Author: Шманенков И.В.   Веселовский В.С.  

Tags: химия   теплотехника   лабораторные работы   эксперименты   аппараты химической технологии  

Year: 1947

Similar

Нагревательные приборы в лабораторной практике

Техника лабораторного эксперимента в химии

Техника лабораторных работ

Техника лабораторных работ

Text 
                    

В. С. ВЕСЕЛОВСКИЙ и И. В. ШМАНЕНКОВ
f
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
В ЛАБОРАТОРНОЙ ПРАКТИКЕ
ИЗДАНИЕ 4-е ПЕРЕРАБОТАННОЕ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ’’ '
ХИМИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА Ю47 ЛЕНИНГРАД


15-4-3
Книга представляет собой руководство по лабо-
раторной теплотехнике и предназначена для
работников химических, контрольно-заводских
и учебных лабораторий. Она содержит система-
тическое описание принципов устройства и
конструкций лабораторных и нагревательных
приборов, а также указания по нх иоименеиию.
К ЧИТАТЕЛЮ
Издательство просит присылать Ваши за-
мечания и отзывы об этой книге по адресу:
Москва, Новая площадь, д. 10, подъезд 11,
Госхимиздат.


СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие................................................ 5
Часть I. Лабораторная теплотехника
Принципы устройства нагревательных	приборов. .............. 7
Передача тепла............................................. 8
Коэфициент полезного действия............................... 15
Тепловой баланс.............................................  16
Часть И. Электронагревание
Превращение электрической энергии	в	тепло................. 19
Приборы для температур от 30 до 400° . . . . •............ 21
Плиты (21). Бани (25). Сушильные шкафы н термо-
статы (27). Специальные приборы (28).
Печи с металлическим нагревателем для температур до 1100° .	31
Тигельные печи (32). Муфельные печи (32). Трубчатые
печи (34). Печи с внутренним нагревателем (38).
Печи для температур выше 1100°............................ 39
Печи с платиновой фольгой (39). Печи с внутренним на-
гревателем из платиновой проволоки (41). Каскадные
печи (41). Молибденовые печи (43). Вольфрамовые
печи (44;. Печи с карборундовым нагревателем (45).
Печи с жидким нагревателем (50). Угольные трубчатые
и тигельные печи (50). Криптоловые печи (53).
Дуговые печи.............................................. 60
Индукционные печи ......................................   62
Общие указания для работы с электрическими приборами ...	67
Электрификация лаборатории (67). Работа с электриче-
скими приборами (Z4). Реостаты (74). Расчет реоста-
тов (78).
Обзор тепловых характеристик приборов разных типов ....	79
Ремонт приборов.............................................. 79
Замена нагревателя (82).
Материалы для проводников тока............................... 89
Часть III. Приборы, работающие на газовом, жидком и твердом
топливе
Нагревание газом........................................
Карбюрирование воздуха.................................
104
111
1*
3

Газогенераторы......................................... ИЗ
Газовые приборы........................................ И 7
Горелки (117). Паяльная трубка (125). Газорегуляторы и
газомеры (127). Газовые печи (129).
Печи, работающие на жидком и твердом топливе............ 136
Воздуходувки для газовых и керосиновых печей............ 146
Часть IV. Вспомогательные материалы и приборы
Огнеупорные и термоизоляционные материалы . ............ 147
Глина (150). Пористые термоизоляционные блоки (151).
Фарфор (152). Шамот (154). Кварц (157). Динас (157).
Диатомит, трепел, опока (158). Плавленый кварц (159).
Окись магния (159). Хромит (161). Окись циркония (161).
Коруид (162). Графит и уголь (163). Карборунд (164).
Асбест (165). Слюда (165). Замазки (166).
Терморегуляторы......................................... 167
Типы терморегуляторов (167). Регуляторы, основанные на
расширении (167). Регуляторы, использующие изменение
электропроводности проводников с температурой (175).
Терморегуляторы, соединенные с приборами для измерения
температуры (177).
Приложение 1 Допустимая сила тока для проводов ...	179
Приложение 2. Перечень инструментов, необходимых для
работы с нагревательными приборами.................. 180
Предметный указатель.................................... 181

ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга написана на основании опыта термической ла-
боратории Всесоюзного института минерального сырья.
Она предназначается в качестве руководства по лабора-
торной теплотехнике для широкого круга работников
исследовательских, заводских и учебных лабораторий.
В ней описаны принципы устройства и типы лаборатор-
ной нагревательной аппаратуры, обращение с ней и ее
ремонт. Много места уделено справочным данным о свой-
ствах разных приборов и материалах для их изгото-
вления.
Все содержание книги подобрано так, чтобы она не
только помогала начинающим работникам ориентиро-
ваться в лабораторной практике, но была полезной и
для опытных специалистов, которым приходится выби-
рать или конструировать нагревательный приборы для
специального назначения..
Думаем, что эта книга будет полезна и для производ-
ственников, изготовляющих лабораторное оборудование,
так как в ней обобщен большой опыт практиче-
ского использования нагревательных приборов в ла-
боратории.
Так, многие приборы, безукоризненно изготовленные
с производственной точки зрения, часто оказываются
совершенно непригодными на практике вследствие кон"
структивных' недостатков Ч
'Примеры:
1.	Воздушные электрические бани, нагреватель которых заделан
в керамическую футеровку, скоро перегорают из-за перегрева и
коррозии нагревателя, после чего совершенно не поддаются ре-
монту.
2.	В сушильных шкафах часто наблюдается неравномерное
распределение температуры в рабочем' пространстве, так как в их
конструкции не предусмотрены детали, обеспечивающие выравнива-
ние температуры.
3.	При конструировании металлической и электрической арма-
туры часто не учитывают коррозию при их эксплоатации в лабо-
раториях.
5

4-ое издание переработано и сокращено. Прежде
всего сделана попытка систематизировать и типизиро-
вать большое разнообразие встречающихся конструкций
нагревательных приборов. Многие главы предыдущих
изданий, не имеющие прямого отношения к главной теме,
выпущены или сильно* сокращены. Например, мы сочли
полезным отказаться от описания техники измерения
температур.	>
Вследствие этих переделок, и в особенности сокра-
щений, книга приобрела характер справочника.
Апрель 1946 г.

ЧАСТЬ I
ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА
Принципы устройства нагревательных приборов
; Нагревание редко производится так, что необходи-
мое для него! тепло развивается в самом нагреваемом
теле. Обычно для этого служит специальный нагрева-
тель, которым является или топка, в которой сжигается
топливо, или проводник электрическогоХтока с большим
сопротивлением.	—-
• Часть прибора, в которую помещают нагреваемые тела,
называется его рабочим пространством. Чтобы помешать
теплоте рассеиваться в среду, окружающую прибор, его
рабочее пространство и нагреватель помещают в тепло-
вую изоляцию — оболочку, плохо проводящую тепло.
Таким- образом, в общем случае нагревательный при-
бор состоит из рабочего пространства, нагревателя и
тепловой изоляции. Конструктивное оформление этих
частей может быть чрезвычайно разнообразно в зависи-
мости от назначения прибора и источника тепла. Основ-
ной характеристикой конструкций нагревательных при-
боров служат условия передачи тепла: чем легче пере-
дается тепло от нагревателя нагреваемому телу и чем
меньше потери тепла в окружающее пространство, тем
совершенйее конструкция, которая в этом отношений
оценивается коэфициентом полезного действия (к. п. д.).
Более подробную характеристику конструкции да!ет
тепловой баланс прибора, из которого можно не только
вычислить к>- п. д,, но и видеть, -как распределяется
тепло по различным статьям* прихода и расхода.
При конструировании натреваггелыных приборов сле-
дует учитывать те требования, которые предъявляют
к ним в процессе эксплоатации, и в ряде случаев прихо-
дится мириться со сложностью конструкции и с пони-
женным к. п. д. прибора. Из числа этих требований от-
метим!: необходимость обеспечить равномерность и опре-
деленную скорость нагревания, постоянство температуры
во времени, удобства при пользовании прибором, огра-
ничения мощности и размеров прибора и т. п.
7


' Чтобы обеспечить более равномерное нагревание,
v .'в-рабочее пространство помещают тела с хорошейтепло-
р' проводностью, которые служат передатчиками тепла от
г нагревателя к нагреваемым предметам. Такими передай-
*  чиками могут быть массивные металлические блоки или
жидкости (вода,- масло, расплавленные соли и металлы)1.
Постоянство температуры рабочего пространства при-
бора (термостатичность) достигается регулировкой пи-.
тающей мощности. Для этого прибор снабжают приспо-
соблением, позволяющим регулировать мощность вруч-
ную или автоматическим терморегулятором. Термоста-
тичности прибора способствует большая его теплоем-
кость, вследствие которой он приобретает большую теп-
ловую инерцию, т. е. малую чувствительность к колеба-
ниям нагрузки нагреваемыми телами и к колебаниям пи-
тающей мощности.
Скорость нагревания определяется соотношением
между питающей мощностью, с одной стороны, и тепло-
емкостью и потерями тепла — с другой. Поэтому для
быстрого нагревания необходимо применять большую
мощность и пользоваться приборами с малой теплоем-
костью. Быстро нагревающиеся приборы обычно делают
с легкой тепловой изоляцией, так как в приборах с мощ-
ной тепловой изоляцией при быстром нагревании могут
возникнуть местные перегревы, опасные для целости
прибора.
Передача тепла
В теплотехнике различают три вида теплопередачи —
теплопроводность,- конвекцию и лучеиспускание. Тепло-
проводностью называется передача тепла от одной части
тела к другой без заметного перемещения частиц, из ко-
торых это тело состоит. Если же тепло переносится вме-
сте с движущимся веществом, то такая передача тепла
называется конвекцией. Лучеиспускание с точки зрения
теплотехники есть передача тепла ч!ерез пространство
в виде лучистой энергии, т. е. тех электромагнитных ко-
лебаний, которые возникают в пространстве около нагре-
того тела, и имеют ту же природу,- что и видимый свет.
Бесконечное разнообразие случаев передачи тепла,
встречаемых на практике, сводится к этим* простейшим
^,ее видам и их сочетаниям. Каждый из них подчинен
своим! особым законам^ на основании которых произво-
дят соответствующие расчеты.	•	'
>8

•>S'^/-'•'; 
- ' Т e л л о п p о в о д н о с т ь тел характеризуется коэфи- ' '
.. циентом теплопроводности А, который численно равен
количеству, тепла, проводящему в 1 сек. через 1м2
I)1' стенки толщиной в 1 см при разнорти температур внут-
ренней и внешней поверхностей стенки в 1°. Тепло"
’	Таблица 1
> Коэфициенты теплопроводности газов
Наименование газа	т.н» кал	акая	Х-ю» кал	ккал мЧас °C
	смсек°С	м час °C	см сек °C	
	При	0° с	йри	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
Метай. .....	72	0,0260	—	—-
Окись углерода .	54	0,0195 	—•	—
Углекислота . . .	33	0,0120	50	0,0180
проводность зависит от химической природы и физиче-
ской структуры материала стенок (плотные массы лучше
проводят тепло, чем рыхлые), а также от температуры.
Количество тепла, отдаваемое в единицу времени че-
рез стенку, можно вычислить по формуле:
сек.
еда?;
•	Q = х	,
где Q — количество тепла в калориях, отдаваемое в 1
окружающему пространству; F — поверхность в
h — температура внутренней и ti — температура внешней
поверхностей стенки в °C; 0 —толщина стенки в см-, К —
коэфициент теплопроводности в кал/см сек °C.
Часто коэфициент теплопроводности выражают в ки-
локалориях (ккал) в 1 час через стенку толщиной 1 м
и площадью 1 м2 при разности температур 1°; он обозна-
чается через К:
К= 360 л ккал]м час °C.
Применяя в расчетах К, другие величины выражают:
Q—"В ккал-, F— в м^, b — 1в м; время—в часах-
Коэфициенты теплопроводности тех твердых тел, жид-
костей и газов, с которыми часто приходится встречаться
при изготовлений лабораторных приборов, приведены
в табл. 1 и 2 и на рис. 1.
9

,	Таблица 2
Коэфициенты теплопроводности твердых и жидких веществ
Материал	Плотность	Темпера- тура °C	кал '' см сек °C	г, -ккал
				м час °C
Медь электролитическая . . .	8,90	0—200	0,94	340
Алюминий 99%-ный		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
		100	0,131	47
Железо чистое		7,7	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
Сталь никелистая		8,12	20	0,030	10,8
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	Л,020	7,2
		100	0,028	10
Вода 			1,00	0	0,0012	0,43
		30	0,С016	0,57
Керосин 		0,75	20	0,00036	0,13
Масло 		0,85	20	0,00034	0.122
		80	0,00029	0,Ю4
Стекло		2,7	20	0,0016	0,57
Фарфор 		2,2—2,5	100	0,0025	0,90
Кирпич (подробнее см. рис. 1)	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 Г	20	0,00013	0,047

Продолжена,
Материал	Плотность	Темпера- тура •с	кал см сек °C	ккал / м час*у
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
А
смеем Ofli. 003 002 00! . 0,005				—,	1——: Нарворунд ( 9f % 5Z £			
				Vup	борундов (80 %'S	•>/и нирпц 1С) .	</
				KapL	1орундов (88%	•ни карт \С)	LQ
	—			Mai	незия о	1 а вленал	
		Нарбс По	фундобы "Ди" оистый	й кирпич	j„	 Г Шамотные ——	1 шамот для изоляции |			
					I		
zoo ооо воО йоо lotio моо
Температура, °C
Рис. 1. Изменение коэфициента теплопроводности в зави-
симости. от температурь! (по Хартману и Вестмонту).
И

*’v ,  ,- v -г*^<-ц rv	'•£&•,/
Если термоизоляция состоит из нескольких слоев, то
теплопередачу вычисляют по формуле:
Q^^^^h^.^btK!{aAltlac,
КЛ +" + КпРп
где t2— температура внутренней стенки прибора; ti—
температура внешней -стенки прибора; bi,'b2t ..., bn — ’
толщина отдельных слоев в м; Ki, К&,   , Кп --;коэфици- ;
енты теплопроводности в ккал/мчас °C; Fi, Ft,.:, Fn—
поверхности каждого слоя в м2.	.	-	
Очевидно, что приведенные формулы дают возмож- -f
ность, вычислить температуру народной из -поверхностей
стенки, если известны остальные данные: .
t = t -t- @
ч - Ч "Г к. F 
Пример 1. Определить количество тепла, проходя-
щее за 1 час (3600 сек.) через глиняный муфель с поверх-
ностью Г = 1,3 л2 (13 000 слт2) и толщиной стейок 5 =
= 2 см при температуре наружной стенки муфеля t2 =
— 1400°, al внутренней 71 = 1360°.
Л ==0,003 кал[см сек °C.
Q = 0,003	ЗбОО = 2 808 000 кал.
Пример 2. Вычислить потерю энергии (в киловатт-
часах) в электрической печи, обусловленную теплопро-
водностью- графитового электрода (среднее 7< = 90) диа-
метром! <7= 150 мм (0,15 м), причем'температура для, то-
чек, удаленных друг от друга на 600 мм (0,6 м), равняется
72=1100° и 71 = 250°.
пля • 0,152(1100— 250) лплл , п п
Q = 90-------2 -д------- = 2240 ккал}час — 2,6 квт-ч.
4-0,6
Пример 3. Вычислить потерю тепла через изоляцию
из магнезии для трубчатой электрической пени. Внешний
диаметр нагревательной трубки di = 33,4 лпи (0,0334 |i),
внешний диаметр изоляции сД= 135 мм (ОД35 м), темпе- 
ратура на внешней поверхности нагревательной трубки
7 г — 180°, а на поверхности изоляции ti = 38°. Коэфициент , -
теплопроводности для магнезии Х = 0,06 ккал/м час °C.
Длина печи 7 = 30(0 1мм (0,3 м), толщина- изоляции'5 = |
50,8 мм, (0,0508 л).	г	'4
12	4	J

' - ‘ ’ ;  >* ’ , ,
Для решения этой задачи необходимо найти среднюю
логарифмическую площадь теплопередачи:
с	0,3 • 2л(0,135 — 0,0334) п псп „2
' г<т==——Тг-----= "—7"оЖ----------= °’ 69 м ‘
п d{	1(1 0,0334
0,06-0,069(180 — 38) 11fi .
Q=——6Ж8----------=11’5
Теплопередача конвекцией. Для расчета
передачи тепла в этом случае необходимо знать коэфи-
циент конвекции а, который для технических расчетов
обычно дается как количество тепла, передаваемое 1 м2
поверхности за 1 час Чтрн разности температур среды
и поверхности в 1°С:
Q — a(t—/0),
где Q — количество тепла в ккал/м2 час; а — коэфи-
пиент конвекции; t — температура поверхности в . °C;
to — температура среды в °C.
Коэфициент конвекции зависит как от характера
среды, так и от скорости движения газа или жидкости, слу-
жащих передатчиками тепла при нагревании или охлажде-
нии прибора (естественное перемешивание среды от под-
нятия более нагретых слоев вверх и опускания более
холодных слоев вниз, искусственно вызванное движение —
тяга, дутье и т. п.).
’При расчетах приборов,, охлаждаемых или нагревае-
мых потоком воды, движущимся со скоростью от 0,05 до
2 м/сек, можно вычислить коэфициент конвекции по
Молье:
«==300-4- 1800 }/^,
где v — скорость движения воды в м/сек.
Для воды коэфициент конвекции приближенно можно
принимать:
Для некипящей воды ...................... 500
То же, с примененинм перемешивания . . .	3000
Для кипящей воды........................ 5000
То же, с"применением перемешивания .... > 6000
Для конденсирующегося пара............ 9000—10	000
Если в приборах тепло передается от газа к’ стенкам
или наоборот, то при движении газа со скоростью v от
1 До 100 м/сек коэфициент теплопередачи можно вычи-
слить по формуле Сета:
« = 24-Ю Vv.
13

Если Газы находятся в покое или движутся со ско-
ростью до 0,3 м/сек, то а колеблется от 2 до 8.
При технических расчетах часто пользуются общим
коэфициентом теплопередачи, который включает тепло-
проводность и конвекцию. Блахер * приводит следующие
данные для общего коэфициента теплопередачи:
л2 час °C
5
10-11
13—20
11—18
800—1000
Коэфициенты теплопередачи
От воздуха или дымовых газов через глиня-
ную стенку — воздуху ...........
От воздуха или дымовых газов через чугун-
ную стенку — воздуху..........
От воздуха или дымовых газов через желез-
ную стейку — воде (а также в обратном
направлении)................
От пара через железную стейку — воздуху .
От пара через железную стенку — воде . . .
Лучеиспускание. Если тело помещено в зам-
кнутую со всех сторон оболочку, то тепло, передаваемое
им оболочке, вычисляется по ф'ормуле Стефамн-
Больцмана:
Q = -у = 4,76  с	час °C
или
т=5>75 •с [(w)4-®4]*2-
где Q — количество тепла, отдаваемое единицей поверхно-
сти тела; Р — мощность; F — поверхность тела; 4,76
и 5,75 — коэфициенты лучеиспускания для абсолютно
черного тела; с — коэфициент черноты данного телй;
Т и То — абсолютные температуры тела и поверхности.
с — коэфициент черноты твердых тел
при температуре ниже 1000°
Железо полированное ....................... 0,22
, оксидированное........................ 0,62
Нихром накаленный.......................... 0,90
Никель....................................•	0,35
Алюминий..................................»	0,50
Медь полированная.......................... 0,10
„ оксидироваииая......................... 0,72
Латунь блестящая........................... 0,07
, тусклая............................... 0,23
Серебро.................................... 0,03
Платина. . . •............................. 0,23
Огнеупорные материалы...................... 0,9—0,7
* К. Блахер, Теплотехника в лаборатории й производстве,
М., Госиздат, 1930.
14

Рис. 2. Влияние температуры поверх-
ности иа потерю тепла ею (при темпера-
туре окружающего воздуха около 10°).
Коэфициент черноты всех поверхностей, находящихся
в равномерно нагретом рабочем пространстве печей, бли-
зок к единице. •
В общем1 случае в теплопередаче принимают участие
все три ее вида, но при низких температурах на долю
лучеиспускания ’прихоГ нВт
дится очень неболыпая\
часть. На рис. 2 по-4 .......
казана передача теп-
ла нагретой поверх-
ностью, ' находящейся
в спокойном воздухе
(т. е. в воздухе без
принудительной цир-
куляции). Эта кривая
позволяет приблизи-
тельно определить те-
пловые потери при-
бора по температуре
внешней поверхности
епо’ термоизоляции.
. С повышением тем-
пературы возрастает
роль лучеиспускания,
и тело, накаленное выше 800°, большую часть тепла
отдает уже через лучеиспускание.
Таблица 3
Соотношения между единицами энергии
Наименование	 Эрг	Джоуль (ватт-сек.)	Калория	Киловатт-час
1 эрг	 1 джоуль .... 1 калория .... 1 киловатт-час. .	1 10’ 4,19-10’ 3,60 - 1018	10-’ 1 4,19 3,60 • 108	0,239- 10-’ 0,239 1 860-103	2,78 • 10-и 2,78 • 10-’ 1,16-Ю-в 1
Коэфициент полезного действия
Одной из главных характеристик прибора служит его
коэфициент полезного действия (к. п. д.). Он равен отно-
шению полезной энергии, полученной нагреваемым^
телом, к общему количеству энергии, потребленному
прибором.
15

Таблица 4
Козфициенты полезного действия, %
(определенные по .водяному" способу)
Приборы	Источник тепла		
	электрический ток	газ или жидкое топливо	дрова или уголь
Водонагреватели	 Плиты с открытым нагрева-	. 85—95	50—60	—
телем	-. .	50-60	—	—
То же с закрытым нагревателем	40—55	35 -15	12
Чайники 			70—80	—	—
Кастрюли			- 65-75	 »	—
Утюги			40		—.
Спиртовки, примусь^ газовые		—	
горелки . . . , 		•в	~35	—
Фитильные керосинки . . , .-		45	—
Примечание. Коэфициент полезного действия (к. п, д.) зависит от величины
прибора: чей меньше прибор, тем труднее обеспечить высокйй к. п, д.
, В тех случаях, когда в лаборатории возникает необ-
ходимость в определении к; п. д. прибора, полезную теп-
ловую энергию учитывают одним из трех способов:
а)	по данным теплового баланса, снимаемого в экс-
плуатационных или условно-стандартных условиях;
б)	по измерению количества тепла, расходуемого на
нагрев, а в отдельных случаях и на; испарение воды,
находящейся в сосуде *, дно которого полностью закрьг
вает нагревающую поверхность прибора («водяной спо-
соб»);	’
' в) по расходу тепла на нагрев тела, масса и теплоем-
кость которого известны (например блок из металла),
помещаемого в- рабочее пространство прибора.
Тепловой баланс
Тепловым балансом называется учет всех частей тепла,
получаемых и расходуемых в приборе. Схематически он
составляется из следующих статей:
ГОСТ 303-41. Приборы электронагревательные бытовые пере-
носные (основной стандарт).
16

П р и х о n~il±JS^Mfiy<moe<H5Bne' IД
2.	Тепло, возникшее в нагребаемом теле (в)
Расход
I.	Полезное тепло:
1.	Тепло, пошедшее на нагревание тела (ct)
2.	Тепло, поглощенное физическими и химическими процес-
сами (L).
II.	Потери:
3.	Тепло, пошедшее на нагревание частей прибора
(Cj/t с2/2 -)-)
4.	Тепло, потерянное через тепловую изоляцию (qi)
5.	Тепло, унесенное отходящими газа?, и <д2)
6.	Тепло, унесенное водой охлаждения (д3)
Тепло, полученное за
счет горения газа
4 70%
2 Зав, 3760. В. С-

Очевидно, что если правильно учесть все статьи, тс
по закону сохранения энергии расход тепла должен быть
равен приходу (рис. 3).
Тепловой баланс дает возможность видеть, как распре-
деляется тепло в приборе, и делать из этого соответ-
ствующие конструктивные и оперативные выводы.
Коэфициент полезного действия прибора:

