ток через нагревательную спираль 9
ртутного прерывателя 4 не идет. С повышением температуры
печи ее сопротивление увеличивается, а сила тока в ней
уменьшается. В некоторый момент притяжение катушки 2
становится сильнее, чем катушки 1, и маятник 3 замыкает
контакт 8. Это влечет за собой нагревание спирали 9; газ
в прерывателе 4 расширяется и перегоняет ртуть в левый
резервуар, вследствие чего ртуть размыкает нагревательный
15*
227
ток печи и катушки 2; маятник 3 переходит в начальное
положение и выключает спираль 9; газ в прерывателе 4
охлаждается, и ртуть, входя в прерыватель, опять замыкает
ток, нагревающий печь; чтобы это замыкание произошло
не слишком быстро и печь успела охладиться, ртуть про-
ходит через стальную диафрагму с маленьким отверстием,
которая замедляет перетекание ртути.
Установка регулятора на нужную температуру печи
производится при помощи установочного реостата 5. Для
этого после нагрева печи до желаемой температуры дви-
жок реостата 5 медленно передвигают налево до тех пор,
пока катушка 2 не притянет к себе маятник 3. В дальней-
шем регулятор начинает действовать автоматически.
Более точная регулировка достигается при помощи вин-
та 7; при вывинчивании его температура повышается, а при
ввинчивании понижается.
Для мелких приборов применяют регуляторы, в которых
маятник заменен пружиной из биметалла. Эти регуляторы
долговечнее и значительно дешевле предыдущих; в них
часть или весь нагревательный ток пропускают через спи-
раль, внутри которой расположена пружина из биметалла.
Это вызывает нагревание и изгибание биметалла, который
и замыкает вспомогательный ток ртутного реле. Установка
на желаемую температуру достигается ввинчиванием или
вывинчиванием винта.
Преимущество терморегуляторов по сравнению с рео-
статами совершенно очевидно. При включении их в цепь
приборов большой мощности они дают значительную эко-
номию энергии, так как при этом не происходит бесполез-
ной потери энергии, потребляемой в реостатах. При нали-
чии терморегулятора реостатом пользуются только при
пуске печи и через 10—15 мин. совершенно выводят его
из цепи. Насколько такая экономия может быть значительна,
видно из следующего. Если печь, рассчитанную на макси-
мальную температуру в 1400°, используют при 700° и сни-
жают степень нагрева до этой температуры при помощи
реостата, то только одна четвертая часть мощности, по-
требляемой из сети, используется в печи; остальные три
четверти теряются в реостате. Кроме того, регулирование
температуры реостатами требует постоянного надзора вслед-
ствие колебаний напряжения в сети, а терморегуляторы не
чувствительны к колебаниям напряжения сети до 10%.
Как было уже сказано, терморегуляторы такого типа
непосредственно могут присоединяться только к таким при-
228
борам, нагревательные сопротивления которых имеют боль-
шой температурный коэффициент сопротивления, т. е. сде-
ланы, например, из чистых
металлов: платины, мо-
либдена, никеля и т. д.
Однако ими можно поль-
зоваться и для приборов
с любыми другими нагре-
вательными сопротивле-
ниями, если в арматуру
печи вделать специальную
спираль из материала,
имеющего большой темпе-
ратурный коэффициент со-
противления.
Описанные терморегу-
ляторы изготовляют для
приборов мощностью до
3,5 квт\ они дают в печах
постоянную температуру
в пределах 10—20°.
Внешний вид терморегу-
лятора показан на рис. 117.
Рис. 117. Внешний вид терморегу-
лятора.
Использование в качестве терморегуляторов приборов
для измерения температуры
Как было отмечено в начале этого раздела, все приборы,
служащие для измерения температуры, могут быть исполь-
зованы как терморегуляторы в соединении с соответствую-
щими механизмами. Примером может служить агрегат, со-
стоящий из обычной термопары, например платино-родие-
вой, и гальванометра высокой чувствительности—такого
же, который употребляется для измерения температуры.
Этот гальванометр снабжен особым контактным приспособ-
лением, которое замыкает ток реле. Когда агрегат правиль-
но установлен, обращение с ним крайне просто, а именно:
контактное приспособление устанавливают на циферблате
гальванометра против той температуры, которую желают
иметь в печи. Когда стрелка гальванометра достигнет этой
температуры, она замкнет контакт цепи реле, а реле разомк-
нет нагревательный ток. Точность регулировки в пределах
229
Аналогично устроены регуляторы с контактными галь-
ванометрами, соединенные с термометром сопротивления.
Они дают более точную регулировку и применяются для
температур до 700°.
Несмотря на многие преимущества, которые могут быть
получены при пользовании терморегуляторами, эти при-
боры требуют очень внимательного с ними обращения. Кро-
ме того, не следует рекомендовать установку терморегуля-
торов на таких приборах, для которых точной регулировки
совсем не требуется (например, плиты и бани). Из-за малой
мощности этих приборов экономия энергии не оправдывает
покупку дорогого регулятора.
Напротив, для термостатов, больших печей, и в особен-
ности промышленных, следует рекомендовать применение
терморегулятора.
Редактор Ф. Б. Рабинович Технический редактор 0. В. ЗаЛышкина
Т 07788.	Подписано к печати 17 X 1951 г.
Бумага 84х108‘,'за=3,625 бумажных—11,89 печ. листа. Уч.-издат. листов 12,8.
Тип. знаков в 1 печ. листе 43000. Тираж 7000 эка. Зак. 425. Цена 9 р. 80 к.
Типография Госхимиздата. Москва, 88, Угрешская.
ЗАМЕЧЕННОЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть
14	8 снизу	0,03	0,003
89	10 сверху	Vr	ve
114	Табл. 30, графа 2-я	5-73	5,73
129	Табл. 36, графа 3-я	0-10	>10»
	справа		
168	Табл. 52, заголовок	Речные	Печные
190	23 сверху	мфельных	муфельных
190	24 сверху	приуедены	приведены
190	25 сверху	изобвражена	изображена
198	Подпись к рис. 107	кислотно-ацетиленовая	кислородно-ацеггиленовая
223	3 сверху	способ	способа
В. С. Веселовский и др.