实验室马弗炉的作用及其原理

实验室马弗炉的作用及其原理

采用马弗的主要目的是使工件免受燃烧产物的影响。另外一个目的则是消除工业炉马弗壁“燃烧侧”温度的不均匀性。如果仅仅为了温度的均匀化而采用马弗则往往将它的顶部做成开敞的，这就是所谓半马弗。但一般的马弗是把工件的四周全都包围起来，如图58所示。有的马弗是用来包围燃烧气的，这种马弗通常就是一些管子，叫做辐射管（见图16>。把工件四周全都包围起来的马弗，其加热能力：燃烧产物m58马弗炉決定于工件表而积、工件黑度和马弗内璧状况（温度、面积、黑度）。但在这些变数彼此相同的情况下，马弗的加热能力仍然略小于直接燃烧式炉（具有同样壁温）的加热能力，这是因为燃烧产物比炉壁热，而马弗内却没有燃烧产物。

       对于把工件四周全都包围起来的马弗，必须注意以下情况，即：马弗壁具有热阻，因而马弗壁的内_要比外侧冷。又因为马弗是位于炉壁与工件之间的一个辐射屏，这个辐射屏能使传热量(指固体的辐射传热）减少一半，所以马弗壁的外侧又比马弗周围的炉壁耐火材料冷。这一点可以用下述推理予以证明：设温度为的面积向着温度为：r₂的同样大小的面积w进行辐射.，那么每小时的传热量Q=(7V—7V)。如果有一个极其薄的薄壁介于这两个面积之间，那么这个薄壁很快就会达到一个中间的温度为了使温度保持平衡，这个介午中间的薄壁必须把它从高温面积那里所接受到的热量*辐射给低温面积。由此，可以导出下述两个屮间方程式，BP：

0/(kA)=7V-7V和Q/(kA)-7V将这两个方程式相加，中间温度就被消掉。结果就得出Q=^lAkA(7V—7V)，这一方程式证明，即使无限薄的马弗也会把固体的辐射传热挡掉一半。然而，火焰辐射并不遵循四次方定律，所以实际：减掉的传热量应略少于一半。

        马弗的加热能力还受马弗壁的强度和寿命所限制。这一情况可以举一个例子予以说明。假设要把钢料放在图58所示的炉子里加热到540°C，并假设钢料的加热速度为122公斤/米时，那么，从图26或27，传给毎公斤钢料的热量应等于138千卡。毎小时每平方米炉底面积所传给钢料的热量应等于122x138=16840千卡。在普通情况下，马弗的传热表面与炉底面积之比大约是3。按照这个数值，每平方米马弗表面必须传递5650千卡/时。如果马弗是用耐火粘土制成的，其平均导热系数为1.115千卡/米?时-C，又如果马弗壁厚度为25毫米（=0.025米），那么在这一例子所说的情况下，通过马弗壁的温度降应等于^^x0.025=126°C。显然，如果马弗壁厚度为50毫米，那么温度降就应该是252°C；如果马弗壁厚度为6毫米，那么温度降就只有30°C。在第7章内将证明，如果每小时每平方米壁面所传递的千卡破和厚度（毫米）的乘积超过了一定数值，那么耐火粘土质的马弗就不可避免地会发生开裂。如果马弗是用精选的材料精制而成，则这些数值可达135600左右；如果是用较差的材料粗制而成，则此数值会低至33900。-到现在这个例子，那就是说：质量的马弗，其厚度可达毫米；而质量较差的马弗，其厚度只能是毫米，否则就会发生开裂。

       用耐火粘土所制成的马弗，其内外两側的壁温相差极大，这不仅会使马弗的加热能力降低，并且会使燃烧产物的离炉温度太高。由于这双重原因，马弗壁就必须用导热系数高而耐热性能好的材料制成，而且要尽可能做得薄一些。因此，.zui适用的马弗壁材料是合金钢和碳化硅。

装有辐射管（即包闱在火焰之外的马弗管）的炉子，其加热能力是被时间内管子辐射的能量所限制，这种箱射管在连续式炉内用得多些，。