实验室用小型井式熔铝炉(5kg)技术方案

一、简介

本方案所述设备是一款专为实验室、科研院所及小批量贵金属熔炼设计的小型井式电阻熔铝炉。该炉型设计极致紧凑,升温迅速,控温精度高,操作简便安全。采用优质保温材料与智能控温系统,能在洁净的实验环境下高效完成铝、锌等低熔点金属的熔炼、保温和浇铸工作,是材料研究、合金制备、教学演示的理想设备。

二、 遵循标准

GB/T 10067.1-2019 《电热装置基本技术条件 第1部分:通用部分》

GB 5959.1-2019 《电热装置的安全 第1部分:通用要求》

JB/T 2379-2016 《金属管状电热元件》

ISO 9001 质量管理体系(对制造商要求)

相关电气安全(CE认证或要求可根据需求提出)

三、用途

实验室中铝、锌、锡、铅及其合金的熔炼与制备。

新材料研发中的合金化研究与热处理。

小型精密铸件的浇铸准备。

高等院校材料科学与工程专业的教学实验和演示。

四、工作原理

基于电阻加热原理。电能通过嵌入炉膛内部的高电阻电热合金丝(或硅碳棒/硅钼棒,根据最高温度选择)转化为热能。热量以辐射方式直接作用于坩埚,坩埚再将热传导给内部金属料。炉温由插入炉膛的热电偶实时检测,并将信号反馈至智能PID温控仪,温控仪通过调节输出功率(通常采用固态继电器SSR进行过零触发调节),形成一个闭环控制系统,从而实现高精度的程序升温和恒温控制。

五、主要技术参数

电炉名称：实验室用小型井式熔铝炉(5kg)

电炉型号：STR AMF1520-8

额定功率：4 - 6 kW (可调)

电源电压：220 V AC,单相,50/60Hz (可订制110V)

额定温度：1000 ℃ / 1200 ℃ (可选)

常用工作温度：700 - 900 ℃

最大装料量：5 kg (铝水)

坩埚规格：Φ100×150 mm (石墨或氧化铝陶瓷坩埚)

空炉升温时间：≤ 45 分钟 (室温至900℃)

控温精度：± 1 ℃ ~ ± 2 ℃

炉膛尺寸：Φ150×200 mm

外形尺寸：≈ Φ400×500 mm (炉体)

设备净重：≈ 50 kg

六、 可增选配置

多段程序控温仪:支持30段以上程序设定,可存储多条复杂工艺曲线。

惰性气体保护系统:集成流量计、阀门和管路,可在熔炼时通入氩气或氮气,防止金属氧化。

数据记录与通讯接口:配备USB或RS485接口,可连接电脑,实时记录并导出温度-时间曲线。

触摸屏人机界面(HMI):取代传统仪表,操作更直观,可显示实时温度曲线。

底部装料式炉体:炉体可升降或炉底可开盖,方便更换不同材质的坩埚或进行底部搅拌。

真空系统:配置真空罐与机械泵,实现真空熔炼。

便携式浇铸工具包:含专用坩埚钳、浇铸勺、除渣剂等。

七、结构特点 

炉体结构:采用双层冷板外壳,中间空气隔热,表面静电喷塑,防锈且美观。整体为立式井式结构,最大化减少散热面积。

炉衬设计:采用全纤维模块化结构。使用1260型或1400型陶瓷纤维模块拼砌而成,热容量极小,升温速度快,节能效果显著(停机后热量散失快,便于下次实验)。炉衬更换极为简便。

加热元件:

选项A(标准):采用0Cr27Al7Mo2铁铬铝合金丝绕制成螺旋状,均匀布置在炉膛四周,通过陶瓷搁丝砖固定。成本低,满足大多数铝熔炼需求。

选项B(高温/长寿命):采用硅碳棒(SiC) 或 硅钼棒(MoSi2) 作为加热元件,最高温度可达1400℃以上,寿命更长,适用于更高熔点的金属或研究。

炉盖:轻量化设计,内置保温层。标配透明石英玻璃观察窗,便于实时观察炉内熔炼情况,并设有热电偶插入孔和保护气进气孔。

温控系统:核心为智能30段PID程序控温仪,具备自整定功能,无超调、无欠调,控温精准。配合K型(0-1200℃)或S型(0-1600℃)热电偶及固态继电器(SSR),实现无火花、长寿命的精确功率调节。