ЧАСТЬ ii
ЭЛЕКТРОНАГРЕВАНИЁ
Использование электрического тока является наиболее
совершенным способом нагревания, и его применение не-
сравненно шире всех других методов благодаря тому,
что в электролрибсрах можно придавать проводникам
тона различную форму, пропускать их в герметически
замкнутое пространство или сообщать энергию нагрева-
емым телам через стенки сосудов путем1 индукции. При
этом легко регулировать температуру и учитывать коли-
чество тепла, сообщаемое прибору.
Несложное устройство большинства электронагрева-
тельных приборов, простота и безопасность обращения
с ними сравнительно с приборами, обогрев которых про-
изводится газом, спиртом или бензином',—'все это по-
зволяет быстро осваивать технику ухода за электропри-
борами.
В лабораториях электрическое нагревание применяется
предпочтительно перед всеми другими методами.
Превращение электрической энергии в тепло
Если по проводнику с разностью потенциалов на кон-
цах, равной Е (вольт), течет ток силой / (ампер), то за
время т (секунд) он производит работу А (Джоулей):
А = 1Ет.
Работа Р, произведенная в 1 сек., называется мощностью:
-	X
Пользуясь законом. Ома 1г — Е, где г-—сопротивле-
ние проводника, можно написать.
7=2
А = Р~ == 1Е~ = — т = Ргх.
г
К постоянному току эти уравнения применимы без
всяких затруднений. Для переменного же тока Ей/ не-,
прерывно изменяются по закону гармонических колеба-

ний (синусоидально) и, кроме того, самоиндукция и ем-
кость вызывают смещение фаз тока и напряжения.
Когда смещение фаз невелико и им можно прене-
бречь, то предыдущими уравнениями можно пользо-
ваться, если под Е и 1 понимать не их действительные
мгновенные значения, а средние эффективные значения
Ее и 1е, показываемые обычными электроизмерительными
Приборами. Если же смещение фаз велико, то его прихо-
дится принять в расчет:
Е = Eq sin ах-,
I = /0 sin (ах — <р),
где Ео и /о — максимальные значения электродвижущей
силы и силы тока (их амплитуда); a — постоянный коэ-
фициент;	— угол, на который сила тока отстает от на-
пряжения.
По-предыдущему мощность тока в каждый момент вы-
разится:
Р = IE = IqE0 sin ах sin (ах — ®).
Среднее значение для произведения этих синусов
равно • Поэтому средняя мощность переменного
тока
р —ГР cos У
‘т 7 0^0 2
Чтобы сделать это уравнение удобным для расчетов,
заменим в нем максимальные значения напряжения и си-
лы тока на их средние эффективные! значения:
'о =4/2 и Е0 = Ее/2.
Тогда окончательно получим:
Рт = ~ = IeEe cos ®.
Работа тока А полностью превращается в тепло Q
внутри проводника, по которому проходит ток:
A = Q.
х Это — закон Джоуля.
Превращение работы тока в тепло связано с повыше-
нием температуры t проводника. Если его теплоемкость С,
а масса т, то количество) тепла, полученное' им, равно
Q~Cmt. Таким образом
А = Q = Cmt.
20

Но вычисление температуры .проводника по этой фор-
муле может быть сделано только в случаях очень крат-
ковременного действия . тока. При сколько-нибудь про-
должительном нагревании часть тепла q передается окру-
жающей среде. Поэтому
А— q = C mt.
Теплоотдача q увеличивается с увеличением разности
температур среды и проводника и поэтому по мере нагре-
вания повышение температуры проводника становится
медленнее и, наконец,, прекращается, когда он начинает
отдавать столько же тепла, сколько ему сообщает ток:
устанавливается так называемое тепловое равновесие.
Точное вычисление температуры проводника по боль-
шей части невозможно, и на практике ограничиваются
указанием предельной плотности тока, которую на осно-
вании опытных данных можно допустить для взятого
проводника, не опасаясь порчи его от перегревания.
При прочих равных условиях температура проводника
будет тем быстрее повышаться, чем меньше его тепло-
емкость С и чем; меньше его поверхность, через которую
идет теплоотдача q. Практически это означает, что про-
водник с большим удельным сопротивлением будет на-
греваться скорее и в состоянии теплового равновесия
будет иметь более высокую температуру, чем проводник
с малым удельным сопротивлением. В этом и заключаются
принципы, на которых 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 вольтовой дутой, которая по существу есть
тоже проводник с очень большим сопротивлением; воль-
това дуга позволяет получать большое падение потен-
циала, а следовательно', и весьма высокую температуру
на очень коротком участке цепи.
Приборы для температур от 30 до 400°
_ К этой группе относятся приборы, служащие, главным
образом, для нагревания жидкостей и для сушки: плиты,
бани, шкафы,, термостаты и др.
Плиты. Плитами называют нагревательные приборы
с плоской поверхностью нагрева. Было предложено очень
21

много конструкций электрических плит, но на практике
наибольшее распространение получили плиты с керами-
ческой рабочей поверхностью, в желобках которой уло-
жен нагреватель в виде проволочной спирали (рис. 4) *.
Диаметр керамики 150 мм-, толщина 12—15 мм. Мощность
400, 600 и 800 вт. Керамическую пластинку с нагревателем
монтируют в металлический кожух **, к которому крепят
провод со штепсельной вилкой.
Рис. 4. Расположение нагревательных спиралей у плит
с керамической рабочей поверхностью:
A — njH мощности 600—t'OO вт\ Б — при мощности 400—600
Очень удобны также цельнокерамические плиты
(рис. 5) без металлического кожуха. Они не страдают от
коррозии и очень дешевы. При изготовлении их необхо-
димо подобрать такой состав керамической массы, кото-
рый обеспечит достаточную прочность корпуса при устой-
чивости против резких изменений температуры.
Керамические пластинки для плит должны выдержи-
вать резкие колебания температуры и обливание водой.
* Здесь и в дальнейшем изложении мы пользуемся принятым
в практике термином «спираль», хотя подразумевается «соленоид».
♦* Лучшим материалом для кожухов плит и бань служит нержа-
веющая сталь, а также алюминий, который довольно стоек к разным
химическим воздействиям. На втором месте следует поставить ла-
тунь. Применять железо нежелательно, так как оно не стойко
в лабораторном воздухе, а защитные лаковые покрытия практически
мало помогают.
Кожух должен быть снабжен ножками высотой 60—80 мм. чтобы
нагревание стола под плитой было не выше 90°.
22

Такими свойствами обладает только пористая керамика,
но при слишком большой пористости она становится не-
достаточно прочной.
В плитках мощностью 800 вт и более нагревательное
сопротивление размещают по спирали, что дает возмож-
ность- сделать в центре плитки третий ввод для тока и
производить нагревание при трех ступенях мощности
(рис. 4,А и 6).
При 'изготовлении плит очень важно правильно про-
металлическому корпусу,
которое следует выпол-
нять по схеме, изобра-
женной на рис. 7.
В тех случаях, когда
недопустимо пользова-
ние прибором' с откры-
тым накаленным сопроти-
влением, например при
работе с легко воспламе-
няющимися веществами,
извести крепление контактов к
Рис. 5. Цельнокерамическая плита на
400—600 вт
Вертикальный разрез через контакты.
/
150
Рис. 6. Схема плиты с керамической
рабочей поверхностью и двумя нагре-
вательными спиралями. Мощность
600—800 вт:
/ — металлический корпус; 2 — закрепляющее
кольцо; 3 — асбестозая прокладка; 4— скру-
ченные вдвое концы нагревательных спиралей.
Рис. 7. Крепление контактов
к металлическому корпусу: '
1— корпус; 2— электроизоляцион-
ная прокладка из слюды или асбе-
ста; 3 — металлические шайбы;
/ — гайки; 5—провода к нагрева-
тельному сопротивлению и сети;
6 — просвет между корпусом и в.тн-
том (не менее 2 м.ч).
плитку покрывают металлическим кружком. Для этой
цели иногда изготовляют плиты с нагревателем; погру-
женным в цем'ент, но такие плиты очень недолговечны
и почти не поддаются ремонту.
23

Для однообразных массовых работ в лаборатории
целесообразно пользоваться одной большой плитой.
Остовом такой большой плиты (рис. 8) и одновременно
ее внешним кожухом служит большой противень 1, на
дно которого 'кладут асбестовый картон 2; две фарфо-
ровые трубки 3 служат для закрепления закручен-
ной в -спираль нагревательной проволоки 4, -которую за-
сыпают песком или покрывают тонким листом асбеста.
Песок и асбест по мере надобности меняют и этим под-
ф-------------------------£
------------------------500----------------:--------J
Рис. 8. Большая плита:
/ — корпус; 2—асбест толщиной 5—10 мм\ 3 — фарфоровые трубки
диаметром 8—12 мм и длиной 220 мм\ 4 — нагреватель.
А, Б, В — контакты; Zt II, III — штепсели.
держивают плиту в чистом состоянии. Подобная плита
может, конечно, иметь и керамическую поверхность -с же-
лобками для нагревателя.
Плиты часто снабжают сложным нагревателем, со-
стоящим из нескольких секций, которые можно включать
в разных комбинациях. Пронумеровав контакты (А, Б, В)
и штепсели (/, II, III), необходимо составить таблицу
температур, которые дает плита при равных комбинациях
контактов и штепселей.
Приводим пример, относящийся к одной из подобных
плит, оговариваясь, что получаемая температура! зависит не
только от сопротивления, но и от ряда других элементов
конструкции плиты (толщина верхнего слоя асбеста и пр.):

Комбинация контактов		Сопротивле- ние, ом	Темпера- тура *, “С
	и штепселей		
л — /,	Б— II, В—41.	12	130
В — I,	Б —HI, А — II	14,2	120
Б — 1,	В —III, А— II	18,8	105
A — I,	Б— II	24	100
A — I,	В—III	30	80
Б—1,	В —III	• 50	60
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
наиболее ценны воздушные электрические бани, позво-
ляющие обходиться без погружения нагреваемого пред-
мета в жидкость, чем достигаются чистота и удобство
Рас. 9. Плита, приспособ-
ленная в качестве воздуш-
ной бани для температур
до 100—110°.
Рис. 10. Воздушная баня с двойным
нагревателем для температур до
350—400°.
/ — нагреватель мощностью 400—600 вт иа
дне бани; 2 — нагреватель такой же мош*
нэсти на цилиндрическом вкладыше.
В случаях работы с легко воспламеняющимися веще-
ствами нагреватель покрывают металлической пластинкой
или подбирают сопротивление и ^поверхность теплоот-
дачи нагревателя так, чтобы он не нагревался выше тем-
пературы, безопасной для данного случая-.
Простейшую воздушную баню можно представить
себе как развитие конструкции плиты, на которую поста'
влен кожух, сделанный из термоизоляционного материала
(например из керамики или асбестового картона). Такие
оани очень удобны для нагревания круглодонных ча-
шек и колб (рис. 9).
1 Ток 120 в. Температура измерена термометром, положенным на
Рабочую поверхность плиты (асбест).
25

Воздушные бани делают также с коническим дном ра-
бочего пространства
или с цилиндрическим вкладышем,
на который наматывают второй
нагреватель (рис. 10). Послед-
ний вариант более удобен и
применяется для бань с темпе-
ратурой 350—400° (табл. 5).
бани для дестилля-
позво-
устанавливать баню на
и опускать или подни-
не трогая с места пере-
колбы.
отгонки легколетучих
а также для под-
при температурах
ве-
баня для
80°.
Кожух
ции снабжают муфтой,
ляющей
штативе
мать ее,
тонной
Для
жидкостей,
сушивания
до 80°, нагревание иногда
дут при помощи электрической
лампы, помещенной в кожух,
- которым может служить цве-
< точный горшок (рис. И), кон-
сервная банка и пр.
1 Чтобы иметь достаточный
запас прочности, для нагревате-
следует брать возможно более толстую
это позволяют размеры прибора. Так,
Рис. 11. Воздушная
температур до
лей плит и бань
проволоку, если
для плиток мощностью до 400 вт не следует применять
нихром тоньше 0,5 мм; для больших — желательно
1—1,2 мм. О расчете длины нагревателя см. стр. 83.
Таблица 5
Воздушные бани
Назначение бани	Рабочая темпера-	Толщина тепловой	Внутренние размеры баии мм		Мощность
	тура •с	асбестовой изоляции мм	диаметр	высота	вт
Нагревание воды ( и дестнлляция |	150	5	25 60 ‘ 150	100 100 200	50 100 500
Дестнлляция	|	250	10	120 19.) 220	ПО 180 180	7с0 1000 1200.
То же	|	500	20	60 ПО 150	100 180 200	500 1600 2500
26

Сушильные шкафы и термостаты. На рис. 12 показано
внутреннее устройство шкафа: 7—тепловая изоляция из
Рис. 12. Сушильный шкаф:
1 — тепловая изоляция; 2 — алюминиевые стенки; 5 —нагрева-
тели; 4— металлический термометр для терморегулятора;
5 — вентиляционные отверстия;
Ь, I, /i — см, табл. 6.
Стрелками показано направление потоков воздуха.
Цементно-асбестового шифера (этернит) толщиной
5~8 мм; наружные стенки сделаны из алюминия толщиной
27

1—2 да; 2 — алюминиевые? стенки толщиной 2—3 мм,
способствующие равномерному распределению темпера-
туры внутри шкафа; 3 — нагреватели из нихром'а или
фехраля; 4 — металлический термометр для терморегу-
лятора; 5 — вентиляционное отверстие. Стрелками -по-
казано движение воздуха. Такой шкаф пригоден для
работы до 300° и дает постоянство температуры +2°
(табл. 6).	,
Сушильные’шкафы	Таблица 6
(алюминиевая обшивка; тепловая изоляция из этернита в один слои
4 мм толщиной; постоянство температуры ± 2°)
Внешние размеры, мм			Размеры рабочего пространства, мм			Мощность в ваттах при температуре				
h	ь	1		ь,		50°	100’	153°	220 ’	300’
500	430	1 320	250	250	250	120	220	400	900	1500
500	540	320	250	350	250	150	270	4 ‘80	1000	1600
600	540	I 320	350	350	250	250	400	650	1200	2000
800^	720	490	500	500	400	300	1000	1400	2000	2500
Бели регулировку температуры вести при помощи
реостатов, то значительная доля энергии расходуется
непроизводительно, что особенно чувствительно для
сушильных шкафов, работающих длительно и берущих
много энергии. Регулировка йри помощи нагревателя со
многими секциями, например, по типу, описанному для
плит (рис. 8). дает ограниченный выбор температур
Бактериологические термостаты
(алюминиевая обшивка; тепловая
изоляция из дерева; постоянство
температуры qz 0,25°)
		4	37’	70’
250	350	250	100	200
400	500	*300	200	400
500	600	350	250	500
и поэтому сушильные шкафы следует снабжать более
сложными нагревателями, применяя коммутаторное пере-
ключение секций нагревателя.
28

Еще лучшую возможность регулирования без реоста-
тов дают 'ртутные' прерыватели, обычно приводимые
в действие металлическими термометрами, вделанными
в верхней части шкафа (деталь 4 на рис. 12).
Специальные приборы. Для того чтобы показать, на-
сколько разнообразно применение электронагревания
В1 лабораторной практике, опишем здесь кратко некоторые
специальные приборы и нагревательные приспособления,
которые могут служить примером того, как можно рас-
ширить применение электронагревательных приборов.
Обогревательная воронка (рис. ГЗ) для
горячего фильтрования (мощность около 100 вт),
в которой передатчиком тепла от нагревателя 7 к стек-
лянной воронке служит массивный медный блок 2.
Нагревательный вкладыш для вакуум-
экс и к а тор а (мощность 20—60 вт) применяется для
сушки и выпаривания в вакуум'е при температуре 60—80°.
Нагревательный элемент. Берут асбестовый
картон толщиной 2—3 мм и вырезают
лист размером 220 X 750 мм. В зависи-
мости от необходимой температуры
подбирают нагреватель. Наприм'ер, для
элемента мощностью 100 вт, дающего
нагрев до 70°. берут 8 м никелиновой
проволоки диаметром 0,2 мм, наматы-
вают ее на середине асбестового листа,
отступив по 250 мм от его концов.
Концы проволоки присоединяют к шну-
ру со штепсельной вилкой, асбест скла-
дывают втрое и обвязывают прочной
ниткой.
Такие элементы используют для
обогрева термостатов. Если ,по усло-
виям работы допустимо применение от-
крытого нагревателя, то элемент изго-
товляют без складывания асбеста (беря
лист размером 220; X 250 мм).
Нагреватель воздуха Для
Рис. 13. Электриче-
ская обогреватель-
ная воронка для го-
рячего фильтрова-
ния-.
7 — нагреватель мощ-
ностью 50 — 100	5777;
2 — медный блок толщи-
ной 5 мм\ 3 — тепловая
изоляция толщиной
10 леи.
сушки посуды может быть изготовлен в любой мастер-
ской. Латунная трубка—7 (рис. 14) диаметром 35 —
40 мм и длиной 400—500 мм снабжается отросткам'и для'
ввода холодного воздуха и подачи нагретого. Нихромо-
вый нагреватель 3 можно поместить внутрь керамиче-
ской трубки 2, как показано на рисунке, или внутрь
29

металлической трубки, обложенной изнутри асбестом.
Нагреватель из железной или никелиновой проволоки
наматывают снаружи, покрыв трубку тонким (0,5 лии)
слоем асбеста или слюды. Для прибора указанного раз-
мера необходима мощность около 200 вт.
Рис. 14. Нагреватель воздуха для сушки посуды:
1 — латунная трубка диам. 35—40 мм; 2—керамическая трубка диам. 20-30 мм;
.	3 — нагреватель (мощность 200 в tri)
Фурма для подогрева воздуха, (дутья).
Для получения особо высокой температуры' при горе-
нии угля и концентрации ее в малом объеме, приме-
няется подогретое дутье, которое в лаборатории осуще-
ствляется при помощи фурмы, имеющей следующее
устройство (рис. 15).
Рис. 15. Фурма с электрическим подогревом воздуха:
/ — кварцевая трубка диаметром 4 мм с платиновым нагревателем;
2—кварцевая трубка диам. 12 мм; 3 — соединение платиновых прово-
лок с медными проводами; 4 — вывод проводов к сети; 5— пробка из
сургуча; 6—изоляция из асбестовой ваты; 7—асбестовый картом.
На кварцевую трубку 7 диаметром' 4 мм и длиной
500 мм наматывают 3 м платиновой проволоки диамет-
30

ром 0,3 мда. Конец нагревателя йа длине 0,6 м ДёЛаЮтиз
проволоки диаметром 0,55 мм; его пропускают внутри
трубки 7. Трубку 7 вставляют
в кварцевую трубку 2 диамет-
ром 12 мм и в пространство
между трубками . 7 и 2 про-
пускают воздух. '
Через 10 мин. после вклю-
чения фурма подогревает в
1 мин- 150 л воздуха до 960°.
Кипятильник для
воды. Кипячение водопро-
водной воды для технических
целей очень удобно и дешево
производить при помйци от-
крытого нагревателя 7, спи-
раль которого намотана на
керамиковую «звездочку» 2
(рис. 16). Нихромовой прово-
локи диамётром 0,4 мм тре-
буется 3,5 Л! (110 в). Сравни-
тельно скорое перегорание
нагревателя, вызываемое пере-
гревом при накоплении на нем
накипи, компенсируется эко-
номией энергии.
Рис. 16. Кипятильник для воды:
/ — нихромовый нагреватель; 2—ке-
рамическая „звездочка"; 5—точка
закрепления концов нагревателя н при-
соединения их к проводам.
Печи с металлическим нагревателем
для температур до 1100°
Конструкции этих печей стали почти стандартными.
Стенки рабочего пространства изготовляют из фар-
фора или обычной огнеупорной керамики, а тепловой
изоляцией служит асбест.
Наилучшим нагревателем для них является нихромо-
вая проволока, обеспечивающая температуру рабочего
пространства до 1000°.
Так как толстая проволока может выдерживать не-
сколько более высокую температуру, чем; тонкая, то было
предложено изготовлять печи с нагревателем из нихро-
мовой проволоки диаметром около 5 мм и питать их че-
рез понижающий трансформатор током 10—20 в, что
Дает возможность получать в муфельной печи темпера-
туру до 1100°, а в трубчатой —до 1200°. Однако и в та-
ких условиях нагреватель быстро приходит в негодность
31

и вся конструкция печей должна быть приспособлена
к легкой замене нагревателя.
Вследствие дороговизны и громоздкости эти печи
распространения не получили, но оправдывают себя как
один из вариантов замены платины.
Платиновые нагреватели применяют в тех случаях,
когда нельзя избежать действия кислых паров на, нагре-
ватель. Кроме того платина позволяет без усложнения
конструкции обеспечить температуру выше 1000°.
Тигельные печи. Эти печи оказались удобными
для плавки в тиглях и для прокаливания; во всех других
случаях они уступают более универсальным и экономич-
ным трубчатым печам'. Рабочее пространство тигельных
печей имеет форму тигля. Нагреватель, который для тем-
ператур до 850° делают из нихромовой проволоки, а для
1050—1100°—из платиновой, размещают на дне и на
боковой стенке печи и закрепляют обмазкой из глины;
последнее необходимо, так как иначе проволока,! расши-
ряющаяся от нагревания, может сместиться и даже сов-
сем отпасть. Тепловой изоляцией служит асбестовая вата,
реже трепел, шамот или магнезия. Характеристики ти-
гельных печей приведены в табл. 7.
Таблица 7
Тигельные печи
Размеры рабочего пространства, мм		Рабочая температура * , °C	Мощность вт
верхний диаметр	Глубина		
‘50	75	850	300
50	75	1050	500
60	80	800	320
75	190	 850	900
100	135	8J0	770
150	200	800	2500
Примечание. Печи, дающие температуру выше 1053е, снабже-
ны платиновым нагревателем, остальные — нагревателями из нихрома
или других сплавов.
Через отверстие в крышке в печь можно вдувать азот,
воздух или другой газ; создавая таким образом нужную
атмосферу. Для окислительного прокаливания печь ста-
вят наклонно, благодаря чему в ней устанавливается
циркуляция воздуха.
Муфельные печи. Муфель по форме приближается
к полуцилиндру, плоская сторона которого' является по-
32

дом Лечй, служащим для помещения нагреваемых пред-
метов. Проволоку нагревателя наматывают по всей длине
полуцилиндра, а у больших печей делают нагреватель"
ную обмотку и с заднего торца.
Рациональное применение муфельные печи имеют
только для нагревания предметов большого объема, а во
всех других случаях их следует заменять более эконо-
мичными и удобными трубчатыми и тигельными печами.
Особенности работы муфельных печей обусловлены боль-
шими размерами их рабочего пространства, вследствие
чего нагреватель удален от нагреваемых предметов; кроме
того, возникает циркуляция воздуха вдоль пода от
дверки к задней стенке муфеля, что способствует охла-
ждению рабочего пространства печи. Поэтому рабочая
температура муфеля на 400—600° отстает от температуры
нагревателя и муфельные печи с нихромовым нагревате-
лем дают возможность работать при нагреве не выше
750—800°, а с платиновым нагревателем — не выше 1050°
(табл. 8).
Муфельные печи
Таблица 8
Тил	Внутренние размеры муфела, мм			Мощность при максималь- ной темпе- ратуре вт	Вес платины г
	ширина	высота	Лу- бина		
Нихромовые для температур 1	115 150	70 - 70	180 240	790 1080	... —
до 800°	1	200	125	300	2 250	—
Платиновые, до 1000°	|	120 130	70 90	270 230	2 750 2 100	30 20
Заграничные нихромовые с j	, 100	60	165	2 500		
трансформатором, До 1100° 1	200	,80	250	3 500	м —
Заграничные нихромовые,	250	250	450	6000	
	250	250	600	- 9 000	.—
до 950°	300	300	700	12000	—
	400	400	700	20 000	—
3 Зак. 3780. В. С. Веселовский и И. В. Шманенков.
33

