馬弗爐原理機(jī)構(gòu)和主要部件

馬弗爐是一種實(shí)驗(yàn)室通用的加熱設(shè)備，還可稱為電爐、電阻爐、茂福爐、馬福爐。主要用于各種有機(jī)物和無機(jī)物的灰化、磺化、熔融、烘干、臘燒除、熔合、熱處理以及灼燒殘?jiān)?、燒失量等的測試。目前實(shí)驗(yàn)室常見馬弗爐包括電熱馬弗爐、微波馬弗爐和燃?xì)怦R弗爐三種。本文主要介紹其原理機(jī)構(gòu)和主要部件。

1、原理和結(jié)構(gòu)

電熱馬弗爐、微波馬弗爐和燃?xì)怦R弗爐顧名思義區(qū)別在于加熱原理。電熱通過電流流過具有一定電阻的導(dǎo)體，使導(dǎo)體產(chǎn)生焦耳熱而不斷提供外部熱能。加熱元件把電能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生高溫。微波馬弗爐將電能轉(zhuǎn)換為微波，再轉(zhuǎn)換為熱能。

爐膛內(nèi)的材料或者被加熱物體本身吸收微波后產(chǎn)生熱量，既而產(chǎn)生高溫，結(jié)構(gòu)包括磁控管、轉(zhuǎn)波機(jī)構(gòu)、微波屏蔽腔體、電機(jī)控制元件、溫控元件和吸波加熱材料。微波加熱作為一種綠色高效的加熱方法，與常規(guī)的加熱方法相比，具有挑選性加熱、升溫速率快、反應(yīng)時(shí)間短、易于自動(dòng)控制、可下降化學(xué)反應(yīng)溫度等優(yōu)點(diǎn)。燃?xì)怦R弗爐是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，當(dāng)燃料在爐腔內(nèi)燃燒時(shí)，燃燒過程當(dāng)中化學(xué)能將轉(zhuǎn)換為熱能，產(chǎn)生高溫。燃?xì)怦R弗爐在這三種馬弗爐中是結(jié)構(gòu)最簡單的一種，加熱腔體大、加熱速度快，溫度控制靈活。

2、主要部件

三種馬弗爐除加熱元件不同外，其他部件差異不大，包括保溫材料、爐膛、溫控元件和電機(jī)控制元件。

（1）加熱元件

傳統(tǒng)電熱馬弗爐的加熱元件大體分為合金加熱絲和硅化合物。合金電熱絲具有可塑性強(qiáng)、易修復(fù)的特色，但其抗氧化性能相對較弱，若爐內(nèi)為碳?xì)夥?、硫氣氛以及氫、氮?dú)夥盏?，對元件在高溫使用下都有一定的腐蝕。硅化合物加熱元件具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、壽命長、高溫變形小、安裝更換方便的優(yōu)點(diǎn)。但是，硅化合物性脆，機(jī)械強(qiáng)度不高，容易在使用過程當(dāng)中物理損壞。此外，硅化合物的加熱元件損壞后只能更換，不易維修。目前，常用的合金加熱絲主要包括奧氏體組織的鎳鉻合金和鐵素體組織的鐵鉻鋁合金。硅化合物主要有碳化硅和二硅化鉬。商品化的微波馬弗爐采用的加熱方式主要有兩種。一種是通過內(nèi)襯吸波材，如碳化硅板，間接對物料或者器皿進(jìn)行加熱。另一種是直接對盛裝物料的器皿進(jìn)行加熱。器皿的材質(zhì)為吸波材料，如碳化硅或者二氧化鋯。表1對比了常用加熱元件性能。

（2） 保溫材料

目前使用的保溫材料主要包括耐火磚和陶瓷纖維，根據(jù)溫度不同，選用不同保溫材料，對于溫度高于1600度的高溫爐或超高溫爐，必須使用氧化鋯保溫，否則爐子的壽命非常短。

（3）爐膛

爐膛主要包括四種材質(zhì)：1）耐火材料拼成，造價(jià)不高，受熱受限制；2）高溫鋁爐膛，適應(yīng)試驗(yàn)不含碳的實(shí)驗(yàn)；3）碳化硅爐膛，升溫速度不快 ，溫度加熱比不錯(cuò)，而且吸收微波性能強(qiáng)；4）陶瓷纖維爐膛，這種爐膛造價(jià)高，優(yōu)點(diǎn)是升溫速度快，但是局部溫度容易過高，容易燒毀爐膛。

（4）溫度控制

馬弗爐的溫度控制主要包括溫度測量、溫度控制器、加熱驅(qū)動(dòng)部件、電熱元件及輔助電路等。

溫度測量通常采用接觸式熱電偶溫度傳感器和非接觸式光電高溫計(jì)。對于馬弗爐一般采用熱電偶進(jìn)行接觸式測量。按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)分度，熱電偶分為S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。

挑選熱電偶要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測定對象的性能、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。S型、B型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用，J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛，若使用氣密性比不錯(cuò)的保護(hù)管，如鎧裝熱電偶，對氣氛的要求就不太嚴(yán)格。

如果控制精度要求不高，溫度控制器可采用模擬控制器，否則采用數(shù)字式控制器。電機(jī)控制元件一般由動(dòng)圈式儀表、數(shù)字式溫度指示調(diào)節(jié)儀或智能化數(shù)字顯示控制儀表和加熱驅(qū)動(dòng)部件組成。加熱驅(qū)動(dòng)部件起著功率放大的作用，常用的有接觸器、繼電器、可控硅或固態(tài)繼電器、晶閘管調(diào)節(jié)器以及變壓器等。采用繼電器的控制箱噪音大，控制精度低，壽命短；采用可控硅的控制箱噪音小，控制精度高壽命也較長。