电气系统:集成于炉体侧方或后方的紧凑型电控盒内,布局整洁。设有电源开关、加热开关、仪表、电流表及报警指示灯。过流、过载、超温(双保险) 保护齐全,确保实验室用电安全。

八、标准配置

井式炉体(含炉衬、加热元件) ------------ 1套

智能PID程序控温仪及热电偶 -------------- 1套

高纯石墨坩埚(Φ100×150mm) ------------ 1个

实验专用坩埚钳 -------------------------- 1把

使用说明书、合格证、保修卡 -------------- 1套

九、易损件

加热元件:电热丝或硅碳/钼棒,属消耗品。

热电偶:长期在高温下工作,热电特性会衰变,需定期校准或更换。

石墨坩埚:每次使用都会有损耗,是常规消耗品。

观察窗石英玻璃:防止刮花和破裂。

十、使用寿命

炉体结构:10年以上。

炉衬:3-5年(视使用频率和温度)。

标准加热元件:1-2年(正常使用下)。

硅钼棒加热元件:2-4年(避免暴露在有害气氛中)。

十一、 售后与质保

整机质保期:12个月(自验收合格之日起)。

质保期内,免费维修或更换因制造质量引起的故障部件。

终身提供技术支持和有偿维修服务。

提供远程电话、视频技术支持,必要时可安排工程师上门服务。

十二、包装与运输

整体包装:炉体与电控系统整体采用高强度多层板木箱包装,内部用泡沫和珍珠棉紧固填充,防震防潮。

配件:坩埚、工具等小件另用纸盒包装后置于木箱内空位。

包装外部清晰标注“向上”、“防潮”、“轻放”等标识,并包含设备名称与型号。

运输方式一般为快递或汽运物流,确保安全送达实验室。

十三、使用注意事项

加热元件相关:

严禁超温:绝对禁止超过加热元件允许的最高使用温度。

防潮:长期闲置后首次使用或实验室环境潮湿时,必须在200-300℃进行1-2小时的烘炉,以排除炉内潮气,防止加热元件因急热而开裂。

防接触:加料、搅拌、取样时,所有金属工具不得触碰加热元件,防止短路或机械损伤。

气氛影响:铁铬铝元件在含硫、氯等气氛中寿命会缩短;硅碳棒不耐碱金属蒸气。

通用安全:

个人防护:操作时必须佩戴耐高温手套、防护眼镜、实验服。

环境要求:设备应放置在稳固、平整、通风的实验台上,周围无易燃易爆物品,远离化学品。

电气安全:确保设备良好接地。电源线规格须能满足设备最大功率要求。

坩埚检查:每次使用前必须检查坩埚是否有裂纹或严重侵蚀,严禁使用已损坏的坩埚。

冷却:熔炼结束后,不可立即打开炉盖急冷,应让其随炉自然冷却,以保护炉衬和加热元件。

十四、操作方法

准备:将设备放置稳固,连接好电源。检查炉内是否清洁,坩埚是否完好。

装料:将清洁干燥的金属料放入坩埚,料块大小适中,不要装得过满。

设定程序:打开电源开关,在温控仪上设定所需的升温程序(如:从室温以10℃/min升至750℃,保温30分钟)。

启动:按下“加热”按钮,设备开始自动按程序运行。

观察:通过观察窗观察熔化过程。如需添加合金元素,可用预热后的工具从加料孔小心加入。

保温浇铸:达到目标温度并保温结束后,戴好手套,用坩埚钳将坩埚平稳夹出,进行浇铸或取样。

结束:浇铸完毕后,将空坩埚放回炉内或取出放置于耐火砖上。将温控仪设定值归零,关闭加热开关,最后关闭电源总开关。

清理:待炉体完全冷却后,清理炉膛内的碎屑和溅出的残渣。

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