Таблица tid
Зависимость между рабочей температурой и потреблением
энергии муфельными печами
Внутренние размеры муфеля, мм			Мощность в ваттах при температуре		
ширина	высота	глубина	800°	f50°	1000’
50	30	70	300	400	450
60	40	200	900	1200	1300
200	70	225	1200	—	2200
Трубчатые печи. Обычно конструкция их очень проста.
Они состоят из керамиковой («жаровой») трубки, на ко-
торую нам'атывают нагреватель; витки его закрепляют
на трубке путем обмазывания тонким слоем1 глины;
жаровую, трубку окружают тепловой изоляцией.
Отдельные детали имеют различное конструктивное
оформление. Так, вместо проволоки для нагревателя
иногда применяют ленту, что для больших печей дает
некоторые преимущества, обеспечивая лучшую отдачу
тепла в рабочее пространство печи и экономию металла.
Крепление концов нагревателя проще всего достигается
прикручиванием их проволочным' кольцом' вблизи кон-
цов жаровой трубки; в этом случае клеммы для присо-
единения к сети укрепляют на кожухе или на подставке
печи. Более совершенное оформление можно получить,
закрепляя концы нагревателя хомутиками на болтах,
к которым можно присоединять провода, ведущие к сети.
Самая простая тепловая изоляция получается, если
жаровую трубку обвернуть асбестовым картоном или об-
мазать ее тестом, приготовленным из асбестовой ваты
Однако изоляцию из жбеста можно рекомендовать только
для печей с температурой рабочего' пространства не
выше 1000° и то при условии, что асбест не приходит
в соприкосновение с накаленным нихромом. Чтобы удо-
влетворить этим условиям, жаровую трубку с нагревате-
лем, в одних случаях помещают в керамиковую трубку
большего диаметра, а уже поверх нее делают изоляцию
из асбеста, в других — жаровую трубку укрепляют по
оси цилиндрического кожуха и заполняют промежуток
между трубкой и кожухом сыпучим изолирующим мате-
риалом— диатомитом, шамотом, магнезией и т. п.
34

Распределение температуры и ее максимум в трубча-
тых печах зависят от отношения диаметра трубки к ее
длине. Чем короче трубка, тем неравномернее распреде-
ляется в ней температура и тем ниже ее предел, который
может быть достигнут при данном материале обмотки.
Для коротких печей можно считать удовлетворительным,
если Уз ее рабочего пространства посредине трубки
имеет температуру, постоянную в пределах + 10°.
В длинных печах может быть получена более посто-
янная температура, особенно если учтено большее охла-
ждение концов трубки, чем середины, и обмотка навита!
на трубку по концам, гуще, 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 гори-
зонтальном1, даже если приняты меры для устранения
циркуляции воздуха.
Скорость достижения максимальной температуры
в печи зависит от отношения диаметра к длине печи и от
рода тепловой изоляции. Печи с легкой изоляцией можно
нагревать быстрее, чем с мощной изоляцией, но достигае-
мая в них максимальная температура ниже. Длинные
узкие печи нагреваются до максимальной температуры
за 20—30 мин., а короткие широкие — за 60—120 мин.
Характеристики трубчатых печей приведены в табл. 9 и 10.
Чтобы сделать применение трубчатых печей более
универсальными, их устанавливают на подвижных штати-
вах, благодаря которым ими можно пользоваться и как
тигельными печами. Тигель вводится в печь снизу на ке-
рамическом стержне, подобно тому, как это показано
на рис. 26, стр. 57. Однако следует заметить, что в круп-
ных лабораториях невыгодно иметь только универсальные
печи, так как они дороже, менее удобны в работе и рас-
ходуют больше энергии, чем печи, предназначенные для
определенной цели.
Так, для озоления и прокаливания осадков при темпе-
ратуре до 1000° может служить трубчатая печь 500—
600 лим длины (нагреватель нихром'овый). Ее устанавли-
вают с небольшим наклоном, обеспечивающим правиль-
ную циркуляцию воздуха. Фарфоровые корытца с наве-
сками вводят с верхнего конца -печи, проталкивая их
Дальше одно за другим, так что готовые прокаленные на-
вески выходят с другого конца печи на- подставленную
3*
35

Таблица 9
Трубчатые печи с нихромовым нагревателем
Внутренние размеры трубки, мм		Оптималь- ная длина нагревателя (не считая концов для подвода тока) м	Максималь- ная температура °C	Мощность в ваттах при температуре				
диаметр	длина			800°	850°	900°	950°	1000°
2а	220	.5	900	350	500	750					
20	250	6	' 900	400	550	750			—.
20	450	10	950	550	750	1000	1200	—
20	600	13	1000	750	900	1100	1300	1600
30	200	7	,	850	550	700	—	—	—
30	300	9	900	700	1000	1200	— !	—
30	400	12	950	800	1100	1300	1600	—
30	600	14	1000	1000	1300	1600	2000	2400
40	300	10	850	1000	1300	—		—
40	600	18	950	1200	1500	1800	2200	—
50	300	12	850	1200	1400	—	—	—
50	600	20	950	1100	1600	1900	2400	—
65	300	17	800 ’	1400	—	—	—	
65	600	32	850	1500	2000	—	—	
65	800	38	900	2000	2800	3600	—	
65	1000	48 .	950	2200	2800	3600	4000	
80	600	34	850	2600	3500	—	. —	—
Примечания: 1. Если нагреватель состоит из п жил, то длниа каждой жнлы
должна быть в п раз меньше ,чем указано в таблице.
2. В таблице приведена максимальная температура внутри трубки для длительной
эксплоатации.
здесь керамиковую пластинку. Это позволяет произво-
дить прокаливание по конвейеру.
В том случае, когда вещества прокаливают не в ко-
рытцах, а в трубках, например в токе какого-нибудь газа,
очень удобны трубчатые печи, состоящие из двух поло-
вин— открывающиеся трубчатые печи (рис. 17), которые
позволяют, не разнимая прибора, быстро охладить про-
каливаемое вещество.
Для элементарного анализа органических веществ из-
готовляют специальные агрегаты, состоящие из двух
и более печей, которые могут перемещаться в горизон-
тальном положении на рельсах.
Агрегат для сожжения по Либиху состоит из двух пе-
36

Таблица 10
Трубчатые печи с нагревателем из платиновой проволоки
Внутренние размеры трубки, мм		Макси- мальная темпера- тура °C	Скорость нагревания мин.	Мощность в ваттах при температуре				Вес - плагины • в граммах при проволоке леи
диаметр	длина			1000°	1100°	1200’	1300’	
20	220	1300	60	600	700	800	900	
30	200	1100	90	700	900	—	—	20
40	300	1250	90	1100	1300	1600	2200	18
40	600	1300	90	1,600	1900	2400	3300.	34
50	300	1150	100	1300	1600	2000	—	21
50	. 600	1200	100	2000	2400	3000	—	36
65	300	1100	120	1500	1700	—	—	27
65	600	1200	120	2100	2500	3000	-т-	50
Примечание. Максимальная температура даиа для длительной эксплоатации.
Кратковременно можно повышать температуру на 50—100°.
чей 200 и 350 мм длиной,* рассчитанных на рабочую' тем-
пературу 700°. Каждую печь регулируют самостоятельно
Рис. 17. Открывающаяся трубчатая печь:
— керамические блоки; 2—фарфоровая жаровая трубка; 3 — нагреватели, располо-
женные в желобках керамических блоков; 4 — хомутики для крепления нагревателей
реостатом, вделанным в подставку. Печь для анализа по
Денштедту имеет в?ега 120 мм в длину. Агрегат для орга-
37

нического микроанализа по Преглю состоит из трех са- Я
мостоятельных печей: двух рабочих длиной 75 и 200 мм 1
и одной подогревательной длиной 100 мм. Для ускоре- 1
ния охлаждения трубки эти печи делают открывающи- I
мися; их можно перемещать не только вправо и влево, I
но и назад.	I
Печи с внутренним нагревателем. Во всех описанных |
конструкциях печей нагреватель расположен вне рабочего ?
пространства и отделен от него более или менее толстой ’
керамической стенкой. Это хорошо защищает нагрева- '•
тель и благойриятс’гвует более равномерному распределе- -
нию температуры, но ведет к уменьшению коэфициента по- !
лезного действия и понижению рабочей температуры, по-
лучаем'ой без перегрева нагревателя. Этих недостатков ;
можно избежать, если поместить нагреватель внутри pa- |
бочего пространства. Например, в муфельных печах объе- i
мюм 10 л и более, у которых эти недостатки особенно =
сильно сказываются, нагреватель из нихромовой ленты 5
сечением более 2,5 мм2 помещают в бороздках с вну-
тренней стороны огнеупорной облицовки муфеля.
Тигельные и трубчатые печи с внутренним
нагревателем изготовляют следующим образом'. Из
твердого дерева вытачивают болванку той формы и раз- .
мера, которые соответствуют рабочему пространству
печи. На цилиндрической болванке для трубчачтой печи
близ концов протачивают желобки, болванку распили-
вают пополам’ вдоль юси и между двумя ее половин-
ками вставляют планку толщиной 3—5 мм, после чего
связывают болванку в местах выточенных желобков-
Чтобы наносимая в дальнейшем обмазка не прилипала
к болванке, ее пропитывают маслом или обвертывают
бумагой. Затем на нее нам/атывают проволоку нагрева-
теля и обмазывают 7—10-мм слоем глины, отощенной до
такой степени, чтобы обмазка не трескалась при высуши-
вании. Обмазке дают высохнуть при комнатной темпе-
ратуре, болванку вынимают и осматривают внутреннюю
поверхность получившейся трубки или тигля. Для
замазывания дефектов ее покрывают тонким слоем
глины, а затем помещают в кожух, окружают изоляцией
. и укрепляют контакты для проводов. После первого на-
гревания глиняная обмазка спекается и становится до-
статочно прочной.
Если нагреватель поместить внутри рабочего простран-
38

ства, то в тигельной печи с нихромовой проволокой
можно получить температуру до 1000°, а в трубчатой —
до 1100°.
Печи для температур выше 1100°	1
Чем выше рабочая температура печи, тем более огра-
ниченным становится выбор материалов для изготовле-
ния нагревателя и изоляции. При температурах выше 1500°
химическая активность веществ становится настолько зна-
чительной, что вызывает большие затруднения при
использовании их в нагревательных приборах, а при тем-
пературе 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 проницае-
мым для газов, а все изоляторы становятся способными
в значительной степени проводить ток.
Для нагревателей в высокотемпературных печах при-
меняют платину,, уголь, силит, молибден и вольфрам.
Огнеупорными материалами при температуре до 1600°
служат фарфор, шам'от и кремнезем, до 1800°—- глино-
зем и магнезия, а для более высоких температур приме-
няют окись циркония, чистую окись магния, карборунд,
древесный уголь. Печь конструируют так, чтобы нагрева-
тель не соприкасался с изоляторами в м'естах максималь-
ной температуры, где м'ежду ними оставляют свободное
пространство. Например, нагревателю придают форму
трубки, свободно вставляемой в более широкую трубку,
служащую первым слоем тепловой изоляции. Эта наруж-
ная трубка часто изготовляется из того же материала,
что и нагреватель.
Печи с платиновой фольгой. Своеобразие их кон-
струкции заключается в том, что нагревателем у них слу-
жит лента из тонкой платиновой фольги, плотно намо-
танная на фарфоровую трубку. Промежутки между вит-
ками ленты шириной около 3 мм обмазывают глиной.
Эту трубку вставляют в шамотную трубку с радиусом на
20 мм больше фарфоровой, так что между обеими труб-
ками остается слой воздуха, чем предотвращается мест-
ное перегревание фольги. Внешнюю трубку окружают
снаружи термоизоляционным слоем из асбеста.
При такой конструкции печи в ней обеспечиваются •
условия передачи тепла от нагревателя рабочему про-
странству более благоприятные, чем в печах с платино-
39

вой проволокой. Благодаря этому в фольговых печах,
в зависимости от диаметра и положения печи, можно
получать температуры 1200—1350°. Скорость их нагре-
вания до максимальной температуры также больше, чем
в других печах, и для изготовления их требуется почти
в два раза меньше платины, чем для печей такого же
размера с платиновой проволокой. Характеристики этих
печей приведены в табл. 11.
Таблица 11
Трубчатые печи с нагревателем из платиновой фольги
и легкой тепловой изоляцией
	Размер трубки, мм		Максимальная температура °C	Скорость нагревания мин.	Мощность вт	Вес платины (фольга) г
	диаметр	"длина				
•	20	220	1350	20	1100	4
	30	200	1300	30	1500	6
	40	300	1300	45	2200	9
	40	600	1300	45	3300	15
	50	300	1250	50	2300	10
	50	600	1250	50	3500	20
	65	300	1250	60	2700	14
	65	600	1250	60 3	4000	26
Надо заметить,' что очень трудно изготовить фольгу,
которая нагревалась бы достаточно равномерно, а при
неравномерном нагревании фольга быстро приходит
в негодность и в местах перегрева разрушается жаровая
фарфоровая трубка.
Постоянное пользование платиновой печью (особенно
фольговой) для получения температур 700—1000° невы-
годно, так как она расходует 1800—2000 вт против
1200—1500 вт, которые потребляют печи с нихромовой
обмоткой.
Ремонт. Для правильной работы печи необходим^
чтобы фольга лежала на трубке совершенно гладко, без
морщин. Чтобы исправить перегоревший нагреватель,
надо осторожно снять фольгу на полвитка в обе сто-,
роны от места разрыва и наварить 50—100 дни запасной
фольги толщиной 0,07 мм. При этом свариваемые куски
кладут на неглазурованную фарфоровую поверхность и,
положив концы один на другой, направляют на место
40

спая пламя сильной паяльной горелки. Когда платина
накалится добела, берут кусок неглазурованного фар-
фора, слегка ударяют им несколько раз по месту спая,
благодаря чему платина сваривается. Когда оба конца
фольговой ленты спаяются со вставленным куском, ленту
разглаживают, расправляют на трубке, сложив при этом
складкой получившийся излишек длины фольговой
ленты.
Печи с внутренним нагревателем из платиновой Про-
волоки. Эти печи изготовляют наматыванием плати-
новой проволоки на деревянную болванку (см. стр. 38);
обмазкой служит тесто из магнезии или окиси циркония
с добавкой 1—2% декстрина. Для температур до 1500°
можно пользоваться каолином.
В качестве примера опишем' одну такую трубчатую
печь, рабочее пространство которой имело диаметр 60 мм
при длине 250 мм. Платиновая проволока диаметром
1,1 мм и длиной 8,5 м (вес 190 г) намотана равномерно'
с расстояниями между витками 2 мм- Обмазка была сде-
лана из магнезии и имела толщину 20 мм. Высушенная
жаровая трубка поставлена в шамотный цилиндрический
тигель диаметром 230 мм и высотой 300 дам, свободное
пространство заполнено порошком магнезии и тигель
накрыт шамотной крышкой с отверстием посредине.
Такая печь в холодном состоянии имела сопротивление
около 1 ома, а при 1600° 6 ом. При напряжении ПО в
она потребляла 22 а и м'огла длительно' работать при
1600°. Понятно, что эта «длительность» относительна,
так как платина при таких высоких температурах сильно
распыляется.
Каскадные печи. Так называют печи с двумя нагрева-
телями, из которых один помещен) внутрь другого;
внутренний служит для нагревания рабочего простран-
ства, а внешний — для уменьшения его тепловых потерь.
В платиновых печах этой конструкции можно получить
длительно нагрев до 1500°, а если расположить вну-
тренний нагреватель внутри рабочего пространства, то
кратковременно и более высокие температуры — до
1700° (длительная работа при такой температуре сопро-
вождается распылением платины).
В нихромовой каскадной печи с нагревателем внутри
рабочего пространства можно получить температуру
около 1200°, и таким образом обойтись без дорогостоя-
щей платины.

Каскадные печи, давая более высокую температуру,
требуют такую же мощность, как и обычные печи с оди-
нарной нагревательной обмоткой (при соответствующих
размерах).
Жаровые трубы каскадных печей с нихромовым на-
гревателем делают из фарфора или шамота, а при шла-
Рис. 18. Схема каскадной печи для темпера-
тур до 1720э:
1 — внутренний нагреватель из сплава платины и родня;
2 —внешний нагреватель нз платины.
тинов'0(м' ’нагревателе из магнезии или окиси циркония.
Для тепловой изоляции применяют сыпучий материал —
шамот или магнезию.
Нагреватели рекомендуют включать параллельно, что
позволяет регулировать в них силу тока независимо друг
от друга и дает большую свободу конструктору. После*
довательное включение упрощает обращение с печью,
но ограничивает применимость ее определенными услю-
42

виями температуры и нагрузки нагреваемыми предме-
тами.
Одна из таких печей (рис. 18) давала температуру до
1720° и имела рабочее пространство диаметром 40 м.и
и высотой 150 мм. Нагревателем 1, помещенным внутри
рабочего пространства, служила проволока диаметром
0,5 мм из сплава платины с 20% родия, который менее
подвержен распылению, чем чистая платина. Макси-
мальная сила тока в нем И а при 120 в. Внешний на-
греватель 2 был "изготовлен из платиновой проволоки
диаметром; 0.8 мм и нагревайся током до 20 а. Тепловая
изоляция из порошка магнезии толщиной 70 мм.
Общая мощность печи при максимальной темпера-
туре 3700 вт-
Молибденовые печи. Вследствие тугоплавкости (темп,
плавления 2500°) и хороших механических свойств мо-
либден служит ценным Материалом для нагревателей, но
его нельзя нагревать на воздухе и поэтому молибденов
вые печи снабжают приспособлениями для работы в ат-
мосфере защитного газа или в вакууме.
Печи с нагревателем в виде молибденовой трубки
могут давать до 2'000° при токе напряжением 8—12 в.
Термоизоляционная трубка из окиси магния или цир-
кония имеет диаметр на 20 мм больше, чем вставленная
внутрь ее молибденовая трубка, и, таким образом', тепло-
вая изоляция не соприкасается с накаленным молибде-
ном. Печь помещают в герметический кожух, который
дает возможность выкачивать из печи воздух или на-
полнять ее защитным газом. Кожух имеет водяное охла-
ждение. Вследствие сложности конструкции и трудно-
сти обслуживания такие печи не могут иметь широкого
распространения.
Значительно более удобны печи с нагревателем из
молибденовой проволоки,, предохраняемой от окисле-
ния парами метилового спирта (рис. 19). В них нагрева-
тель помещают в кольцевом пространстве между двум'я
вставленными друг .в друга трубками 7 и 2. В это про-
странство пропускают пары метилового спирта, получа-
емые в особом приспособлении, которым снабжена печь.
Пуск печи начинается с того, что в резервуар 3 наливают
спирт и регулируют винтом скорость его протекания
(по каплям) в и-образную трубку 4, на которой имеется
небольшой нагреватель 5; в этом месте спирт испаряется
и пары его поступают в кольцевое пространство печи б,
43

где помещен молибденовый нагреватель, и выходят
с другого конца печи через трубку 7, где их зажигают.
По пламени судят о токе паров спирта. Только после
того как пламя зажжено, можно включить ток, нагре-
вающий молибденовую проволоку. Чтобы пары спирта
не конденсировались в печи, нагреватель 5 соединен
последовательно с молибденовым нагревателем. Расход
спирта 100—150 ш/час.
Рис. 19. Печь с молибденовым нагревателем;
1 и 2 — керамические трубки; 3— резервуар для спирта; 4 — ^/-образная трубка;
5 — нагреватель для испарения спирта; 6— кольцевое пространство, где
помещен молибденовый нагреватель; 7—выход паров спирта
(контрольное пламя); 8 — трехходовой кран.
Метиловый спирт можно заменить водородом, про-
пуская его через трехходовой кран 8, что менее удобно,
но позволяет пользоваться печью при любом наклоне.
Таблица 12
Молибденовые печи
(рабочая температура до 1500°; нагреватель из проволоки
диаметром 0,5—1,0 мм)
Рабочее пространство, мм		Мощность при 1500е вт	Рабочее пространство, мм		Мощность при 1500е вт
диаметр	длина		диаметр	длина	
20	100	1000	50	300	2500
20	200	1700	50	600	4500
30	300	2000	70	300	35'0
30	600	3500	70	600	6000
44

Эти пеки применяют при температурах от 1100° И tie
выше 1500°, так как при более высоких температурах
керамические- огнеупорные материалы становятся легко
проницаемыми для газов и поэтому мрлибден быстро пе-
регорает.
Следует учесть, что1 за молибденовыми печам'и необ-
ходим очень внимательный уход; следует аккуратно
обращаться с ними, так как они очень хрупки вследствие
обуглероживания молибдена. К работе с ними нельзя до-
пускать малоквалифицированный персонал.
Характеристики молибденовых печей приведены
в табл. 12.
Вольфрамовые печи. Температура плавления воль-
фрама 3350°. Печи с вольфрамовым нагревателем' изго-
товляют по тем же принципам, что и молибденовые.
По литературным данным' печь с нагревателем из воль-
фрамовой проволоки, намотанной снаружи на трубку из
окиси циркония, может давать температуру до 2000°.
Эту трубку вставляют в другую из того же материала,
и в кольцевое пространство между ними можно пропу-
скать защитный газ (обычно водород). Диаметр воль-
фрамовой проволоки 0,5 мм. Диаметр жаровой трубки
20 мм, длина 170 мм. Мощность при 2000° 1650 вт.
При одинаковых мощностях более высокие темпера-
туры можно получать в вольфрамовых печах с нагрева-
телем, расположенным внутри рабочего пространства.
О способе изготовления таких печей было уже сказано.
Огнеупорным материалом служит масса из окиси цирко-
ния, а термоизоляцией — окись магния. Защитный газ
пропускают через рабочее пространство под небольшим
давлением (10—20 мм вод. ст. ), препятствующим про-
никанию воздуха. Такая печь с рабочим простран-
ством диаметром 15 мм и длиной 150 мм имела мощность
1000 вт при 2000°.
Печи, в которых нагревателем служит вольфрамовая
трубка, дают нагрев до 2500°,- но работа с ними на-
столько сложна, что они имеют уникальный характер.
Печи с карборундовым нагревателем- В СССР они из-
вестны, главным образом, под названием силитовых пе-
чей (патентное название). Нагревательным! сопротивле-
нием в них служат стержни и трубки из карборунда, ко-
торые известны под многими патентными названиями —
силит, глобар, кристален, кварцилин, силун и т. п. За
границей такие печи и разнообразные нагреватели имеют
45

широкое распространение (табл. 13 и 14). Онй несо-
мненно представляют интерес для замены более дорогих
платиновых печей, а также менее удобых криптоловых.
В карборундовых печах можно получать нагрев до
1400°. Лучшие силиловые и глобаровые стержни служат
при этой температуре 1000—2000 час., а ниже 1200° —
неопределенно долго. При 1500° они разрушаются за
10 час. Они имеют удельное сопротивление от 0,1 до
0,2 ом • см, что дает возможность включать печь не
пользуясь пониженным напряжением.
Карборундовые нагреватели при употреблении ста-
реют, причем их сопротивление увеличивается. Поэтому
полезно иметь некоторый запас напряжения. Для малых
печей это проще всего достигается при помощи рео-
стата. Более экономично и удобно пользоваться пуско-
вым автотрансформатором, который дает возможность
регулировать напряжение тока в пределах + 20%.
. Главное условие правильной конструкции карборун-
довых нагревателей состоит в устройстве надежной под-
Таблица 13
Карборундовые нагревательные стержни
(фирмы Глобар, США)
Размеры, мм		Рабочая темпера- тура •с	Мощность вт	Напряжение' а	Сила тока а	Сопроти- вление ом
диаметр	длина					
8	150	700	330	55	. 6		
8	230	780	660	110	.. 6		-
9,5	230	700	600	. 55	11	- , —
9,5	255	700	660	110	6	1	—
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	i— ’	575-1320	55—210	4,1-15,7	5,3-33,3
И	255	—	550-1270	42—160	5—19,5	3,3-20,4
11	405	—i	900—2100	70—260	5-20	5,2—32,6
Зависимость температуры стержня отудельной
поверхностной нагрузки
Ваттам1 . ... 10 . 12	16	22.	28	37	45
Температура, °C . 800 900	1000	1100	1200	1300	1400
46

Нагреватели из силита II
(фирмы Симеис-Плаииаверке)
Таблица 14
Размеры, мм		Темпера- тура °C .	Мощность вт	Напряже- ние в	Сила тока а	Сопроти- вление о#
длина рабочей части	общая длина с утолщен- ным концом					
		Сплошные стержни				
70	120	700 . 800	95 120	23-32 26-36	4,2—3,0 4,6-3,3	5,5-10,7
60	210	700 1000 1400	100 220 540	15—21 22—31 34-49	6,8—4,9 9,8-7,0 16—11	2,2—4,4
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	
водки к, ним тока. Прежде всего электрические контакты
не должны нагреваться слишком сильно. Для этого
концы силитовых стержней делают утолщенными и рас-
полагают вне рабочего пространства печи. Утолщенные
концы стержней серебрят и обматывают никелевой про-
волокой, через которую подводится ток. Для большей
надежности такой контакт покрывают эмалью (чтобы
воспрепятствовать выплавлению серебра); никелевую
проволоку стягивают хомутиком при помощи болта.
Стержень укрепляют в гнезде асбестовой прокладкой
так, чтобы он не касался накаленной футеровки печи.
При таком креплении стержней они могут свободно рас-
47

ширяться от нагревания и обеспечена легкая сменяемость
пришедших в негодность нагревателей.
На рис. 20 изображена схема силитовой муфельной
печи. Характеристики силитовых печей приведены
в табл. 15.
Глобаровые нагреватели имеют форму сплошных ци-
линдрических стержней с закругленными концами. Чтобы
уменьшить нагревание контактов, концы стержней де-
лают из материала с меньшим сопротивлением (содер-
Таблица 15
Силитовые печи
А. Муфельные
Размеры рабочего пространства, мм			Максимальная температура °C	- Мощность вт
высота	ширина	глубина		
80	150	180	“ 1100	2500
90	180	300	1100	4000
80	150	180	1300	3000
90	180	300	1300	4500
	Б. Трубчатые			
Число	Рабочая	Диаметр	Максимальная	Мощность
стержней	длина трубки	трубки	температура	
	ММ	мм	°C	вт
2	180	23	1200	, 1100
3	180	30	1200	1200
3	300	30	1250	2000
4	300	40	1250	2500
6	300	50	1250	3000
жат 20% металлического кремния), чем их средняя
часть. Устройство контактов при этом более сложно
(рис. 21). Для нагревания ниже 700° применяют пружин-'
ный контакт из жаростойкой стали (рис. 21А). Печной,
контакт делают с водяным охлаждением, как показано
на рис. 21Б, или с воздушным охлаждением. В послед-
нем случае пустотелый патрон заменяют сплошным ме-
таллическим цилиндром. Для малых печей это вполне
допустимо.
Располагать карборундовые нагреватели в приборе
лучше горизонтально, так как при этом они нагреваются
48

Рис. 20. Схема силитовой муфельной печи:
А —'вид сбоку. Зажимы для крепления силитовых стержней и присоединения
их к сети; Б — вертикальный разрез через дверку. Видно расположение
стержнеа в рабочем пространстве; В — вертикальный разрез вдоль
передней стенки.
Рис. 215.
Рис. 21. Крепление глобаровых и силитовых стержней:
А — пружинный контакт; Б — печной контакт с водяным охлаждением.
4 Зак. 8760. В. 0. Веселовский и И. В. Шмаиенюо®.
49

равномерно. Но возможно и вертикальное расположение,
например в тигельных печах. При этом только требуется
более интенсивное охлаждение верхних контактов.
Порядок включения стержней применяется последова-
тельный, параллельный и смешанный в зависимости от
наличия напряжения в сети.
Наиболее ценно применение карборундовых нагрева-
телей в больших муфельных печах и в открывающихся
трубчатых, но они могут применяться также в приборах
для низких температур — сушильных шкафах, плитках,
водонагревателях и многих бытовых приборах.
Силиловые трубки могут применяться для нагрева
жидкостей и газов, пропускаемых непосредственно через
них.
Хотя карборундовые нагреватели хорошо выдержи-
вают колебания температуры, лечи с ними следует вклю-
чать через пусковые, реостаты или трансформаторы. Это
значительно увеличивает срок службы нагревателей
и огнеупорных футеровок печей.
Печи с жидким нагревателем. В лабораториях, имею-
щих дело с термической обработкой металла,- применяют
печи сопротивления, в которых нагревателем являются
различные расплавленные соли: хлористые натрий, ка-
лий, барий и др.
Для примера опишем термостат-печь Кертинга. Она
состоит из четырехугольной ванны (16 X 16 X 17,5 мм),
сделанной из огнеупорного непроводящего материала
(например шамот). Вдоль двух противоположных сте-
нок в эту ванну опущены электроды из мягкого железа.
Термостатической жидкостью и нагревателем служит
расплавленный хлористый барий (темп, плавя. 950°).
Эта ванна может применяться для температур от 950 до
1300°. Она дает постоянную температуру без применения
мешалок. Нагревание производится переменным током
низкого напряжения (8—15 в). При пуске печи в ход
верхний слой ванны расплавляют вольтовой дугой, после
чего между железными электродами устанавливается
контакт через расплавленную соль, и печь начинает ра-
ботать.
Таким образом, для получения высокой температуры
здесь используется сопротивление проводника второго
рода (электролита).
Угольные трубчатые и тигельные печи. В угольных пе-
чах, которые часто называют печами Таммана, нагре-
50

ййтелем и рабочим пространством служит угольная трубка
или высокий угольный тигель. При конструктивном
оформлении затруднение состоит, в закреплении уголь-
ного нагревателя, которое должно быть надежно, давать
хороший электрический контакт и вместе с тем допу-
скать легкую смену нагревателя.
Наиболее удобна конструкция (рис. 22), в которой
нагревательная трубка 1 вставляется в латунные кони-
. Рис. 22. Cxei.a печи с угольным нагре-
вателем:
/ — нагревательная трубка; 2 — конические во-
ронки; 5—зажимные винты; /—латунные крыш-
ки; 5— каналы водяного охлаждения; 6— шины
для подвода тока; 7—пробирка из огнеупорного
материала
Рис. 23. Схема сту-
пенчатого трансфор-
матора Tj—Т2 для
печи с угольным на-
гревателем.
ческие коронки 2 и зажимается винтами 3. При этом ко-
ронки вдавливаются в конические отверстия в латунных
крышках 4, которые имеют каналы водяного охлажде-
ния 5. К этим крышкам по шинам б подводится ток.
Внутрь нагревательной трубки вставляют пробирку 7 из
подходящего огнеупорного материала — угля, фарфора,
магнезии, окиси циркония, глинозема и т. п., в которой
можно плавить и нагревать образцы. Эти печи можно
питать током только очень низкого напряжения (от 0,5
до 10 в), который получают от специального ступенча-
того трансформатора Ti—Т2 (рис. 23).
Характеристики трубчатых угольных печей приведены
в табл. 16.
Для экспериментальных работ можно конструктивно
4*	51

изготовить очень простую печь с угольным сопротивле-
нием (рис. 24). В ней угольную трубку 1 зажимают между
двумя толстыми (50 X 50) электродами 3 при напряже-
нии питающего тока от 4 до 10 в.
В этой печи легко получить любую температуру
до 3000°, подбирая угольные трубки соответствующей
длины и диаметра.
Таблица 16
Печи с угольным нагревателем
№	Угольный нагреватель				Пробирка				Максимальная температура	Мощность, потре- бляемая из сети
	Длина	Диаметр		Нагреваемая длина	Диаметр		: Внутренняя длина 1	i Полезный 1 объем		
		внешний	1 внутрен- 1 НИЙ		1 внешний	внутрен* НИЙ				
	ММ	мм	мм	мм	мм	мм	мм	МЛ	°C	квтп.
1а,	200	30	20	185	16	12	188	40	3500	22,5
б	200	40	28	185	24	20	188	80	3500	45
В	200	50	38	185	34	28	188	150	3200	45
На	300	40	28	275	24	z 20	’ 277	130	3300	45
б	300	50	38	275	34	28	277	250	3000	50
В	too	60	48	275	44	38	277	400	2750	50
Ша	зоо	60	48	275	44	38	277	400	275)	50
б	300 '	75	59	275	55	47	277	600	2600	50
В	300.	90	72	275	68	58	277	S00	2200	50
IVa	400	90	72	385	68	58 '	386	1120	2200	60
б	400	120	100	385	96	82	386	2160	1900	60
В	400	140	120	385	116	100	386	3140	1750	60
Примечания. 1. Пробирку делают нз угля» фарфора или окиси циркония.
2. В таблице указана дейстзительная мощность печи с учетом cos ср, который
в среднем равен 0,6—0,7, падая в нагретом состоянии до 0,4.
Лучшей тепловой изоляцией для этих печей служит
древесный уголь в виде крупки (1—3 м). Имея малую
тепло- и электропроводность, она защищает нагреватель
от выгорания. Для внешней тепловой изоляции пригодна
окись магния, которая мало реагирует с углем при тем-
пературах ниже 2000°, резко отличаясь от окиси каль-
ция, которая с углем реагирует легко.
. Существенным недостатком всех угольных печей
52.

является восстановительная углеродистая атмосфера,
вследствие чего в них нельзя производить работ с веще-
ствами, способными восстанавливаться или химически со-
единяться с углеродом', и нельзя измерять температуру пла-
тиновыми термопарами. Несмотря на это, угольные печи
пользуются широким распространением и незаменимы
для работ при температурах от 2000 до 3500°. Для плавки
кварца и силикатов, требующих нейтральной атмосферы,
изготовляют вакуумные печи с угольным сопротивле-
нием.
Угольные печи мало пригодны для аналитических и
чистых экспериментальных работ.
Криптоловые печи. С целью увеличить сопротивление
угольного проводника и получить возможность пользо-
ваться током более высокого напряжения было предло-
жено употреблять угольную крупку, получившую назва-
ние криптол. Для лабораторных печей обычно применяют
крупку с величиной зерна от 0,5 до 3 мм. Лучший крип-
тол получают путем дробления лома угольных электро-
дов плотной однородной структуры. Можно также поль-
зоваться дробленым нефтяным или пековым коксом,
имеющим зольность не более 1—2%, так как зола, обра-
зующаяся при выгорании криптола, служит плавнем для
Огнеупорной футеровки печи и сокращает срок ее службы.
После дробления уголь просеивают на соответствую-
щих ситах, а для округления зерен криптол обрабаты-
вают в шаровой мельнице с небольшим количеством ша-
ров и вновь просеивают для! отделения пыли. После
этого криптол делается более сыпучим и лучше оседает
при выгорании в печи.
53

Характеристика свободно насыпанных криптолов при-
ведена в табл. 17. Криптол из кокса имеет большее со-
противление, чем из электродов, и меньше изменяет со-
противление при нагревании, но он вдвое быстрее
выгорает.
Криптоновые печи * изготовляют трубчатого, муфель-
ного и тигельного типа, но конструкции двух последних
типов крайне несовершенны и ими не следует пользо-
ваться.
Трубчатые криптоловые печи применяют преимуще-
ственно для работ с керамическими и огнеупорными ма-
териалами, так как только в таких печах можно нагре-
вать сравнительно большие образцы до 1400—2000°.
Таблица 17
Криптолы
! Материал	Величина зерна мм	Насыпной вес кг/л	Удельное сопротивление ом-с-и	
			пря 20’	при 1500®
	0,5—3	0,95—1,1	15	2,8
Дробленые электроды . . , . |	1—4		10	2,5.
	2—6		3,5	1,2
Кокс нефтяной или пековый |	0,5-—3 З-Ю	0,6—0,9 0,5-0,7	17 5,3	7 2
В этой области они незаменимы, хотя работа с ними до-
вольно неудобна и требует' навыка.	'
Основными частями трубчатой криптоловой печи яв-
ляются две высокоогнеупорные трубки, ив которых одну
вставляют в другую, и кольцевой канал между ними за-
полняют криптолом. У концов внутренней жаровой
трубки располагают токоподводы и всю систему окру-
жают тепловой изоляцией. Однако конструктивное
оформление этой простой схемы встречает большие за-
труднения, которые до сих пор не удалось преодолеть.
В качестве примера опишем конструкцию печи
В. А. Лебедева, отличающуюся простотой и практич-
* Описание криптоловых печей имеется в книге В. А. Лебе-
дева, Электрические печи с криптоловым сопротивлением, Харь-
54

ностью (рис. 25). Характеристика деталей приведена
в табл. 18.
Печь предназначена для обжига небольших образцов
и для определения огнеупорности до 1790°. При ПО в
максимальная сила тока 150 а. В этой конструкции уда-
люсь избежать многих (недостатков большинства других
систем. Так, ее части не требуют тщательной пригонки,
что очень существенно ввиду необходимости частого ре-
монта; очень экономно используется корунд (де-
Таблица 18
Характеристика деталей печи Лебедева
Номер |	Наименование	Материал	Коли- чество	Диаметр, мм		Высота мм
				наружный	внутрен- ний	
1	Нижнее наружное ’ кольцо 		Шамот	1	440	270	120
2	Прорез для электрода в детали 1 					-	-	50
3	Кольцевой паз в дета- лях 1 и 4				 .			330	-	13
4	Верхние наружные кольца 		Шамот	3 -	440	• 270	120
5	Верхний и нижний покровные круги . .	V	2	260	90	20
6	Соединительные кольца	»	2	310	200/180	30
7	» »	Корунд	2	220/200	160/150	20
8	Жаровое кольцо . . .		1	170/165	137/132	190
9	Жаровая трубка . . .	»	1	85	65	300
10	Надставки для жаро- вой трубки 		Шамот	2	85	65	ПО
11	Подкладки под элек- троды 			6						20
12	Крышка для жаровой трубки 		я	1	100	20/15	—
13	Нижний плоский элек- трод 		Железо	1	260 .	100	
14	Верхний конический । электрод 		»	1	260	140	70
тали 7, 8, 9); обеспечено свободное расширение соедини-
тельных колец б, 7, жарового кольца 8 и жаровой
трубки 9; нет массивных деталей, подвергающихся
сильному нагреванию и растрескивающихся вследствие
этого.
Снаружи печь снабжают обтяжками из листового
55

железа, которые придают ей большую прочность и при-
крывают щели между наружными кольцами 4. Простран-
ство между жаровым кольцом 8 и наружными коль-
цами 4 заполняют ша-
мотной крупкой.
Криптоловые печи из-
готовляют и больших раз-
меров, если необходимо
нагревать крупные пред-
меты. Характеристики
криптоловых печей при-
ведены в табл. 19. Плот-
ность тока в узкой части
криптолового сопро-
тивления 1,2—1,5 а/ст2.
Плотность тока на по-
верхности железных эле-
ктродов должна быть не
более 0,08—0,1 а/ел2.
Предел температуры,
достигаемой в криптоло-,
вых печах, определяет-
Рис, 25. Криптоловая печь Лебедева ся огнеупорностью мате-
((детали см. табл. 18),	риала, из которого сде-
ланы жаровая труба 9
и жаровое кольцо 8. Для шамота он не превышает 1400°,
дЛя лучшего корунда 1800°. В литературе описаны печи
с трубкой из магнезии и окиси циркония для нагревания
Таблица 19
Криптоловые печи
Размеры рабочего пространства, мм		Максимальная температура при жаровой трубке из корунда, °C	Мощность при макси- мальной температуре, кет
диаметр	высота		
65	150	1800	5-10
85	150	1750	6—10
100	150	1700	8-12
140	200	1500	9-14
Примечание. Для печей приведенных размеров соа <р и 0,8.
до 2000°. Однако работа с этими уникальными печами
требует большого искусства, и они очень недолговечны.

Рис. 26. Штатив крип-
толовой печи:
/ — железный стержень;
2 — направляющая муфта;
3 — зак епнтельный винт;
4 — огнеупорная подставка;
5- нижняя крышка к жа-
ровой трубке.
Нагреваемые предметы вводят в жаровую трубку
снизу на цилиндрической огнеупорной подставке. Для
этого столик печи снабжают подъемным механизмом
(рис. 26). Он состоит из круглого железного стержня 1,
который может свободно перемещать*
муфте 2 с закрепительным винтом 3.
На верхний конец стержня насажи-
вают огнеупорный усеченный конус 4,
который служит подставкой для на-
греваемых предметов. Несколько ниже
его на стержень надет имеющий за-
крепительный винт грибок 5, служа-
щий для того, чтобы плотно закры-
вать нижний конец жаровой трубки
и устанавливать подставку на нужной
высоте.
Обычно для криптоловых печей
требуется ток напряжением 60—ПО в
и довольно плавная регулировка. Со-
противление холодной печи 1,8—
3 ома, а при 1500° 0,65—1,5 ома. При
этих условиях наиболее рационально
пользоваться многоступенчатым по-
нижающим трансформатором и лишь
в крайнем случае применять реоста-
ты, которые должны .выдерживать
ток силой 100—200 а.
Сборка криптоловой печи требует
навыка, а от качества сборки суще-'
ственно зависит хорошая работа
печи. Главное при сборке — это точ-
ная центрировка жаровой трубки и плотность соедине-
ния частей. Смещение жаровой трубки вызывает нерав-
номерность нагревания, причин для которого, впрочем,
и без того много. Плотное соединение частей необхо-
димо, чтобы уменьшить восстановительность атмосферы
в рабочем' пространстве и по возможности предохранить
криптол от выгорания.
Сборку начинают с того, что устанавливают штатив
печи так, чтобы его крышка была вполне горизонтальна.
На крышку кладут круг из толстого (3—5 мм) асбесто-
вого картона с отверстием в середине для ввода под-
ставки. На круг помещают нижнее наружное кольцо 1
(рис. 25) и на подкладках /7 нижний покровный круг 5,
§7

на который кладут нижний железный электрод 13.
В отверстие покровного круга 5 вставляют жаровую
трубку 10. Щели лгежду частями 9 и 10 замазывают ото»
щенной шамотом огнеупорной глиной. Щель между жа-
ровой трубкой 10 и кругом' 5 заполняют асбестовой ва-
той. В паз 3 наружного кольца 1 насыпают немного ша-
мотной муки и укладывают шамотное соединительное
кольцо 6. На него кладут корундовое соединительное
кольцо 7 тоже на шамотной подсыпке. Щели между на-
ружными кольцами 1, 4, 4, 4 также уплотняют при по-
мощи шамотной муки.
На корундовое соединительное кольцо 7 устанавли-
вают жаровое корундовое кольцо 8, а на него верхнее
корундовое соединительное кольцо 7 и, наконец, верхнее
шамотное соединительное кольцо 6. Между жаровым
кольцом 8 и наружными кольцами 4 насыпают шамот-
ную крупку, а между ним и жаровой трубкой 9 — крип-
тол, причем, так, чтобы под нижним соединительным
кольцом б не оставалось пустого пространства. Затем
окончательно центрируют жаровую трубку 9, на соеди-
нительное кольцо б кладут подкладки для электрода 14,
вставляют электрод 14 и насыпают криптол до верха.
Чтобы криптол лежал равномерно и рыхло, его прокалы-
вают заостренным' железным прутом диаметром 4—6 мм.
На криптол кладут верхний покровный круг 5. Щели
между наружными кольцами 1, 4, 4, 4 обмазывают ото-
щенной глиной.
Вновь собранную печь следует просушить, пропуская
через нее слабый ток (со 5 а).
При включении холодной печи на полное напряжение
сила тока должна быть 25—50 а. Через час после вклю-
чения следует осмотреть внутреннюю поверхность рабо-
чего пространства, и если накал его стенок окажется не-
равномерным' по окружности, то печь следует выключить,
так как при дальнейшем нагревании неравномерность
накала еще увеличится. Этот дефект по большей части
зависит от неравномерной плотности криптола в печи,
что Можно исправить систематически прокалывая слой
криптола вокруг жаровой трубки железным прутом. Если
это не помогает, то печь следует охладить и проверить
ее сборку.
Нарушения равномерности нагрева жаровой трубки
могут происходить и на полном ходу печи, если даже
разогрев ее прошел нормально. Это связано с образовц-
58

иием в криптоле вольтовых дуг или местных уплотнений.
Очень опасно также ошлакование огнеупорных футеро-
вок золой криптола или случайно попавшими в него
кусками глины. Регулировка печи на ходу невозможна и
ее приходится охлаждать. Избежать этого можно, если
пользоваться доброкачественным криптолом, прошуро-
вывать его железным прутом перед каждым пуском печи
и не форсировать разогрева печи.
В первые дни изменение состояния криптола улуч-
шает работу криптоловой печи, а затем замечается ухуд-
шение. Следует внимательно наблюдать за работой лечи
и во-время остановить ее на ремонт. При продолжи-
тельном употреблении величина зерна криптола вслед-
ствие выгорания уменьшается и в нем накопляются пыль
и зола. Мелкий криптол легко уплотняется, и вследствие
этого разогрев печи замедляется и увеличивается опас-
ность местных перегревов, образования шлаков на футе-
ровке и т. п. Поэтому приблизительно после 10 запусков
(60—80 часов работы) печи следует высыпать из нее
криптол и просеять его на сите 0,5—1,0 мм для отделе-
ния золы и пыли.
Для высыпания криптола приподнимают жаровую
трубку. Если на ней заметны повреждения, то ее выни-
мают, осматривают и подмазывают корундовой массой.
Так же осматривают внутреннюю поверхность жарового
кольца. Железные электроды исправляют или заменяют
новыми.
Криптоловые печи обладают многими недостатками,
из которых отметим следующие:
1)	большая мощность — до 15‘от;
2)	необходимость пользоваться током низкого напря-
жения через ступенчатые трансформаторы (сложное
устройство) или мощные реостаты (значительная потеря
энергии);	I
3)	восстановительная атмосфера в рабочем простран-
стве (вентилирование рабочего пространства вызывает
понижение температуры);
4)	значительные тепловые потери, вызываемые вер-
тикальным положением и вентилированием рабочего
пространства;
5)	выделение ядовитой окиси углерода, что требует
хорошей вентиляции помещения;
6)	медленный разопрев (не менее 2 час.>, необходи-
мый для избежания растрескивания керамических частей;
59

7)	необходимость иметь квалифицированный персо-
нал для постоянного надзора во время работы;
8)	необходимость часто ремонтировать печь (после
60—80 часов работы).
Дуговые печи
При соприкосновении двух проводников между ними
получается плохой искрящий контакт с большим сопро-
тивлением; место соприкосновения быстро нагревается и
нагревает окружающий газ, который становится доста-
точно хорошим проводником, чтобы поддерживать зна-
чительную силу тока. Нагретые концы проводников
можно раздвинуть, не прерывая тока, и накаленный газ
будет поддерживать контакт, образуя пламя вольтовой
дуги. Если дуга горит между угольными электродами,
то температура около анода (+) достигает 5500°, а по-
средине дуги в зависимости от ее длины 2000—3000°.
В лабораториях дуговые печи имеют очень неболь-
шое 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. 20.
Таблица 20
Дуговые печи
(напряжение 50—60 в)
Размер плавильного про- странства, мм		Диаметр электро- дов, мм	Сила тока, в	Мощность кет
диаметр	высота			
120	100			200	10
190	135		300	15
350	200		500	30
360	300	—	800	40
50*	45	18	100	- '
70*	- 60	20	150	—
90*	90	30	250	—
* Тигельные печи.
В качестве примера опишем универсальную дуговую
печь Борхардса (рис. 27). По схеме А она работает как
тигельная печь с двумя электродами и с дугой над пла-
00

вильныМ тиглем; но схеме Б— как тигельнай печь с од-
ним электродом; вторым электродом служит сам пла-
вильный тигель; по схеме В она приспособлена'для плавки
на проводящем поду значительных количеств металла,
который выпускается через боковую летку. По схеме Г
печь превращается в печь >с нагревательным сопротивле-

5	В	Г
Рис. 27. Универсальная дуговая печь Борхардса.
Варианты: А — два электрода с дугой над г.лавкльным тиглем:
Б— один электрод при подводе тока к тиглю; В — плавка на про-
 водящем поду; Г —плавка с нагревательные сопротивлением.
нием, которым служит угольный или карборундовый
стержень. В этом варианте она применяется для получе-
ния карбидов, плавки кварца и т. п.
Временная дуговая печь может иметь очень простую
конструкцию (рис. 28). Нижним токоподводом служит
графитовый тигель. Диаметр электрода должен быть
в 3—4 раза меньше верхнего диаметра тигля. Неболь-
шие тигли диаметром до 50 мм можно прямо закреплять
61

& Металлический зажим', как это показано на рисуйкё.
Тигли большого размера лучше устанавливать в отвер-
стие графитированной пластины,
к которой подводится ток. Для
Рис. 28. Дуговая печь с одним
электродом и подводом тока
к графитовому тиглю.
лучшего контакта отверстие об-
мазывают тестом из жирного
графита и воды.
Для дуговых печей наиболее'
желателен ток 36—42 в, так как
при большем напряжении регу-
лировка хода печи затруднена:
происходят местные перегре-
вы и электроды обгорают не-
равномерно. Малые дуговые пе-
чи (5—15 а) можно включать в
сеть прямо через делитель на-
пряжения (рис. 29) или через
реостат. Для более мощных
следует пользоваться понижаю-
щим трансформатором. Если
пользуются постоянным током
для печей с одним’ верхним
электродом, то он должен быть
положительным полюсом.
Рис. 29. Схема включения дуговой печи через делитель
' .	напряжения.
Индукционные печи
Вследствие сложности конструкции и некоторых дру-
гих недостатков эти печи применяются редко. В них
62

Электрический нагревательный ток сообщается нагревае-
мому телу не через контакты или электроды, а посред-
ством индукции. Принципиально индукционная печь
представляет собой воздушный трансформатор, у кото-
рого на место вторичной обмотки помещено нагреваемое
I
Рис. 30. Разрез индукционной печи с же-
лезным сердечником.
изготовляются емкостью
тело.
По конструкции
индукционные печи1
можно разделить на
два типа.
А. С железным
сердечником и
первичной обмоткой
внутри кольцеобразно-
го рабочего простран-
ства (рис. 30). Вторич-
ная обмотка здесь со-
стоит из одного корот-
ко замкнутого витка из
жидкого металла, на-
ходящегося в рабочем
пространстве. Этот тип
известен сравнительно
давно и его применяют
для плавки металлов.
Такие печи малого
от 10 до 100 кг и служат для плавки ценных металлов. ,
Охлаждение первичной обмотки здесь достигается про-
дуванием1 воздуха.
Область их применения весьма ограничена следую-
щими обстоятельствами:
1)	применимость лишь для плавки металлов;
2)	ограниченность температуры огнеупорностью кера-
мического материала, образующего кольцеобразное ра-
бочее пространство;
3)	необходимость постоянно поддерживать металл
в расплавленном состоянии и, как следствие, пригодность
этих печей только для непрерывных процессов.
Б. Без железного сердечника. Действие осно-
вано на следующем явлении. Если проводник находится
в переменном электромагнитном поле, то в нем возни-
кают так называемые токи Фуко, которые и производят
нагревание проводника. Таким образом, и здесь электри-
63

чёская энергия посредством индукций -передается нагре-
ваемому проводнику и уже в нем превращается
в теплоту.
Главную часть таких печей представляет цилиндри-
ческая катушка (соленоид) 7, к которой подводится пере-
менный ток высокой частоты (печи называются высоко-
частотными). Нагреваемое тело помещают внутрь ка-
тушки, и если оно само не проводит тока, то его заклю-
чают в проводящий тигель (рис. 31).
Так как индукционные печи с электротехнической
точки зрения являются трансформаторами, при их кон-
Рис. 31. Схема индукционной печи
высокой частоты:
струировании должны быть
приняты во внимание все
правила постройки транс-
форматоров. Передача,
энергии зависит от близо-
сти расположения первич-
ной и вторичной обмоток,
и поэтому важно, чтобы
пространство внутри пер-
вичной обмотки было по
возможности целиком за-
полнено нагреваемым ве-
ществом, проводящим вто-
ричный ток. Но так как зна-
1 — соленоид из медной трубки; 2 —огне- ; ЧИТСЛЬНЯЯ ЧЗСТЬ ЭТОГО ПрО"
упорный и здр^оиз^я^онныйаКорпус ра- странства занята тепЛОВОЙ
изоляцией, то такой воз-
душный трансформатор имеет очень большое рассеяние
и кажущаяся мощность печи в кило-вольт-амперах
в 10—30 раз больше действительной мощности в кило-
ваттах (cos имеет малую величину, зависящую от
частоты тока и мощности печи). Это приводит к необхо-
димости компенсировать холостую нагрузку печи
введением в цепь конденсатора с соответствующей
емкостью.
В зависимости от мощности и частоты необходимый
ток высокой частоты получается посредством искрового,
разряда или генератора. Искровый разряд дает затухаю-
щие колебания с частотой’ от 50 000 до 100 000 герц
(периодов в секунду). Генераторы дают незатухающий
переменный ток частоты от 1000 до 10 000 герц. Низкие
частоты особенно пригодны для печей большой мощ-
ности.
64

Искровое возбуждение применяют в тех случаях,
когда плохая электропроводность, мелкое зерно или ма-
лое количество нагреваемого материала требуют более
высокой частоты, чем та, которую могут дать генера-
торы. Схема включения при этом следующая (рис. 32).
Рис. 32. Схема электриче-
ского оборудования индук-
ционной печи с трансфор-
матором:
1— трансформатор; 2 — искровой
разрядник; 3— конденсаторы; 4—
печь; 5 — мотор для искрового
разрядника*
Рис. 33. Схема электрического обо-
рудования индукционной печи с ге-
нератором высокой частоты:
/ —статор с рабочей обмоткой; 2~ регуля-
тор возбуждения генератора; 3— ротор без
скользящих контактов; 4 — батарея коиден-
саторов.
Однофазный переменный ток (50 периодов) в трансфор-
маторе 1 трансформируется до нескольких тысяч вольт
(2500 в для немагнитных материалов, 1200—1400 в для
магнитных). Во вторичную цепь трансформатора вклю-
чается искровой разрядник 2 и параллельно с ним колеба-
тельный контур, в который включены два конденсатора 3
и печь 4. Когда вторичное напряжение трансформатора
достигнет величины разрядного напряжения искрового
5 Зак. 37в0. В. С. Веселовский и И. В. Шмапен.К'ОВ.	65

пространства, происходит разряд заряженных конденса-
торов через искровой промежуток. Частота опреде-
ляется собственной индукцией обмотки печи и емкостью
коиденсаторов, которые подбираются так, чтобы полу-
чилась частота 50 000—10 000 герц. Искровой промежуток
снабжают ротором, приводимым в движение мотором 5.
Регулируя скорость ротора, можно управлять печью.
Одна из таких печей имела следующие характери-
стики; мощность, поглощаемая из сети однофазного
тока в 50 периодов и 220 в, равна 5 квт (9 ква); мощность
самой печи 2 квт; частота 80 000 герц; полезная емкость
печи 70—120 мл.
Большие йечи могут питаться переменным током, по-
лучаемым непосредственно от генераторов высокой ча-
стоты (рис. 33). У них обычно рабочая обмотка 1 нахо-
дится в статоре, так что ротор 3 не имеет скользящих
контактов. Благодаря этому удается получить частоту
до 10000 герц при 3000 оборотов ротора в минуту для
больших машин и при 6000 оборотов для малых.
В новых конструкциях применяют ламповые генера-
торы.
Так как сопротивление печи зависит от количества и
рода загружаемого в нее материала, то в цепь должна
быть включена батарея конденсаторов 4 такого устрой-
ства, чтобы ее можно было регулировать во время хода
печи. Подачу энергии в печь регулируют изменением
возбуждения генератора.
В лаборатории высокочастотные печи имеют при-
менение для плавки и нагревания в вакууме, когда не-
Таблица 21
Индукционные высокочастотные лабораторные печи
Емкость рабо- чего простран- ства, МЛ	Источник тока высокой частоты	Частота герц	Максимальная температура °C	Мощ- ность печи кет	Расход энер- гии из сети	
					кет	Кв»
70 —120	Колебатель-	80 000	2350	2	5	9
200	яый контур	60000	2350	4	9	15
150 1200	Генератор »	8 000 10 000	. 1800	4 6 10 ’	8,8 18	.—
66

обходимо, например, исследовать выделяющиеся при
этом газы.
Нагреваемое тело помещают в графитовый или метал-
лический тигель, который вставляют в магнезитовую
пробирку, находящуюся в кварцевой пробирке; послед-
нюю при посредстве шлифа, охлаждаемого водой, соеди-
няют с вакуум-насосом. Первичной обмоткой печи слу-
жит медный змеевик, охлаждаемый током воды. Насадка,
прикрепленная к шлифу, имеет кран, барабан для введе-
ния навесок анализируемого вещества и отверстие для
измерения температуры посредством оптического пиро-
метра.
Характеристики индукционных высокочастотных
лабораторных печей приведены в табл. ,21.
Общие указания для работы с электрическими
приборами
Электрификация лаборатории. Источники тока.
Для работы с нагревательными приборами лучше всего
иметь в лаборатории подводку переменного тока ПО и,
так как большинство приборов можно присоединять
к ней непосредственно. Ток более высокого напряжения
менее удобен потому, что хотя изготовляют приборы,
включаемые непосредственно в сеть напряжением 220 в,
но их нагревательное сопротивление больше, чем' для
110 в. Это усложняет конструкцию или уменьшает срок
службы приборов, если берут для нагревателя слишком
тонкую проволоку.
Электро станции обычно дают трехфазный ток, для ко-
торого изготовляют печи мощностью не менее 4 квт. При
напряжении в сети до 250 в рекомендуется включать их
«треугольником», а выше 250 в — «звездой». Трехфазным
током можно пользоваться как однофазным, присоеди-
няя приборы к двум полюсам, имея в виду, что по нор-
мам допускается перегрузка одной фазы не более 5% от
общей мощности станции.
Постоянный ток для печей (кроме дуговых) мало при-
годен, так как при нагревании выше 800° фарфор и дру-
гие керамические материалы подвергаются электролизу
и вследствие этого становятся хрупкими. В случае необ-
ходимости применять постоянный ток приходится не
реже чем через полчаса менять посредством' переключав
теля направление тока в приборе. Но это мало помогает,
и срок службы печей сильно сокращается.
5*	67

Менее удобно также преобразование постоянного
тока, если требуется изменить его напряжение. Для этого
приходится пользоваться агрегатом из мотора и динамо,
т. е. машинами, требующими постоянного и квалифици-
рованного обслуживания, в то время как преобразова-
ние переменного тока производится посредством транс-
форматоров, которые не имеют движущихся частей и
поэтому уход за ними прост. В лабораториях трансфор-
маторы приобретают все большее распространение.
В трансформаторах используется явление электрической
индукции. Если в магнитное поле катушки, по которой
идет переменный ток, поместить вторую катушку, то под
влиянием индукции в последней возникнет индукционный
ток. Переменный ток, проходя по первой катушке, вызы-
вает в ней электродвижущую силу самоиндукции Е', ко-
торая пропорциональна коэфициенту самоиндукции L
и скорости изменения силы тока I во времени т;
Если принять меры, чтобы все силовые линии магнит-
ного поля обтекали равномерно все витки катушки, то
самоиндукция, а следовательно, и Е' будут пропорцио-
нальны числу Hi витков катушки. Для этого катушку на-
матывают на железный сердечник, причем почти весь
магнитный поток сосредоточивается в железе, и для
электродвижущей силы самоиндукции с хорошим при-
ближением. можно принять:
г дГ
Е —	,
где Li — самоиндукция одного витка.
Электродвижущая сила самоиндукции по направлению
противоположна электродвижущей силе первичного тока
и служит причиной индукционного сопротивления ка-
- тушки.
Если на тот же железный сердечник намотать вторую
катушку, то I® ней возникнет индукционная электродви-
жущая сила:
В'=---
Сравнив это уравнение с предыдущим, получим:
Е" пг •
63

Таким- образом, электродвижущие силы индукции в
обеих катушках относятся как числа их витков. Отноше-
ние Е'/Е" называется коэфициентом трансформации.
Это уравнение не вполне точно, так как часть магнит-
ного потока первичной катушки замыкается через воз-
дух и не обтекает витков вторичной катушки. Поэтому
в действительности
Е"<^ Е'.
«1
Доля потока, которая не индуцирует тока во вторич-
ной катушке, 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
вторичного тока пропорционально отношению числа вит-
ков вторичной и первичной катушек. По закону сохране-
ния энергии ток в обеих катушках должен иметь одина-
ковую энергию и поэтому сила вторичного тока должна
быть обратно пропорциональна тому же ' отношению
числа витков, т. е. произведение силы тока на напряже-
ние в обеих катушках одинаково.
Когда вторичная катушка разомкнута, сила тока в пер-
вичной катушке определяется выражением:
I	 — sin (az— <[>).
Vr^ + (aL)*
Если омическое сопротивление г мало, то мало по
сравнению с jh запаздывание тока I относительно электро-
движущей 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 уничто-
жаются: cos » « 0. Поэтому средняя мощность Ei cos й>’,
поглощаемая трансформатором с малым омическим со-
противлением, на холостом ходу очень мала. У хороших
трансформаторов она не превышает 1% от максималь-
ной мощности.
Если замкнуть вторичную катушку на омическое со-
противление R, то во вторичной цели пойдет ток:
J" — 4 = sin (az — ir),
69

который также отстает от первичного тока почти на 180°.
Он в свою очередь индуцирует в первичной катушке ток.
запаздывающий от первичного тока на 360°. В резуль-
тате ток в первичной катушке усиливается и увеличи-
вается мощность, поглощаемая трансформатором. Это
можно понимать еще и так. Ток вторичной катушки, бу-
дучи по фазе почти противоположным току первичной
катушки, своим магнитным полем уменьшает (поглощает)
магнитное поле последней. Вследствие этого самоиндук-
ция первичной катушки как бы уменьшается, cos 9 уве-
личивается, и вместе с этим увеличивается и поглощае-
мая транформатором мощность.
Таким1 образом, всякое изменение нагрузки вторичной
цели сейчас же отражается на потреблении трасформато-
ром энергии из первичной сети.
Коэфиицент полезного действий трансформатора:
Е”!" cos <₽о
К. П. Д. = -g-T---.т~ .
El cos <pj
В лабораториях применяют как понижающие транс-
форматоры, так и повышающие. Последние, впрочем,
редко и главным образом для индукционных печей. Для
очень маленьких приборов (нагреватели для определения
температуры плавления органических веществ, для эбу-
лиоскопии и т. п.) удобно пользоваться током низкого
напряжения от маленьких трансформаторов, например
таких, которые употребляются для электрических звон-
ков.
В ну т р и л а б о р а т о р н а я сеть. В лаборатории
необходимо иметь один общий рубильник, через который
питается вся внутрилабораторная сеть. От этого рубиль-
ника делают постоянную проводку к рабочим местам
и распределительным доскам (рис. 34).
Далеко не безразличен для удобства работы способ
присоединения приборов, который должен исходить из
принципа, что по окончании работы все контакты при-
бора должны быть разомкнуты и прибор не находится под
напряжением. Небольшие приборы (мощностью до 800 вт)
Включают при помощи вилки в штепсели, которые дол-
жны быть такими же, какие применяют в обычной сети
для бытовых приборов и переносных ламп. Более круп-
ные приборы' лучше всего присоединять болтами к ру-
бильникам или распределительным доскам. Удобно, когда
эти болты снабжены гайками с «барашками», что дает
70

возможность надежно привинчивать провода, не пользуясь
гаечным ключом.
Для защиты сети от перегрузки ее снабжают предо-
хранителями, которые не допускают прохождения тока
такой силы, на которую не рассчитана проводка. Их
Сеть ffO или. 220вольт, 50 периодов
L
oj- Предохрани-
тели ---------
Сеть освещения
£
Подводка на радение столы
Штепсели с
предохраните^
л ем на 05мв/п
Рубильники
С предохранителями
на 2квт
Щиток с элеятроизме -
рительными прибора-
ми, [на Знвт)
J-jF''"рубильник
Рис. 34. Схема электрической сети заводской контрольной
лаборатории.
располагают в несколько ступеней в разных частях сети.
Так, перед главным рубильником для защиты внешней
сети ставят предохранитель *, рассчитанный на макси-
мальную нагрузку внутренней сети, которая не должна
превышать допустимой нагрузки внешних проводов.
Разветвления внутренней сети снабжают предохрани-
телями такой мощности, которая соответствует допусти-
* Данные для расчета предохранителей см. табл. 27, стр. 94.
71

мой нагрузке для каждого участка сети. Эти предохра-
нители помещают при пусковых рубильниках и в штеп-
селях, т. е. по возможности ближе к местам включения
приборов.
Распределительные доски. Только простые
приборы мощностью до 1000 вт включают в сеть при
помощи штепселей без специальных выключателей. Во
всех других случаях пользуются щитками и распредели-
тельными досками, снабженными вспомогательными при-
способлениями: предохранителям!и, выключателями, пере-
ключателями, измерительными приборами, а иногда и
реостатами.
Для ориентировочных опытов желательно иметь
в лаборатории такую распределительную доску, которая
давала бы возможность в широких 'пределах менять
силу и напряжение тока, получаемого через нее, что
особенно важно при работе с приборами, в которых
происходит прерывание тока (например дуговые печи,
терморегуляторы и пр.). Следует заметить, что этого
нельзя достигнуть путем введения добавочного сопроти-
вления, так как в таком случае в момент! прерывания
тока у контактов бывает полное напряжение сети. Не-
обходимо применять деление напряжения путем ответвле-
ния и с этой целью снабжать распределительную доску
реостатом Вейнгольда с двойным рычагом.
На распределительной доске должны быть приборы
для измерения напряжения и силы тока, причем надо
иметь возможность измерять последние не только в пи-
тающей доску сети, но и у зажимов работающего при-
бора, что легко достигнуть, если ввести в цепи вольт-
метра и амперметра особые переключатели.
На рис. 35 изображена доска, в значительной мере
удовлетворяющая перечисленным требованиям и позво-
ляющая при напряжении сети в 110 в получать ток
от 0,04 до 20 а с напряжением от 0,4 до 110 в. В цепи
распределительной доски должны быть следующие при-
способления и приборы:
предохранитель 7; главный выключатель (рубильник) 2;
коммутатор реостата с двойным рычагом, дающий воз-
можность пользоваться реостатом и как добавочным
сопротивлением и как делителем напряжения 3; выклю-
чатель ответвления 4; переключатель для вольтметра 5
(для измерения напряжения в сети или в аппарате); пере-
ключатель для амперметра 6; (если этих переключателей
72

нет, то измерительные приборы выгоднее всего соеди-
нить так, чтобы они показывали напряжение и силу ток®
в рабочей, а не в общей цепи); два шунта 7 для ампер-
метра, которыми снабжаются только точные ампер-
метры; клеммы 8 для соединения с работающими прибо-
рами; амперметр А и вольтметр V»
73

Все эти приспособления укрепляют на мраморной
доске, причем всему агрегату придают форму стенной
доски, стола или шкафа. Реостат помещают позади мра-
морной доски, от которой его отделяют тепловой
изоляцией.
Работа с электрическими приборами. Новые приборы
из-за неисправности изоляции нередко дают короткое
замыкание. Поэтому их надо испытывать, включая через
реостат. Для определения мощности, необходимой для
прибора, его включают через амперметр.
Реостаты. Включать в обычную сеть без реостатов
можно только приборы мощностью до 1000 вт с нагрева-
телями из нихрома или фехраля. Более мощные при-
боры, а также приборы с другими нагревателями, как
правило, применяет с пусковыми реостатами.. Это со-
вершенно необходимо для печей с нагревателями из
чистых металлов (платины, молибдена и т. п.), 'так как
в холодном состоянии они имеют значительно меньшее
сопротивление, чем в нагретом, и поэтому, если включить
такую печь без реостата, через нее пойдет ток в 3—4
раза более сильный, чем тот, на который рассчитана
лечь. Это приводит к растрескиванию огнеупорных ма-
териалов и может вызвать перегорание нагревательного
сопротивления.
Для приборов с нагревателем из нихрома и фехраля
достаточно, если пусковой реостат имеет такое же со-
противление, как и сам прибор. Через четверть часа после
включения тока реостат может быть полностью выведен.
При печах с нагревателями из платины, молибдена и
железа желательно иметь реостаты с сопротивлением,
которое в 2—4 раза больше, чем сопротивление печи
в холодном состоянии. Через четверть часа после вклю-
чения тока реостат можно вывести наполовину, а еще
через четверть часа — полностью.
Следует принять за правило включать приборы при
реостате, введенном на все сопротивления.
Наибольшее распространение имеют рычажные и
движковые реостаты.
Рычажные реостаты применяют как пусковые доба-
вочные 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 сопроти-
74

вления, когда сила тока увеличивается, под током
остаются секции реостата, сделанные из наиболее тол-
стой проволоки.
Наиболее совершен-
ны реостаты Брюша с
двумя рычагами (рис.
36), которые можно
употреблять и как до-
бавочное сопротивле-
ние и для деления на-
пряжения, т. е. для по-
лучения тока низкого
напряжения. Изобра-
женный на рис. 36 рео-
стат с 34 контактами и
общим сопротивле-
нием в 36 ом позволяет
получить ток силой от
0,03 до 30 а при на-
пряжении от 0,3 до
120 в от сети в 120 в.
Движковые реоста-
ты чаще всего делают-
ся для токов малой	„
силы (менее 10 а). Они Рис-36- Двухры .ажныи реостат Брюша
портативнее -рычаж-
ных, дают более тонкую регулировку и употребляются,
главным образом, для регулирования моторов и нагре-
Рис. 37. Двухрядный движковый реостат.
вательных приборов мощностью до 1000 вт как добавоч-
ные сопротивления и как делители напряжения (рис. 37).
Схема включения реостатов в качестве пусковых или
добавочных сопротивлений общеизвестна и проста.
75

Несколько сложнее схема деления напряжения, при ко-
торой рабочий прибор включают параллельно с реоста-
том (рис. 38). В точке 1 ток разветвляется: часть1 его идет
по реостату, а часть через прибор. В точке 2 обе ветви
опять соединяются. Если к этой точке присоединить
еще второй реостат, то напряжение между точками 1 и 2
будет составлять только часть общего напряжения сети,
которое имеется между точками 1 и 3. При замыкании
рубильника 4 напряжение Е' на приборе так относится
к общему напряжению Е' сети, как сопротивление г
между точками 1 и 2 к общему сопротивлению R между
точками 7 и 3:
Е jr_
Е' = Я ’
Подобные соотношения на основании закона Ома
можно вывести для силы тока для любых частей цепи:
где Г1 и га — сопротивления прибора и параллельного
с ним первого реостата.
Общая сила тока в цепи:
I _ Ei Е_ __ Е ( Г1 — г2)
7? Г гхг2
Если в точках 2 и 3 будут скользящие контакты
реостатов, то сопротивления станут переменными и это
Сеть
г; к
—(пр^ор
Рис. 38. Схема деления напряжения сети при
помощи реостатов.
даст возможность в широких пределах регулировать
напряжение и силу тока в приборе. Для этой цели осо-
бенно пригодны двухрычажные реостаты (рис. 36) й
двухрядные движковые (рис. 37). Последние дают осо-
бенно много комбинаций включения (рис. 39). На cxeL
76

мах А и Б обе катушки включены последовательно с рас-
положением прибора в главной сети (схема А) или
в ответвлении (схема Б); в них катушка с тонкой прово-
локой служит для первоначальной грубой регулировки,
а с толстой проволокой — для точной регулировки.
На схеме В катушки включены параллельно, причем ка-
тушки с толстой проволокой дают грубую регулировку,
Рис. 39, Схемы включения двухрядных движковых
реостатов:
Л—последовательное включение катушек с прибором в глав-
ной сети,- 5 —то же. с прибором в ответвлении; В — парал-
лельное включение катушек; Г — то же. для очень точной
регулировки; Д— самостоятельная работа катушек на двух
разных приборах.
а с тонкой проволокой — точную регулировку. Схема Г
применяется для очень точной регулировки. На схеме Д
обе катушки работают независимо друг от друга, регу-
лируя два разных прибора; при этом нижняя катушка
включена как делитель напряжения.
Угольные реостаты применяют, главным образом,
Для регулирования сильных токов (до 3000 а) низкого
напряжения (не более 10 в). Принцип их устройства
основан на изменении сопротивления угольных или гра-
фитовых пластин в зависимости от давления. В простей-
шем виде такой реостат может быть легко изготовлен
следующим образом. На дно ящика из непроводящего
77

материала (например железный ящик, выложенный
изнутри асбестовым картоном) кладут железную пла-
стинку, которая служит одним полюсом. К ней1 при-
крепляют питающий провод. Поверх насыпают слой
порошка кокса или графита с величиной зерна не
мельче 0,1 мм и на него кладут вторую железную пла-
стинку, которая служит вторым полюсом. Электропро-
водность угольного порошка сильно зависит от давле-
ния, под которым он находится. Чем больше это давле-
ние, тем меньше сопротивление порошка. Изменяя на
грузку на верхний электрод, регулируют ток.
Конечно, таким примитивным реостатом можно поль-
зоваться только при отсутствии лучшего. Хорошие уголь
ные реостаты делают из угольных пластин, которые стоп-
кой вложены в рамку, снабженную нажимным винтом.
Основной недостаток угольных реостатов — хрупкость
их и неустойчивость сопротивления, но при регулирова-
нии токов большой силы они незаменимы.
Расчет реостатов. Пусть нам дано напряжение в сети
120 в и необходимо воспользоваться этой сетью для
получения вольтовой дуги, требующей 10—12 а. Убе-
дившись, что проводка и предохранители могут выдер-
жать ток такой силы, надо позаботиться о том, чтобы
и в цепи вольтовой дуги ток не превысил этой силы.
Для этого в цепь последовательно с дугой следует
включить реостат, сопротивление которого мы вычис-
ляем. Для получения вольтовой дуги между угольными
электродами лучше всего пользоваться напряжением
от 40 до 70 в, так как при более высоком- напряжении
угли быстро и неравномерно сгорают, а при более низ-
ком дуга получается короткой и неустойчивой. Если мы
выбрали напряжение на электродах дуги в 45 в, то до-
бавочный реостат должен поглотить 75 в (120—45).
По закону Ома этот реостат при токе 12 а должен
обладать сопротивлением:
Такое сопротивление можно, конечно, сделать из лю-
бого материала, но имея в виду, что пю нему потечет
ток в 12 а, надо выбрать проволоку такой толщины,
чтобы она не сильно нагревалась.
Для 12 а, согласно данным таблиц 26, 27 и 31, доста-
точно взять проволоку с сечением в 2 ллт2=0,02 сл/2
78

Если эта проволока никелиновая (уд. сопротивление
0,45 • 10-4 ом • см), то ее длина будет:
I — - 6’25  0,02 — 9777 см
0,45 • 10-* z см"
Включив такой реостат последовательно с вольтовой
дутой, получим следующее 'распределение мощности
тока;
Полная мощность 120- 12 = 1440 вт.
Мощность, потребляемая дугой, 45-12 = 540 вт.
Мощность, бесполезно пропадающая в реостате,
75 • 12 — 900 вт.
Коэфициент полезного действия;
К. п. д. =	= 0,375.
Обзор тепловых характеристик приборов разных типов
Основной характеристикой нагревательного прибора
служит мощность, необходимая для поддержания в нем
определенной температуры. Эта мощность зависит от
очень многих переменных: размеров и формы рабочего
пространства, расположения нагревателя, устройства теп-
ловой изоляции, нагрузки прибора нагреваемыми пред-
метами, положения прибора в рабочем помещении, усло-
вий среды и т. п. Этих факторов так много, что полный
теоретический расчет, основанный на физических зако-
нах и материальных константах, становится чрезвычайно
сложным, а главное не дает надежных результатов.
Поэтому нагревательные приборы обычно конструируют
на основании данных, полученных при практической
проверке приборов разных типов и конструкций. Эти
данные приведены при описании типичных приборов
и в табл. 22. Понятно, что при отсутствии стандартных
способов изготовления лабораторных приборов, все эти
данные имеют лишь приблизительное значение.
Интересны данные М. Пирани для мощности, отне-
сенной на 1 c/и2 внутренней поверхности рабочего про-
странства в зависимости от его температуры и рода теп-
ловой изоляции (табл. 23).
Ремонт приборов
В каждой лаборатории следует уделять большое вни-
мание ремонту нагревательных приборов, так как много
приборов и, в частности, дорогих печей приходят в не-
1Ъ

Таблица 22
Удельная модность электрических нагревательных приборов			
(Практические данные)			
Тип	Рабочая тем-	[Мощность, вт	Удельная мош.-
	пература, °C		ность, вт^см*
Плиты:			
1) с открытым нагрева-			
телем в бороздках кера- мической пластинки.			2,2 —4,4
Диаметр 150 мм .... 2) с нагревателем, за-	100 — 250 100 — 250	400 — 800	
			2,5 —3,5
крытым слюдой .... 3) с закрытым нагрева-		400 — 800	
			
телем, погруженным в цемент 		100 — 250	400 — 800	3 — 4
Бани песочные		150	400 — 800	2 — 2,5
Утюги весом 3,5 кг . . . .	180	400	3 — 4,5
Кастрюли и чайники . . .	100	300 — 800	3,3 —4,5
Бани воздушные			
Диаметр Высота			вт/мл
ММ	мм			
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
	100	220—1000	0,01-0,015
Шкафы-сушильные объе- 1	150	400 —1400	0,015—0,025
мом 16 —100 л	|	220	1000 — 2000	0,02—0,05
1	300	1500 — 3000	0,03—0,08
Тигельные печи			
Емкость			
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			
Емкость			
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
SO

Продолжение таблицы 22
Тип		Рабочзя тем- пература °C	Мощность, ет	Удельная мощ- ность, вт/см*
Трубчатые печн Рабочее пространство диаметр	длина	' мм	мм				
20	100	850	250	8
20	100	. 1000 .	300	10
20	100	1500	500	16
50	200	850	800	2
50	200	10С0	1000	2,5
50	200	15С0	2000	4
Примечание. Все печи о внешним нагревателем из проволоки.
Таблица 23
Удельная мощность электронагревательных приборов, вт.'см*
(Зависимость от рабочей температуры прибора и от рода изоляции
по данным Пирани, 1930 г.)
Температура рабочего пространства	Полное из- лучение аб- солютно черной по- верхности А=5-73-10—12	Кри.поло- вая печь с изоляцией из окиси ии[кония; толщина 30 ММ	Печь с нагревателем из вольфрамовой *	проволоки		
			изоляция из окиси цирко- ния; толщина 30 мм	изоляция из диатомита; •1 олщина 30 мм	ИЗОЛЯЦИЯ-МЗ диатомита; толщина 120 мм
500 -	2		1	0,6	0,3
1СС0	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	—
2«)00	153	40	18	7,0	—
2500	339	70	—	—		
3000	658	—	—	—	—
годность только потому, что не был своевременно произ-
веден ремонт. В то же время в большинстве случаев ре-
монт электронагревательных приборов крайне прост.
Обычно достаточно, разобрав арматуру, найти место
б Зак. 3760. В. О. Веселовский и И. Bf. Шманенков,	81

разрыва нагревателя и затем прочно соединить разо-
рванные концы. Для отыскания места повреждения удобно
пользоваться контрольной лампой, один из проводов
которой оканчивается толстой иглой. Присоединив другой
провод к вводной клемме печи, пробуют иглой нагрева-
тель в различных местах. Вспыхивание лампы укажет
место контакта и разрыва.
В зависимости от конструкции печи и от материала,
из которого сделан нагреватель, исправление производят
различными способами. Обычно нихромовую проволоку
просто скручивают, обнажив ее от изоляции на пол-
витка В1 обе стороны от места разрыва, но это не дает
надежного и долговечного контакта. Если печь часто
перегорает, то из-за таких исправлений сопротивление ее
становится заметно меньше. Чтобы помешать этому, со-
единение в месте разрыва производят надставкой куска
нихромовой проволоки.
Наилучшее соединение обеспечивается при спаивании
и сваривании. Нихром можно сварить вольтовой дугой,
для чего концы проволоки скручивают и осторожно при-
касаются к ним вольтовой дугой, в результате чего
концы сплавляются в небольшой шарик. Надежное соеди-
нение концов нихромовой проволоки получается,  если
их скрутить и надеть на них маленькую трубочку из тол
стой нихромовой ленты (например сечением около
1X5 мм) и затем осторожно расплющить ее молотком.
При починке печей с нагревателем из платиновой про-
волоки лучше всего в месте разрыва надставить неболь-
шой кусок платиновой проволоки и концы сварить воль-
товой дугой или пламенем кислородной горелки. Тон-
кую проволоку до 0,3 мм можно сваривать даже в пла-
мени обыкновенной паяльной горелки.
Замена нагревателя. В результате многих починок
перегоревшего нагревателя сопротивление его может
измениться настолько, что прибор перестает удовлетво-
рительно работать. Для его исправления необходимо
произвести полный расчет и в зависимости от резуль-
татов этого расчета или переделать нагреватель, или
заменить его новым.
Надставку старого нагревателя желательно произво-
дить проволокой того же сорта и диаметра, так как
в противном случае трудно достичь равномерности на-
грева. Для нового нагревателя сначала выбирают сорт
проволоки.
82

Для температур ниже 1000* наилуЧшим материалом
служит нихром', и только в тех «случаях, когда нагреватель
подвержен действию кислых «паров, применяется платина.
Значительное распространение в СССР получил дешевый
фехраль. Однако после нагревания он становится хруп-
ким, что затрудняет ремонт перегоревшей печи.
Для температур до 500° можно применять никелин,
константан и железо.	t
Когда произведен набор материала и диаметра про-
волоки, рассчитывают ее длину.
Пример 1. Для песочной бани мощностью 600вт
берут нихромовую проволоку диаметром 0,5 мм в две
жилы. По табл. 26 находим • ее удельное сопротивление:
Р. 10*= 11-°У-
м
Сечение этой проволоки пг2 — 0,196 мм2, а 1 м будет
иметь сопротивление:
Ro = р • 104 : пг2 = 1,1 :0,196 = 5,6 ом/т.
Теперь надо принять во внимание увеличение сопро-
тивления при нагревании. Для нихрома эта поправка не-
велика, так как его температурный коэфициент сопроти-
вления а = 0,0001, т. е. 0,01% на 1°. Если баня рассчи-
тана для работы при 200°, то при этой температуре 1 м
проволоки будет иметь сопротивление:
Rt =	(1 4- af) = 5,6 (1 + 0,0001  200) = 5,71 ом • м.
Если напряжение в сети Е — 12Q. в, то для получения
мощности 600 вт нагреватель должен иметь сопротивле-
ние:
£ _	_ 120-
/ — W ~~ 600
= 24 ом.
Отсюда длина нагревателя «в две жилы (сопротивление
1 м = 5,71 ; 2 = 2,86 ома) получается равной 24:2,86 =
= 8,4 м; таким образом, потребуется 16,8 м проволоки и
еще 0,2 м на устройство вводов для тока. В большинстве
случаев вводы можно сделать, скрутив концы нагрева-
теля вдвое или втрое, но лучше припаивать куски прово-
локи вдвое большего диаметра. При навыке это легко
сделать в маленькой вольтовой дуге.	>
Обыкновенная железная проволока -(«печная») имеет
Удельное сопротивление р • 104 от 0,15 до 0,2. Поэтому
6*
83

при том же диаметре пойдет ее в 5—1 раз больше, Чем
нихромовой.
Некоторые сорта проволоки жестки и их трудно на-
матывать. Такую проволоку надо «отпустить», т. е. на-
греть и медленно охладить, что проще всего сделать,
медленно проведя проволоку через пламя горелки или,
растянув ее по комнате, накалить электрическим током.
Пример 2. Расчет нагревателя для трубчатой печи
длиной 600 мм и диаметром 40 мм, которая при мощной
тепловой изоляции при 950° потребляет 1600 вт (табл. 9
и 10).
Сила тока:Т20(5БТьт) = 13’5 <ампеР)’
Сопротивление: |12^ВСЛЬ-Гт- = 8,9 (ом).
г	1с 5 (ампер) ’ 4 7
Выберем материал и диаметр проволоки. В данном
случае можно взять нихром или платину. Чем меньше
диаметр проволоки, тем короче нагреватель, дающий
требуемое сопротивление. Однако надо иметь в .виду, что
для обеспечения равномерного нагрева витки проволоки,
намотанной на трубку, должны отстоять друг от друга
не дальше чем, на 5 мм, и что тонкая проволока быстрее
снашивается и перегорает, чем толстая. Таким образом
диаметр проволоки определяется, с одной стороны, раз-
мерами печи, а с другой, — ее мощностью. Из размеров
печи (длина трубки / = 600 мм и внешний диаметр d =
= 50 мм при внутреннем диаметре di = 40 мм) и из рас-
стояний между витками 5 м можно вычислить длину
проволоки. Окружность трубки nd = 3,14 • 50 = 157 мм.
Если 550 Тил длины трубки будет покрыто витками, то
всего придется намотать 110 витков, длина которых бу-
дет:
.157. 110= 17270 .их 17,3 м.
К этой величине надо прибавить длину самой трубки
0,55 м и 0,4 м на изготовление вводов тока. Общая длина
/= 17,3 4-0,55 -|-0,4 == 18,25 м.
Диаметр проволоки вычислим, найдя по таблицам удельное
сопротивление ее материала при 950°. Для нихрома по табл. 26
р*104 = 1,13——— при 0 и его температурный коэ.фициент
„ ом  ммг
сопротивления а — 0,0001----т=- .
84

Отсюда удельное сопротивление нихрома при 950° будет
р1== 1,13(1 4-0,0001 • 950) = 1,23.
Сопротивление проволоки r — pl-10i-^.
ср
Сечение F = w ~.
. Диаметр Р1 • 10^ = 2	1,23	= 1,8 мм.
Проверим полученный результат по табл. 30, где ука-
зана предельная сила тока, допустимая для данного ма-
териала.
Если для проволоки того диаметра, который получен
при расчете, не допустима сила тока, необходимая для
работы прибора, то берут (проволоку большего диаметра
и, исходя из него, рассчитывают длину нагревателя. Сле-
дует учесть; что намотка такой более длинной проволоки
должна производиться плотнее, чем было принято при
расчете (т. е. расстояние между витками должно быть
меньше 5 мм). В нашем случае получилось обратное: по
габл. 30 для силы тока 13,5 а достаточен диаметр нихро-
мовой проволоки 1,2 mim; мы нашли 1,8 мм, т. е. наша
печь будет иметь большой запас прочности. Брать более
гонкую проволоку не рекомендуется, так как витки ее
расположатся слишком редко и в рабочем пространстве
будет неровная температура.
Иногда бывает выгоднее вместо одной толстой-жилы
проволоки взять две или несколько жил более тонкой.
Так, например, в нашем случае можно взять две жилы
диаметром по 0,8 мм. Если произвести подсчет, то длина
каждой из этих жил окажется равной около 9 м. Оче-
видно при наматывании такой проволоки на трубку мы
опять получим желательное расстояние между витками—
около 5 лш.
Примеры расчетных размеров нагревателя из нихрома
приведены в табл. 24 и 25.
Если нагреватель изготовляют из платиновой прово-
локи, то выгоднее всего брать проволоку диаметром
около 0,3 мм, которая надежно выдерживает нагрузку
в 5 а. Если прибор требует большей силы тока, то бегут
проволоку этого диаметра в несколько жил так, чтобы
на каждую жилу приходилось не более 5 а. Этим дости-
гается значительная экономия в весе платины, так как
более тонкая проволока допускает большую плотность
тока. Однако для печей, предназначенных для постоянной
8§

Таблица 24
Диаметр и длина нихромового нагревателя для электроприборов
разной мощности
(Напряжение 110—120 в)
Мощность вт	Сила тока а	Сопроти- вление, ом	Нихромовый нагреватель			
			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
1500	12,50	9,6	1,2	9,6	1,5	15,0
2000 '	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	2Х 9,9	1,8	2 X 16,4
5 000	41,75	2,9	1,8	2Х 13,0	2,0	2Х 16,0
10 000	83,50	1,44				
20 000	167,0	0,72				
работы при температурах от 1200 до 1600°, можно ре-
комендовать более толстую платиновую проволоку.
Отмерив и отрезав проволоку, приступают к наматы-
ванию ее на трубку. Для печей с рабочей температурой
не выше 800° можно брать железную трубку, обвернутую
0,5—1,0 м слоем мокрого асбеста или оклеенную слюдой
на шеллачном лаке, получше пользоваться фарфоровыми
трубками. При этом надо иметь в виду, что даже лучшая
берлинская глазурь размягчается при 1200° и поэтому
глазурованные трубки пригодны только для печей с ра-
бочей температурой ниже 1000°.
Наматывание начинают с того, что делают из прово-
локи петлю и закручивают ее близ конца трубки. Очень
удобно закреплять конец нагревательной проволоки при
помощи хомутика с болтом,, надеваемого на конец

Таблица 25
Диаметр и длина нихромового нагревателя для электроприборов
разной мощности
(Напряжение 220 в)
Мощность вт	Сила тока а	Солрбти- вление, ом	‘ Нихромовый нагреватель			
			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	3?,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	2 X 16,2
10 000 20 000	45,50 91 ДО	4,85 2,42	| Применяется лента			
трубки. Затем начинают наматывать проволоку, распола-
гая 10 первых витков на расстоянии от 2 до 3 дал друг
от друга, постепенно увеличивая это расстояние до 6 дал
к середине трубки и вновь уменьшая его до 3—2 дал у
другого конца ее. Это особенно важно для коротких пе-
чей, так как только при подобной намотке удается полу-
чить более или менее равномерное распределение темпе-
ратуры. Когда вся проволока намотана и концы ее закре-
плены на трубке, делают вводы из этих концов, скручи-
вая их вдвое или припаивая к ним куски толстой прово-
локи. Затем приступают к изготовлению тепловой изо-
ляции.
Из асбеста толщиной 2—4 мм вырезают полосы 20—
30 мм шириной и длиной, обеспечивающей толщину
кольца около 10 мм, и, намочив их, наматывают на трубку
87

в виде колец, расположенных на расстоянии 150—200 ад
друг от друга.
Заготовив лист асбеста .размером 560 X 350 мм, мочат
его и наматывают поверх колец. Затем опять наклады-
вают кольца (их можно скреплять железной проволокой)
и новый лист асбеста. В результате получается тепловая
изоляция с воздушными прослойками при общей тол-
щине изоляции 60—100 Л1м. Наружный слой асбеста де-
лают из картона толщиной 10—15 ад или &- несколько
оборотов из более тонкого и связывают его в нескольких
местах железной проволокой. На торцы печи надевают
кружки с отверстием для трубки. Наконец, из жести де-
лают оправу, которую закрепляют проволокой.
Асбест является прекрасным теплоизоляционным ма-
териалом, но при пользовании им надо иметь в виду,
что он образует с окислами, покрывающими нихром,
легкоплавкий шлак, а это для тонкой проволоки м'ожет
оказаться гибельным. Поэтому следует избегать сопри-
косновения 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 не-
много буры или жидкого стекла. При изготовлении пла-
тиновых нагревателей этого делать не следует.
Наиболее огнеупорные обмазки получают из окиси
алюминия (для температур до 1800°) или из окиси магния
(для температур до 2000°).
С усилением тепловой изоляции значительно сокра-
щается расход энергии, но одновременно уменьшается
скорость нагревания. Отсюда следует, что печи, кото-
рыми пользуются для единичных опытов, должны иметь
легкую изоляцию, так как такие печи быстро нагреваются
и быстро остывают.. Печи же для. длительной работы
лучше делать с возм'ожно более мощной изоляцией, так
как они долговечнее и расходуют меньше энергии.
Присоединение медных проводов к нагревательному
сопротивлению лучше всего производить при помощи
болтов, но так как болты при нагревании скоро портятся,
то их следует помещать вне зоны высоких температур и
* Для температур до 1100° пригодна гжельская глина, до 1300* —
часовъярская и до 1500° — каолнн.
88

присоединять к ним нагревательную проволоку, скручен-
ную вдвое или даже вчетверо, чтобы она не накалялась
вблизи болта.
Для небольших приборов скрепление нагревателя с
проводами можно делать, скручивая концы проволок
и надевая на это место маленькую трубочку из толстой
нихромовой ленты, которую затем расплющивают мо-
лотком.
Если нагреватель должен иметь форму спирали (плиты,;
сушильные шкафы и т. п.), то выбранную для него про-'
волоку наматывают на стержень подходящего диаметра.
Для этого удобнее всего один конец стержня загнуть
в виде ручки, а другой вставить в зажатую в тиски
трубку, служащую подшипником.
Материалы для проводников тока
В электротехнике применяют две группы проводников.
К первой относятся хорошие проводники, большей ча-
стью чистые металлы ’(медь, алюминий), служащие для
канализации электричества (провода); вторую группу
составляют сплавы и некоторые чистые металлы и дру-
гие материалы, обладающие большим удельным сопроти-
влением, благодаря которому они дают возможность на
небольшом участке цепи и в небольшом объеме сосредо-
точить большое падение потенциала. Эти проводники
’в свою очередь делятся на две подгруппы.
1. Сплавы для измерительных приборов и эталонов.
Они должны удовлетворять следующим условиям: 1) ма-
лый температурный коэфициент сопротивления а (менее
1,0- 104); 2) постоянство сопротивления и других электри-
ческих свойств; 3) величина удельного сопротивления
(имеет второстепенное значение); она должна быть не
меньше 0,4 • 10~4— 0,5 • 10~4.
Этим условиям лучше всего удовлетворяют сплавы
меди, никеля, цинка и марганца.
2. Проводники для нагревателей и реостатов. Предъ-
являемые к ним требования таковы: 1) большое удельное
сопротивление р (в пределах 0,5—1,0-10“4); 2) малый
температурный коэфициент сопротивления а (около
1 • 10-4); 3) высокая температура плавления (на 150—300°
выше рабочей температуры прибора); 4) стойкость при
нагревании на воздухе (сопротивляемость окислению);
5) постоянство сопротивления при длительной эксплоата-
ции; 6) дешевизна.
89

 В эту группу входят сплавы никеля, хрома, железа,
меди, марганца и цинка. Большинство чистых металлов
не пригодны для этих целей, так ка1к они обладают ма-
лым удельным сопротивлением и большим температур-
ным коэфициентом, но все же благодаря другим ценным
свойствам платина, молибден, никель, вольфрам, железо
и иридий находят применение в качестве нагревателей
(табл. 26). Для этой же цели применяют графит, уголь,
карборунд и т. п.
Металлический сплав только тогда обладает ценными
электротехническими свойствами, когда его компоненты
образуют твердый раствор. В этом случае электросопро-
тивление не может быть вычислено из сопротивлений чи-
стых компонентов. Наличие в сплаве твердых растворов
сказывается и на других свойствах. Например, твердость
чистого металла возрастает по мере увеличения количе-
ства примесей, что затрудняет процесс изготовления про-
волоки. Часто приходится отказываться от использова-
ния очень ценных сплавов потому, что из них невозможно
изготовить проволоку. Химическая стойкость твердых
растворов тоже больше, чем чистых металлов, и это те-
сно связано с сопротивлением окислению при нагревании
на воздухе. Впрочем, в этом случае главную роль играют
прочность слоя окислов, покрывающих металл, и темпе-
ратура их плавления.
Влияние механической обработки на свойства метал-
лов заключается в увеличении их упругости, твердости
и электросопротивления. Для электротеплотехники осо-
бенно важно, что прокованный металл и тянутая прово-
лока обладают значительно ббльшим, сопротивлением,
чем те же материалы в отожженном состоянии. Это
явление называется «наклепом».
В связи с тем, что уменьшение сопротивления накле-
панного металла при низкой температуре происходит ме-
дленно, для устранения наклепа металл отжигают, т. е.
нагревают до определенной температуры, установленной
опытом для каждого материала, причем электрическое
сопротивление убывает до некоторого минимума и затем
остается довольно постоянным. Отжиг является всегда
желательной, а часто необходимой предварительной - об-
работкой электротехнических металлов. Это имеет осо-
бенно важное значение для измерительных приборов
и эталонов.
90

Таблица 26
Проводники тока
Название металла или сплава	Характери- J стика или состав (в » о)	Удельное сопротив- ление пои 20° ом.лг.к8 м р.10*	Температуря >.й коэ- фициснт сопроти- вления a-lG4	Температура пла- вления °C 1	Предельная рабочая температура °C	Применение
Медь Алюминий Железо	Провода Провода Проволока	0,017 0,028— 0,030 0,10-0,14	39 44 50	1 083 660 1500	2'0 300 400	। Для канали- ! зации элек- 1 тричества
Вольфрам Молибден	Чистый для проволоки Чистый для проволоки	0,05 0,05	52 48	3 370 2620	2500 2000	) Для нагре- вателей (в 1 вакууме ити в атмосфере защитного газа)
Платина Никель Ртуть Серебро	Чистая Чистый Чистая Чистое	0,112 0,07 0,941 0,016	35,2 1 754 54 1 435 9 —39 36 960		1700 540	
Константан ( („1а la”) j	Си 55—60 Ni 40-45 Мп 1—2	0,45—0,5	0,05	1260	450	1 Для измери- 1 тельных । приборов н ( эталонов !	(очень J	стойки)
Манганин ( (идеал) |	Си 84 Мп 12 Ni 4	0,43	0,1	—	400	
Медь марган- I цовистая	I (резистин, тар- | пак)	1	Си 81—94 Мп 20— 6	0.51-0,74	0,1	—	400	Для изме- рительных приборов и реост тов (стойкость не высока) \ -
Нейзильбер (никелин, блан- ка экстра, рео- тан, германское серебро, амери- канское серебро)	Си 50-70 Ni 20-10 Zn 40—10	0,32-0,4	1—2	1 100	400	
Алюмель	Ni 95 - Al 2 Мп 2 Si 1	0,3	1 .	1300	400	
91

Продолжение табл. 2b
Название маталла или сплава	Характери- стика или состав (в о'о)	Удельное conpoiHB- ление при 2>• о и • .и.ц* м р-104	Хемпературныи коэ- ' фиииент сопротив- 1 ления а- *Ь4	' Температура плав- ления °C	Предельная рабочая температура °C	Применение
Копель (куп- ферникель, реймур)	Ni 44 Си 55	0,47—0,49	0.2	1 300	400	
Сталь крем- нистая	Si 4	0,5	9	—	300	Для реоста- тов (нестой- ка и хрупка)
Сталь никели- стая (apex, вес- талин, крупин, климакс, супе- риор, тико, фе- никс, реостен)	Fe 50-70 Ni 50—39	0,65-0,85	7	13%	400	Для реоста-  тов (доволь- но стойки)
Ферроникель- манган	Fe 65 Ni 25 Mn 10	0,9	7	—	400	
Хромистое не- ржавеющее железо	Fe 70—85 Cr 50-15 Ni 10-0	0,9	8		800	Для нагре- вательных сопроти- влений (очень стой- ки при вы- с< ких тем- пературах)
Нихром желе- зистый (хромо- никель, т.фет, уранус)	Fe 16 Cr 15 Ni 65 Mn 1,5	1,0-1,15	2	1 500	1 100	
( Нихром (хро- моникель, ко- лорит, хро- мель)	Ni 75—80 Cr 25-10 Mo 0—7	0,9-1,1	1	1 500	L 000	
92

Продолжение табл. 2б
Название металла нлн сплава	Характеристи- ка или со- став (в °,'о)	Удельное сопротив- ление при 2и° ОМ’Л/.И* М р*10«	Температурный коэ- фициент сопротивле- ния а-10*			Температура пла- । вления °C	Предельная рабочая температура ЭС	Применение
Фехраль	Fe 83 Сг 15-13 А1 4-5	1.3	0,3	—	800	Для нагре-
МСМЗ 1 1 1	А1 3 Сг 2,5 Си 1,4 Мп 1,4 Si 1,0 Fe остальное	0,8	50		750	вательных сопротивле- ний
						
Неметаллические проводники
Графит
Уголь
Электрод
8— 12
46—100
Отги-3 5о0
цат.
При выборе металлических нагревателей для различ-
ных приборов большое значение имеет то, что лишь в
редких случаях нагреватель имеет ту же температуру, что
и рабочее пространство. Обычно температура нагревателя
несколько выше.
Ввиду ^невозможности определить в общем виде за-
висимость температуры рабочего пространства от темпе-
ратуры нагревателя, возникает вопрос о допустимой для
данного проводника плотности тока. Измерения силы
тока, переплавляющего проволоку, показывают, что
предельная плотность тока, при которой проволока пе-
регорает, тем меньше, чем больше диаметр проволоки.
Это зависит от того, что теплоотдача толстой проволоки
меньше, чем тонкой. Сила тока в амперах, перепла-
та

йляющего проволеку (/„,), с достаточной точностью вы
ражается следующей эмпирической формулой:
Л1Л == «
где а — (Константа, зависящая от материала проволоки
(табл. 27); d— диаметр проволоки в лк
. Таблица 21
Данные для расчета силы тока, переплавляющего круглую
проволоку
Гпл = a VdT
Материал проволоки	I Температура пла- вления °C 		Удельное со- противление р°1С4 ом-с.и		Температурный коэ- фициент а«104	Константа а	61Л			
		при 1’	при темпера- туре плавле- ния			6	10	15	20
						d мм			
Платина . . Нихром . . Медь . . . Серебро . . Алюминий . Свинец . . Олово . . .	1 754 1 500 I 083 960 66) 327 232	0,112 1,1 0,017 0,016 0,029 0,2 0,11	0,8 1,3—1,4 0,09 0,07 0,11 0,46 0,22	35 1-2 39 36 44 40 44	40 24 350 460 290 70 145	0,28 0,07 0,06 0,075 0,19 0,12	0,4 0,09 0,08 0,11 0,27 0,16	0,52 0,12 0,10 0,14 0,4 0,21	0,63 0,15 0,13 0,17 0,45 0,25
Примечание. Длина предохранительной проволоки Должна быть неболь-
шой, чтобы сопротивление ее было мало по сравнению с сопротивлением цепи.
Другой случай применения этой формулы использован
при конструкции печей с платиновыми нагревателями.
Для платиновой проволоки диаметром 0,3 мм сила
расплавляющего тока равна '40 • рДэ,33= 6,6 а. Эта прово-
лока надежно выдерживает нагрузку в б а, что (Соответ-
ствует плотности тока 70 a/мм2. На- основании этих дан-
ных вычислены нагрузки, допустимые для платиновой
проволоки.
Из аналогичных соображений при изготовлении труб-
чатых печей вместо проволоки применяют очень тонкую
платиновую фольгу.
Допустимая плотность тока в проводниках опреде-
ляется температурой, которую приобретает проводник
94

при прохождений через него тока. Эта температура дол-
жна быть такой, чтобы ни проводник, ни его изоляция
не портились.	
Опишем подробнее некоторые наиболее употребитель-
ные материалы.
Нихром (хромоникель) наиболее подходящий
материал для изготовления печей сопротивления для тем-
ператур до 800° и даже до 1100° в зависимости от кон-
струкции и формы прибора. Он хорошо выдерживает
нагревание до 1150°, поэтому из него изготовляют раз-
личные предметы, предназначенные для работ при высо-
ких температурах. Лучшая проволока, обладающая высо-
кой однородностью, вытягивается из нихрома, литого
в вакууме. Большая устойчивость нихрома зависит от
свойств окислов, покрывающих его поверхность.
Состав нихрома разных марок колеблется в небольших
пределах. Чем выше содержание хрома в сплаве, тем
устойчивее он при высоких температурах. Небольшая при-
месь марганца и молибдена также повышает стойкость
нихрома.
В указанных пределах температуры нихром в совер-
шенстве удовлетворяет требованиям, предъявляемым
к нагревательным сопротивлениям: он имеет большое
удельное сопротивление и малый температурный коэфи-
циент. В среднем сопротивление его при 1000° только
на 10% больше, чем в холодном состоянии. Температура
плавления сплавов типа нихрома около 1500е; уд. вес 8,3
(табл. 28).
Следует иметь в виду, что пределы рабочей темпера-
туры, указанные в табл. 26,’ относятся к проволоке диа'
метром 2—3 м при продолжительной службе. Если же
к долговечности прибора не предъявляются высокие тре-
бования или может быть применена более толстая прово-
лока, то допустимый предел рабочей температуры может
быть повышен на 50—100°.
В табл. 29 приведены силы тока, которые до различ-
ных температур нагревают проволоку, горизонтально на-
тянутую в спокойном комнатном воздухе. Вертикально
натянутая проволока нагревается гораздо сильнее и при-
том неравномерно: в верхней части больше, чем в нижней.
В этой же таблице, рядом с соответствующими силами
тока, указаны разности потенциалов, -которые надо иметь
на расстоянии 1 м по длине проволоки, чтобы получить
необходимую силу тока. Очевидно, что произведение
95

Таблица 28
Нйхромовая проволока
(удельное сопротивление .р • 1С4 == 1,10 ± 0,03 ом • см; температурный
коэфициент сопротивления а • 1® = 1,5)
Диаметр проволоки, мм	Поперечное сечение про- волоки, мм*	Сопротивле- ние I м длины ом	На 1 ом длина, зг	Максимально допустимая сила тока (при 120 а) а
5	19,64	0,058	17	
3	7,07	0,16	6,3	— 
2,5	4 91	0,23	4,3	
2,0	3,14	0,35	2,8	25,5
1,8	2,54	0,44	2,25	23
1,6	2,01	0,56	1,78	20
1,5	1,77	0,64	1,56	18,5
1,4	1,51	0,73	1,36	17
1,3	1,13	0,85	-1,17	—
1,2	1,33	1,00	1,00	14
1,1	0,95	1,19	0,81	—
1.0	0,79	' 1,44	0,69	11
0,9	0,64	1,78	0 56	—
0,8	0,50	2,25	0,44	8,2
0,75	0,44	2,56	О',39	—.
0,7	0,39	2,94	0 34	—
0,65	0,33	3,4	0,29	—
0,6	0,283	4,0	0^25	5,5
0,55	0,237	48	0 21	
0,5'	0,196	5,8	0,17	4,2
0,45	0,159 -	7,1	0,14	—
0,4	0,126	9,0	0'1 Ц	3,0
0,35	0,0962	11,8	0 085	—
0,32	0,0804	14,1	0,071	—
0,30	0 0707	16,0	0 063	. 2,0
0,28	0,0616	18,4	0,054 0,043 0,034 0,028 , 0,023 0,018 0,016 0 014	——
0,25	0,0491	23,0		—
0,22	0,0330	29,7		—
0,20	0,0314	36		1,3
0,18	0,0254	44		——
0,16	0,0201	56		—
0,15	0,0177	64		1,0
0,14	0/ 154	73		—.
0,13	0,0133	85	0^012 0,010 0,о08 0,007 0,0044 0,0025 0,0017 0,0011 0,0006	—
0,12	0,0113	100		——
0,11	0,0095	120		—
0,10	0,0079	140		0,7
0,08	0,0050	225		—
0,06	0,0028	400		—.
0,05	0,0'20	580		—•
0,04	0,0013	900		—
0,03	0,0007	1600		—

Таблица 29
Зависимость температуры горизонтально натянутой нихромовой
проволоки от силы тока, проходящего по ней
Диаметр мм	200®		400’		620’		7005“		800’		900’		1000’	
	а	в'.ч	а	в/м	а	в/м	а	в/м	а	в/м	а	в[м	а	в/м
5,0	£>2	3,1	83	5,0	105	6,5	124	7,8	146	9,2	173	11,0	206	13.3
4,0	37	3,5	60	5,7	80	7,9	93	С. Ч	по	11	129	13,1	151	15,5
3,0	22,3	3,7	37,5	6,4	51,5	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	14,4	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/	25,7	18,5	30	21,7	33.0	24,2
1,2	6,0	6,15	9,8	10,3	14,0	15,6	15,8	17,6	18,7	21,0	21,6	24,4	24,3	27,8
1,0	4,85	7,1	7,7	11,6	10,5	16,5	12,1	V?,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	25,8	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,С	4,5	27,7	5,2	83,0	5,9	39	6,75	44	7,7	51,5
0,4	1,5С	13,9	2,34	22,1	3,3	31,8	3,8а	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		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
этих двух цифр дает мощность в ваттах, которую надо
сообщать 1 п проволоки, чтобы поддерживать ее при
соответственной температуре.
Эти данные очень облегчают расчет длины проволок
при данном напряжении в сети. Действительно’, доста-
точно разделить напряжение на число вольт, приходя-
щихся на 1 м данной проволоки, чтобы получить длину
этой проволоки в метрах, которую надо взять для данной
температуры.
Если нихромовая проволока намотана на керамиче-
скую трубку, требуется значительно меньшая сила тока
для нагревания ее до той же температуры, что и в гори-
зонтально натянутом состоянии.
Говорить о допустимой для данной проволоки на-
грузке можно только тогда, когда известны условия,
в которых проволока будет работать.
В табл. 30 приведены предельные допустимые силы
тока для нихромовой проволоки, вделанной в лаборатор-
ную печь.
Фехраль и хромаль — сплавы железа, хрома и
алюминия — значительно уступают по качеству нихрому.
Они менее стойки и после нагревания становятся хруп-
кими, что очень затрудняет ремонт перегоревших печей.
Непродолжительно их можно нагревать до 1250°.
7 За®. 3760. В. С. Веселовский я И. В. Шмяненжрв*
97

Таблица 30
Допустимая нагрузка нихромовой проволоки,
вделанной в печь
Диаметр проволоки мм	Предельная сила тока (при 120 в) а	. Диаметр проволоки мм	Предельная сила тока (при 120 в) а
0,1	0,7	1,0	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
В последнее время появляется все больше электротех-
нически ценных сплавов, но достоинства их еще не вполне
определились и область применения еще не стабилизо-
валась.
Характеристики никелина а константана
в виде проволоки приведены в табл. 31 и 32.
Таблица 31
Никелиновая проволока
(60% Си, 20% Ni, 20% Zn. р  10* = 0,4 ом -см.
Температурный коэфициент сопротивления а-104 = 1,5.
Плотность 8,98. Темп, плавл. 1100°)
Диаметр мм	Сопро- тивление ) м длины при 20° ом	Предельная сила тока (при 120 в) а	Диаметр мм	Сопро- тивление 1 м длины При 20’ ом	Предельная сила тока (при 120 в) 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
0,60	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	11,2	3,00	0,057	48,0
1,00	0,5	12,6	4,00	0,032	68,0
1,10	0,42	14,0			
98

Таблица 32
Константановая проволока и лента
(58% Си, 41% Ni, 1% Мп. р-104=0,5 ом- ел/.
Температурный коэфициент сопротивления а • 10* = 0,05.
Плотность 8,9. Темп, плавл. 1260°)
А. Круглая проволока I	Б. Лента
Диаметр мм	Сопр о- тивление 1 м длины ом	Предельная сила тока при 120 в) а	Ширина мм	Толщина мм	Сопро- тивление I м длины ом	Предельная , сила тока (при 120 в) а
ОД	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	11,4
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	03	0,33	22,0
			5	0,4	0,25	26,0
1.4	0,33	19,2	5	1,0	0,10	45,0
1 6	0,25	22,5				-
1,8	0,20	25,5	10	, 0,1	0.49	19,2
			10 и	0,2	0,25	24,0-
2,0	0,16	29	10	0,3	0,16	38,0
2,5	0.10	38	10	1,0	0,05	78,0 '
3,0	0,07	48				
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	0,061	78
	1 1		20	1,0	0,025	134
Платина (темп, плавл. 1754р) применяется в виде
проволоки или фольги ТОЛЩИНОЙ 0,07 ММ.
Как все чистые металлы, платина имеет большой тем-
пературный коэфициент электросопротивления, и поэтому
пользоваться платиновыми печами следует, включая их
последовательно с реостатом, так как сопротивление хо-
лодной печи в четыре раза меньше, чем при 1000°. Прц
включении холодной печи через нее пойдет очень силь-
ный ток, вызывающий быстрое нагревание, опасное для
керамических частей печи и для самого нагревателя, ко-
торый может перегореть. Платина при нагревании вполне
стойка к окислительной атмосфере, но очень чуватви-
7*
99

теЛьна к углероду, фосфору, сере и к металлам в восста-
новительной среде, а в присутствии воды на нее действуют
также галоиды. При температурах выше 1300° платина
становится заметно летучей и сравнительно быстро пере-
горает.
Следует соблюдать следующие основные правила ра-
боты с платиновыми нагревателями:
1)	предельная рабочая температура приборов с пла-
тиновыми нагревателями должна быть не выше 1300°;
2)	платину нельзя нагревать в соприкосновении с ме-
таллами, углем и серой;
3)	ее нельзя нагревать в восстановительной атмо-
сфере, содержащей соединения углерода, фосфора и серы.
Таблица 33
Допустимая нагрузка платиновой проволоки,
вделанной в печь
Диаметр проволока мм	Сечение проволоки ЯЛС*	Предельная сила тока		Диаметр проволоки мм	Сечение проволоки	Предельная сила тока	
		А	а'мм*			а-	а) мм*
о,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	0,126	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	0,196	10,5	54				
Данные табл. 33 относятся к проволоке, вделанной
в печь в качестве нагревателя. С целью экономии пла-
тины для печей, требующих больше 5 а, берут проволоку
диаметром 0,3 мм в несколько жил, так как при этом вес
платины будет меньше, чем при использовании более
толстой проволоки, потому что последняя выдерживает
меньшую удельную нагрузку.
Железо представляет собой весьма несовершенный
материал для нагревательных сопротивлений, так как
обладает сравнительно большой электропроводностью и
легко окисляется при нагревании на воздухе, однако бла-
годаря его доступности им часто пользуются, особенно
для временных установок. При этом надо иметь в виду,
что около 900° железо претерпевает аллотропное превра-
100

щение и поэтому может длительно служить только ниже
этой температуры. Главное неудобство при конструирова-
нии приборов с нагревателем из железной проволоки —
ее большая электропроводность. Брать проволоку тоньше
0,5 мм не рекомендуется, но 1 м такой проволоки имеет
в холодном состоянии сопротивление 0,14 : 0,2 = 0,7 ома.
Чтобы получить ток силой в .2 а от сети 120 в, надо
120	'
взять 2?о 7 =;86 м этой проволоки или 429 м проволоки
диаметром 1,1 мм. Ясно, что железная проволока для не-
больших приборов вообще непригодна, но для больших
бань (600—2000 вт), нагреваемых до 400—600°, она может
быть с выгодой применена, так как при 400° ее сопроти-
вление 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 сопроти-
вления, которые вполне надежны в эксплоатации, но гро-
моздки и хрупки. Удельное сопротивление чугуна
0,7—0,8 ом • см. Допустимая плотность тока 1,2—1,8а/мм2.
Уголь и графит Мало пригодны для чистых ра-
бот, но благодаря доступности и высокой температуре
плавления они имеют широкое применение в электриче-
ских печах. Угольные сопротивления изготовляют из са-
мых чистых малозольных материалов, которым обычно
придают форму стержней или трубок. В печах с уголь-.
ными трубками можно легко получать температуру до
3000°.
Чтобы повысить сопротивление угольного нагреватель-
ного тела,, иногда его составляют из пластинок толщи-
ной 5—10 мм. Восстановительная атмосфера углеродистых
газов, которая создается при работе в угольных печах,
сильно ограничивает их применение. Например, в уголь-
ных печах нельзя плавить металлы, которые могут
обуглероживаться, нельзя измерять температуру платино-
выми термопарами и т. д. Для получения менее активной
атмосферы изготовляют вакуумные печи с угольными
сопротивлениями.
Свойства электродов приведены в табл. 34.
При повышении температуры сопротивление графити-
рованных электродов падает и достигает минимума
около 500° (на 20% ниже, чем при комнатной темпера-
туре). Затем сопротивление медленно растет и при 1200*
становится таким же, как при комнатной температуре.
101

Таблица 34
Свойства угольных и графитированных электродов
Показатели	Электроды	
	угольные	|	графитированные
Удельное сопротивление,	-	
р • 10* ом • см		55-70	8-14
Температурный коэфициент		
сопротивления 		Отрицательный	 Отрицательный
Зольность, 0/0		3-8	0,02—0,8
Объемный вес, кг/л		1,6	1,5 —1,6
Пористость, °/0		20-25	30
Предел проч юсти, кг) см? . .		50—85
при разрыве 		70—100	
„ сжатии 			300—600	140—320
Температура начала замет-		
ного окисления, °C ... .	490—500	650—700
Допустимая плотность тока (а/с.и2) для диаметров:		
10—20 мм		И	60
20-30 „ 		9	45
30-50 „ . .’		8	35
50—100 „ 		7	25
100—300 „ 		5	I	15
Выше 1800° оно становится постоянным (на 9% Дольше,
чем при комнатной температуре).
Температурный коэфициент сопротивления угольных
электродов имеет большую величину, чем графитирован-
ных, и весьма непостоянен. Изменение его с температу-
рой очень сложно. Обычно сопротивление угольных
электродов сначала быстро уменьшается приблизительно
до 1000° и достигает 50% первоначальной величины.
Затем оно медленно уменьшается и становится почти по-
стоянным в пределах от 1200 до 1600°. При дальнейшем
нагревании оно опять уменьшается вследствие графита-
ции угля. Следует еще отметить, что при нагревании струк-
тура угля необратимо изменяется (термическое старение
и рекристаллизация). Поэтому сопротивление угольных
электродов, подвергнутых нагреванию выше 1400°, по
охлаждении отличается от того сопротивления, которое
они имели до нагревания. Это явление называется графи-
тацией угля и приводит к уменьшению сопротивления
электродов.
102

При работе с угольными печами необходимо учиты-
вать теплоемкость графита и угля по данным табл. 35.
Таблица 35
Теплоемкость графита и угля
Истинная:
1) по А. Магнусу (1923) для интервала от 10 до 830° Ср = 7,635+
+39,06 • IO-3/ — 43,02 • 10-е/2 + 29,57 • 10-9/3 — 11,01 • 10-12/4 дж/г атГС.
2) по Уортингу (1918) для интервала от 900 до 2100°.
Ср= 19,5+0,0035.’' дж/г. ат СС
Средняя при нагревании от 0° до 1°:
1°	ДЖ	ДЖ г °C	кал г^С	t*	ДЖ	дж г °C	кал г °C
	г, om ’G				г ат °C		
100	9,44	0,783	0,187	1С00	17,9	1,49	0,356
200	11,0	0,917	0,219	1200	18,7	1,56	0,372
300	12,35	1,03	0,246	1400	19,4	1,62	0,387
400	13,5	1,12	0,268	1600	20,0	' 1,67	0,399
500	14.5	1,21	0,289	1800	20,6	1.72	0,411
600	15,4	1,28	0,306	2000	21,2	1,77	0,423
700	16,1	1,34	0,320	2200	21,7	1,81	0,432
800	16,8	1,40	0,335	2400	22,2	1.85	0,442
900	17,4	1,45	0,347	2600	22,7	1,89	0,452

ЧАСТЬ III
ПРИБОРЫ, РАБОТАЮЩИЕ НА ГАЗОВОМ, ЖИДКОМ
И ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ
Нагревание газом
В лабораториях нагревание газом имеет широкое рас-
пространение. Это обусловлено, главным образом, удоб-
ством обращения с газовыми нагревательными приборами
и простотой их устройства. При пользовании газом
имеется возможность быстро начинать и прекращать ра-
боту, 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 про-
странстве можно создавать окислительную или восстано-
вительную атмосферу, что позволяет управлять происхо-
дящими в нем химическими процессами.
Промышлениные
Средний состав, °,0
Газ	н2	H,S	со	сн4	С н т п	
Природный 								80^-90	1—5	
Первичный (полукоксо- вый)		11-20	"14—30	4—9	25-33	1-3	
Светильный 		47-55	—	5—9	25-34	2-5	
Коксовый		42-61	—	4-9	23-34	2—4	
Генераторный		1- 6	—	10-33	1-7	1	
Смешанный ......	6-17	—	22—30	1-3	—	
Водяной		50			40	1			
Доменный 		2— 8	—	24-30	1-2	—.	
Нефтяной 		40	—	9	34	7 .	
104

Нагревание газом очень часто стоит дешевле, чем
электричеством, и в некоторых случаях, например для
больших плавильных и обжиговых печей, работающих
длительно при однообразном режиме, имеет смысл отка-
заться от удобств электронагревания из соображений
экономичности.
В качестве газообразного топлива служат газы, полу-
чаемые газификацией твердого и жидкого топлива, есте"
ственные горючие газы, карбюрированный воздух
(т. е. насыщенный парами бензина), коксовальный и до-
менный газы (табл. 36).
Горючими составными частями газообразного топлива
служат окись углерода,, водород, метан и другие углево-
дороды и иногда сероводород, являющийся нежелатель-
ной примесью. Кроме того, оно содержит азот, двуокись
углерода и пары воды. Для характеристики газа, кроме
состава, служат следующие показатели.
1)	Теплотворная способность Q кал/л — количество
тепла, которое выделяется при сжигании 1 л газа (приве-
денного 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).
горючие газы			Таблица 36			
по объему n2	со2	о,	Теплотворная способность низшая	Для горе- ния 1 л на- до воздуха Л	Дает про- дуктов го- рения л/л	Темпера- тура пла- мени (мак- симальная) •с
1	1—15		6,0—8,5	6-9	7-10	.1830
2—10	6—25	1—2	4,0-8,0		•—	—
2—5	1—3	1	4,0—6,5	3,9—4,7	4,6-5,5	1870
4—14	1-5	1	4.0—5,0	3,9-4,7	4,6-5,5	1850
50—65	1—10	1	1,0-1,3'	0,9-1,2	1,8—2,0	1500
51-56	3-7.	1	1,2—1,4	1,1-1,5	2—2,4	1700
3-6	5-7.			2^5—3,3	2,3	2,9	2000
51-57	9-16	—	0,9—1,1	0,7-1,0	1,6-1,9	1250
7	2	—.	5,3	—	—	—
105

5)	Теплоемкость газа и продуктов его сгорания
(кал/л °C).
6)	Температура пламени. Максимальная температура
пламени, получаемая при теоретическом количестве воз-
дух, называется жаропроизводительной способностью.
7)	Температура воспламенения.
8)	Скорость распространения пламени (см/сек).
9)	Пределы состава горючей смеси газа с воздухом
или кислородом в % по объему.
Различают высшую и низшую теплотворную способ-
ность .— Q в и QH. Низшая теплотворная способность отли-
чается от высшей на величину скрытой теплоты испаре-
ния воды, содержащейся в продуктах горения.
Простые горючие газы
Таблица 37
Название	Фор- мула	Удельный вес		Теплотворная способность, кал[л		Для го- рения 1 л надо		Продукты горения, 1л			Жаропроизводи- тельная способ- 1 ность °C	1
		г/л	по отно- шению к воздуху D	высшая	низшая	КИСЛО-	1 рода, Л ]	1 воздуха, л	О и	1 V ‘О’н	•S •1 ъ	
Водород . . Окись	Нг	0,09	0,0695	3 062	2 580	0,5	2,38		1	1,88	2 210
углерода	со	1,25	0,966	3 043	3 043	0,5	2,38	1	—	1,88	2 468
Метан . . .	сн4	0,717 1,34	0,555	9 458	8515	2	9,52	1	2	7,52	2 065
Этан . . .	с2н6		1,04	16 530	15 117	3,5	16,67	2	3	13,17	2 105
Ацетитен .	С2Н„	1,16	0,897	13 922	13 451	2,5 11,9		2	1	9,4	2 632
Бензол . .	Свн6	3,49	—	39 000	32 880	7,535,7		6	3	28,2	2 400
Бензин . .		—	—	40 000	36000	8	38	5	5	30	2 200
Теплотворная способность газа сухого (т. е. освобож-
денного от содержащихся в нем паров воды) может быть
вычислена по составу газа и теплотворной способности
его составных частей (табл. 37) по формуле:
«-=та«+тй-+'
Vi V?	‘	*	..
где 777К > 77К • • • —парциальные сбъемы составных частей
в объемных %.
Низшая теплотворная способность влажного газа при
давлении р мм, температуре t° и относительной влаж-
106

ности W вычисляется на основании уравнения Клапей-
рона по формуле:
rip ___________________р-273______________
Чн, t, р Чн, o’, 760 7б0 ц + 273)
’1 _ W'P™ Л [	18-5S5	\ 1
L Р I 22,4-Qji.o’,™/J ’
где Q и, o’, iso низшая теплотворная способность су-
хого" газа при 0° и 760 м и pw—упругость насыщен-
ного водяного пара при t°.
Удельный вес газа у0 при 0° и 760 мм может быть
с достаточной точностью определен, как для идеального
газа, исходя из молекулярного веса М и объема1, зани-
маемого одним м'олем и равного 22,41 л:
м ,
4 = 2441 г1л-
Для газов сложного состава в эту формулу надо вместо М
подставить средний молекулярный вес Мс: 
^0	400 ^1 + юо ^2 + • •' ’
гдер(^ > Too ' ’ — 'Парциальные объемы составных частей
в объемных процентах.
В газовой промышленности удельный вес газа при-
нято относить к воздуху:
D~-^~
1,293 ’
Удельный, вес влажного газа при давлении рмм и
температуре t° вычисляется по формуле:
р-Лф
фвл —
818 (/-ф 273) [ Р \ MoL
Количество воздуха, теоретически необходимое' для
сгорания газа, и количество продуктдв горения опреде-
ляются по стехиометрическим уравнениям соответствую-
щих реакций
2Н2 4- О2 — 2НгО (пар) -ф 2 • 58 060 кал!мол',
2СО —J— О2 = 2СОа -ф- 2 • 68 040 кил1мол^
СН4 -j- 2Оа = 2Н2О (пар)-ф СО2 -ф 191 170 кал/мол;
СфН^-ф ЗО2 = 2Н2О (пар) -J- 2СО3 -ф 321 770 кал^мал',
2С2Н2-ф 5О2 = 2Н2О(пар) -ф-4СО2-ф^ - 307 210 кал/мол;
СЛ+	О3 = | Н2О 4- /иСОа;
2HaS -ф ЗО2 а= 2Н2О (пар) -ф 2SO2 -ф 2 • 122 500 кал!мол.
107

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 неко-
торым избытком воздуха. Отношение фактически по-
требленного количества воздуха к теоретически необхо-
димому называется коэфициентом избытка воздуха и
обозначается буквой 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.
. Необходимое количество воздуха В для сгорания 1 м3
газа вычисляется по формуле:
в=к {+2 К™+т)с-н»] - °®}
где СО, Нг, С тНи и Oj — объемные проценты составных
частей газа.
Температура пламени топлива вычисляется по его
теплотворной способности и теплоемкости продуктов го-
рения. При этом вводят некоторые допущения, которые-
упрощают расчет, но делают его не вполне точным:
1) горение происходит мгновенно и полностью, 2) состав
и количество продуктов горения определяются стехиомет-
рическим расчетом, 3) потери тепла не происходит и 4)
двуокись углерода и вода не диссоциируют. При этих
условиях температуру пламени вычисляют по формуле:
где Q р — низшая теплотворная способность при постоян-
ном давлении в ккал/л; Ci, Cz... — средняя теплоемкость
продуктов сгорания при постоянном давлении вкал/л °C
(табл. 38);	• • •—их парциальные объемы в объ-
емных процентах.
Очевидно,’, что действительная температура пламени
должна быть несколько ниже и зависит от конструкции
прибора и условий эксплоатации.
Температурой воспламенения называется температура,
при которой газ загорается в воздухе и продолжает
108

Таблица 38
Средние теплоемкости газов при постоянном давлении
Ср кал[л°С
Температура •с	Углекислый газ	Водяной пар	Азот; водород; кислород; окись углерода	Метан
0	0,311	0,388	0,372	0,436
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	0,486	0,409	0,758
1400	0,325	0,499	0,422	.	—
1600	0,328	0,510	0,437	—
1800	0 832	0,519	0,455	—
2000	0,337	0,528	0,474	—
2500	0,349	0,544	0,531	—
произвольно гореть (табл. 39). Смесь газа с воздухом
может воспламеняться только в том случае, если концен-
трация газа в этой смеси лежит в определенных пределах;
смеси, состав которых выходит за эти пределы, негорючи.
Скорость распространения пламени в смеси газа с воз-'
духом или кислородом имеет большое значение для кон-
струирования горелок. Если скорость движения смеси
через внешнее отверстие горелки меньше скорости рас-
пространения пламени, то пламя «проскакивает» внутрь
трубки горелки. Если же скорость движения смеси больше
скорости распространения пламени, то пламя отрывается
от горелки и горит неровно.
Скорость распространения пламени зависит от концен-
трации горючего газа в смеси, его природы, давления и
от диам’етра трубки. При концентрациях газа, близких
к пределам горючести его смеси 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 различна и наблюдается при неодинаковом
составе смеси.
С уменьшением диаметра трубки, в которой находится
смесь газа с воздухом, скорость распространения пламени
109

по

уменьшается и при некотором критическом диаметре ста-
новится равной нулю. Для светильного газа это происхо-
дит для трубок диаметром меньше-2 мм, а для метана —
меньше 3,6 лм
Это явление обусловлено тем, что с уменьшением диа*-
метра трубки увеличивается теплоотдача и, наконец, те-
пла, выделяющегося при сгорании, становится недоста-
точно для нагревания газа до температуры воспламене-
ния.
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.
В тех случаях, когда нельзя получить готового про-
мышленного газового топлива, иногда приходится изго-
товлять его в лаборатории. Для этого можно пользо-
ваться1 двумя способами — карбюрированием воздуха и
получением генераторного газа.
Карбюрирование воздуха
Карбюрирование воздуха состоит в насыщении его
парами бензина, бензола, спирта и других низкокипящих
жидкостей. Чаще всего
пользуются легким бен-
зином с уд. весом 0,70—
0,74, т. е. наиболее легки-
ми сортами автомобиль-
ного бензина (табл. 40 и
41). Давление газа, по-
ступающего в горелки,
должно быть от 30 до
90 мм вод. ст.’
На рис. 40 показана
схема примитивного кар-
бюратора на несколько
горелок Бунзена. Он со-
стоит из бутыли с буса-
ми и бензином, водо-
струйного нагнетатель-
ного насоса и предохрани
водоструйного насоса можно
лабораторной воздуходувкой. Часть подаваемого воздуха
Таблица 40
Карбюрирование воздуха
Насыщение воздуха парами бензола
Темпера- тура °C	Давление бензола, м.ч рт. ст.	Объем паров бензола о(о	Содержа- ние бензола г/м3
0	25,3	3,3	116
10	45,2	5,9	200
20	76,6	10,1	327
30	120,2	15,8	497
40	183,6	24,2	735
50	271,4	35,7	1052
60	390,1	51,4	1470
70	547,4	72	1995
теля с	медной	сеткой.	Вместо
пользоваться небольшой
111

можно при помощи ответвления направить в паяльную
горелку и пользоваться, таким образом, пламенем с ду- тьем,. Конечно, ’ такал Таблица 41 уСтановка может удовлс- Упругость пара бензинов	творить только самым (мм рт. ст.)	• скромным запросам и			
Темпера-	Бакинский	Грозненский беизия НОГО НЗДЗОРЗ И ПОСТОЯМ-	
тура ’С	легкий бензин	авиа- ционной	тяжелый НОЙ регулировки. Предприятия, изгото-
0 10 20 30 40 50 70 шейся	88 114 154 210 283 377 686 стандар	84 132 182 242 324 441 762 тной ко	20	вляющие лабораторное 24	оборудование, выпуска- 36	ют карбюраторы разных 61	конструкций мощностью 94	от 60 до 400 горелок 140	Бунзена. Устройство их 286	сложно и довольно раз- нообразно, а установив- нструкции не существует. Поэтому
опишем только принцип их действия.
На рис. 41 изображен лабораторный карбюратор.
При помощи воздуходувки, приводимой в движение
электромотором или опускающимся грузом, в карбюра-
Рис. 40. Схема аппарата для карбюрирования воздуха.
тор подается воздух, поступающий в резервуар с водой,
в который при помощи специальных приспособлений по
каплям вводится бензин. Для лучшего насыщения бензи-
ном воздух в резервуаре проходит через турбину, подоб-
112

Рис. 41. Лабораторный карбюратор.
мую турбинам в газовых счетчиках. Эта турбина произ-
водит перемешивание воды и регулирует подачу бензина.
Для той же цели резер-
вуар иногда снабжают
электрическим подогре-
вателем.
Из резервуара карбю-
рированный воздух по-
ступает в водяной газ-
гольдер и оттуда подает-
ся к горелкам. Газголь-
дер имеет ограничитель-
ный клапан, который
прекращает поступление
газа, когда газгольдер
наполнен.
Такой карбюратор
нуждается в постоянном
надзоре и регулирова-
нии, для чего он снаб-
жен краном, указателя-
ми уровней и т. п. Уста-
навливать его нужно в
отдельном специально
оборудованном помеще-
нии с хорошей вентиляцией. Все электрические выключа-
тели должны быть размещены вне этого помещения.
Если карбюраторы установлены правильно и обраще-
ние с ними внимательное, то они работают удовлетво-
рительно и вполне безопасны.
Газогенераторы
Небольшие газогенераторы для автомобилей можно
использовать для снабжения лабораторий газом.
. Автомобильные газогенераторы изготовляются с оту
Г сюсом газа сверху или снизу. Для газификации дерева
L применяют нижний отсос, при котором происходит пол-
ное сгорание смол вследствие высокой напряженности
t горения в зоне пояса фурм.
| В газогенераторах с верхним отсосом газа (рис. 42)
воздух поступает под решетку камеры горения 1. По-
| путно к нему примешиваются из испарителя 2 пары
г воды для обогащения газа водородом (смешанный
:	8 Зак. 3760. В. С. Веселовский и И. В. Шманениов.	ЦЗ

Газ). В камере горения происходит неполное сгорание
топлива и продукты его отсасываются из верхней части
шахты, пройдя через слой находящегося в ней топлива.
Большее распространение имеют газогенераторы
С нижним отсосом газа (рис. 43). Воздух поступает в зону
горения сверху. Увлажнение его здесь требуется
Рис. 42. Газогенератор с верхним
' отсосом газа:
/ — камера горения (из жароупорной
стали); 2 — испаритель воды; 3— регу-
'	лятор подачи воды.
Рис. 43. Газогенератор с нижнем
Отсосом газа (загрузка 48 кг древ
на 2 часа. Производительность
50 м3 газа в час).
&ео
только В случае очень сухого топлива, так как обычно
топливо уже содержит достаточно воды. Из зоны горе-
ния газы проходят вниз через слой топлива и полностью
восстанавливаются *.
Газ из генератора выходит с температурой около
600°. Его пропускают через воздушный трубчатый охла-
дитель, где он охлаждается до' 30—50° и направляется
в очиститель. Действие очистителей основано на осажде-
1 Подробное описание газогенераторов и работы с ними
см ГОСТ В1684-42—1689-42 .
114

нИи пыЛИ и жидких капелек при резких изменениях ско-
рости и направления газового потока. Иногда охлажде-
ние и очистку производят в одном агрегате.
Из очистителя газ можно вентилятором подавать
прямо в горелки или в газгольдер. Пользование газголь-
дером имеет, конечно, некоторые удобства, однако он
сильно усложняет установку и ее обслуживание. Удобнее
направлять избыток газа в какую-нибудь топку, например
для дестилляции воды, для отопления или, в крайнем
случае, выпускать в дымовую трубу.
Рис. 44. Схема газогенераторной установки для снабжения
лаборатории горючим газом.
На рис. 44 изображена газогенераторная установка
для снабжения лаборатории горючим газом.
При монтаже установки надо иметь в виду, что полу- •
чаемый газ очень ядовит; необходимо также принять
противопожарные меры.
Обычный автомобильный генератор работает на одной
загрузке 2 часа. Поэтому в большой лаборатории лучше
иметь два таких генератора, которые загружаются и ра*
ботают по очереди.
Топливом для автомобильных генераторов служат
Дрова, реже — торф или бурый уголь. Древесный уголь,
полукокс и кокс применяются в них только для заполне*
8*
115

ния пространства под зоной горения и при розжиге
Пользоваться ими как основным топливом в генераторах
с металлической камерой горения нельзя, так как они раз-
вивают слишком высокую температуру. В газогенераторах,
камера горения которых имеет огнеупорную футеровку
(обычно шамотную), можно применять любое топливо.
Зо льность топлива Ас должна быть по возможно-
сти мала. Так, для торфа допускается А° не более 12%,
а для бурого угля не более 15%.
В случае необходимости работать с многозольным то-
пливом, под камерой горения помещают колосниковую
решетку .с подвижными колосниками, которые можно
поворачивать при помощи рукоятки. Под колосниками
должно быть достаточно места для золы.
Дрова употребляют в виде чурки размером
60 X 6 X 6 мм. Влажность Wc не более 20%. 1 кг дает
2,5 м® газа. Насыпной вес 0,27—0,3.
Торф должен иметь степень разложенности не менее
25%, величину кусков 10—15 мм при содержании мелочи
(мельче 10 мм) не более 5%, зольность А° не более 12%
и влажность W° не более 25%.
Бурый уголь должен иметь величину кусков 25—
50 мм при содержании не более 5% мелочи мельче 10 мм,
зольность Ас не более 15%, влажность Wc не более 32%, ле-
тучих не более 40% и серы не более 1,5%. Насыпной вес
0,8—0,9. Из 1 кг бурого угля получают 2,5—3 м® газа.
Древесный уголь должен иметь величину кусков
20—50 мм, кусков от 5 до 20мм не более 20% и не должен
содержать частиц менее 5 мм. Влажность его должна
быть не более 20%. Насыпной вес 0,13—0,2. Из 1 кг дре-
весного угля получают 5 м3 газа.
Торфяной кокс и б у р о у г о л ь н ы й полу-
кокс должны удовлетворять тем же требованиям, что
и древесный уголь. Из 1 кг этих видов кокса получают 4 м3
газа.
Несмотря на то, что при газификации теряется 20—
35% тепла исходного топлива, эта потеря с избытком
вознаграждается удобством работы и большей эконо-
мичностью нагревания газом в сравеннии с твердым то-
пливом. Теплотворная способность автогенераторного
газа 1200—1500 кал/л.
Главный недостаток газогенераторной установки со-
стоит в том, что во время работы она нуждается в по-
стоянном обслуживании истопником.
116

Газовые приборы
Горелки. Газовые горелки являются одной из главных
частей всех газовых нагревательных приборов. Их назна-
чение— смешивание горючего газа с воздухом и прида-
ние пламени определенной структуры и формы.
Рис. 45. Горелка, подающая параллельные
струи газа и воздуха.
По способу смешения газа с воздухом горелки разде-
ляются Hai такие, у которых смешение происходит вне
горелки в зоне горения, и на горелки внутреннего сме-
шения.
Первые применяются почти исключительно при вы
сокотемпературных печах и
шом расходе газа. В зави-
симости от назначения им
придают разную форму.
На рис. 45 изображена
горелка для горна и отра-
жательной печи с парал-
лельными струями газа и
воздуха. Это так называе-
мая диффузионная горелка-
Она дает очень длинное
пламя, омывающее нагре-
ваемые предметы и прини-
мающее форму рабочего
пространства печи. В ней
газ подается в камеру и из
преимущественно при боль-
рис. 46. Горелка'с’пересекающи-
мися струями газа и воздуха.
нее по пучку параллельных трубок в печь. Воздух посту-
пает в промежутки между этими трубками, откуда на-
правляется также в печь. Если скорости струй газа и воз-
духа одинаковы, то смешение их затрудняется и пламя
сильно растягивается. Если в газе имеются тяжелые угле-
водороды, они, прежде чем сгореть полностью, выде-
ляют сажу, вследствие чего увеличивается излучение пла-
мени и улучшается теплообмен.
117

На рис. 46 изображена горелка с внешним смешением
раза и воздуха для получения короткого пламени. В ней
газовое и воздушное сопла наклонены друг к другу, что
благоприятствует смешению и концентрирует горение
в малом объеме. К этому типу принадлежат и лаборатор-
ные горелки с дутьем (паяльные, стеклодувные). В них
Рис. 47. Лабораторная газовая горелка
с дутьем.
воздух (через узкое сопло) под давлением вдувается
внутрь газового пламени. Вследствие турбулентного дви-
жения воздуха он быстро смешивается с газом и концен-
трирует горение в очень малом объеме (рис. 47). Темпе-
ратура пламени приближается к теоретическому пределу
(см. табл. 36). Расход газа от 1-до 5 м^/час. Давление
газа 50—80 мм вод. ст.,
Газ ^/////////////////Л Давление во3^ха 300~
 	—ч	-ч	-ч.	4 ии М М •
Воздух	t^zzzzz.	при замене воздуха
Шб	кислородом под давле-
у д У j нием, а светильного газа
\	\	/'к	/	высококалорийными га-
х/ х/	зами (водородом, ацети-
Рис. 48.	Рядовая	горелка отражатель- леном) температура пла-
ной печи для	горячего газа.	мени достигает 2500°.
Такие горелки и «писто-
леты» под названием кислородных, кислородо-водород-
ных и ацетиленовых применяют для стеклодувной
обработки кварца, резки металла и сварки.
Горелки с внешним смешением применяют, когда горя-
чий неочищенный газ подается в печь прямо из генера-
тора (рис. 48), как, например, в лабораторных керамиче-
ских горнах, в туннельных и отражательных печах. Печи
этой системы часто соединяют с рекуператорами.
Горелки с внутренним смешением газа с воздухом
основаны на принципе Бунзена. В них весь или часть
118

воздуха, необходимого для горения, смешивается с газом
внутри горелки, в той ее части, которая называется ин-
жектором. По принципу действия эти горелки разделяются
на горелки с подачей только части необходимого для го-
рения воздуха и всего воздуха; с одновременной пода-
чей всего воздуха и с подачей его в несколько приемов;
на горелки с подачей воздуха под давлением (горелки
с дутьем) и без давления (подсасывающие воздух го-
релки) и, наконец, на горелки низкого и высокого давле-
ния газа. Как видно, здесь возможно очень большое число
комбинаций, которые можно использовать для удовле-
творения заданных условий нагревания.
Лабораторные горелки Бунзена, Теклю и Меккера, а
Также горелки для бытовых плит, водогреек, термоста-
тов и т. п. принадлежат к типу горелок с засосом части
необходимого воздуха за счет кинетической энергии
газа низкого давления.
Обязательными деталями газовых горелок, являются:
газовое сопло, отверстие для подсоса воздуха, инжектор
и головка.
Газовая ассоциация США предъявляет следующие тех-
нические требования к газовым горелкам бытового и ла-
бораторного типа.
1)	Горение должно итти правильно при возможно
большем изменении количества потребляемого газа, без
проскока пламени к соплу горелки.
2)	Смешение газа с воздухом должно быть равно-
мерным.
3)	Получаемое тепло должно правильно распреде-
ляться по обогреваемой площади.
4)	Горение должно быть полным, без образования ко-
поти и окиси углерода. Окиси углерода в продуктах го'
рения допускается не более 0,02—0,04%.
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 не-
приятных шумов и хлопков.
8)	Изменения в составе газа, его давлении, удельном’
весе в широких пределах не должны нарушать правиль-
ность работы горелки. Гооелка должна работать при да-
влении- газа от 50 до 250 мм вод. ст., на естественном газе
с 0=10 000 кал/л и D = 0,65 при давлении 80 мм, на ка-
менноугольном- газе с Q = 5000 кал/л и 0 = 0,4 при да-
119

влении 175 мм и на водяном карбюрированном газе
с 0 = 3800 кал/л и D— 0,7 при давлении 175 мм.
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
изложенными только что
требованиями, давление га-
за уменьшают на 50% и
испытание повторяют. При
Рис. 49. Коническое (А) и цилин- уменьшении давления до
дрическое (Б) газовые сопла го- */5 нормального газ не
релок.
должен выходить из отвер-
стия для засоса воздуха.
Исследования показали, что для хорошей работы го-
релки наибольшее значение имеют форма сопла и размер
Инжектора.
От -формы сопла зависит количество засасываемого
горелкой воздуха. Применяются две формы сопел
(рис. 49) — коническая А и цилиндрическая Б.
Количество газа V, проходящее через сопло, вычис-
ляют по формуле:

где К — коэфициент, зависящий от формы сопла;
F— площадь сечения сопла в см2; р — давление газа
в сопле в мм вод. ст.; D — плотность газа по отношению
к воздуху.
Для конического сопла коэфипиент 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
’больше воздуха, чем цилиндрические.
Инжекторная трубка, действующая наиболее эффек-
тивно, имеет сложную форму, трудно исполнимую при
массовом производстве горелок. Поэтому инжектору
чаше придают цилиндрическую или коническую форму,
расширяющуюся к головке горелки.
Расположение в инжекторе газового сопла и отверстий
для воздуха, а также размер инжектора имеют очень
большое значение. Эти факторы установлены опытным
12CL

путем для разных конструкций горелок. Количество под-
сасываемого инжектором воздуха для обычных горелок
должно равняться 50—60% от теоретически необ-
ходимого.
Рис, 50. Горелка для плит европейского (Я)
и американского (Б) типа.
На рис. 50 изображены горелки для плит, применяе-
мые в Европе и Америке. Они предназначены для газа
со средней теплотворной способностью 0 = 3800 кал/л
при нормальном давлении газа 50—80 м вод. ст. Расход
газа около 0,5—1 м3/час.
Рис. 51. Лабораторные горелки Бунзена (А), Теклю (Б) и
Мекке^а (В).
Лабораторные горелки Бунзена, Теклю и Меккера
изображены на рис. 51. Первые две отличаются друг от
друга только устройством регулировки подсоса воздуха.
В горелке Бунзена (рис. 51 А) регулировка осуществляется
121

цилиндрической заслонкой с отверстиями; заслонка вра-
щается вокруг оси горелки. В горелке Теклю (рис. 51Б)
Рис. 52. Насадки на лабораторные горелки для получения
различной формы пламени.
для этого служит диск 1 с винтовой нарезкой; приток
газа регулируют винтом 2.
Конструкция этих горелок не совершенна. Так, не-
полнота' сгорания газа для них обычное явле-
ние. Горелки ТеклЮ ра-
ботают лучше, чем го-
релки Бунзена.
Расход газа для ма-
лых горелок 0,15—
0,3 ж3/час, для средних —
околю 0,5 л3/час. Интер-
валы давления газа в
пределах, в которых они
могут удовлетворитель-
но работать, 30—125 лш
вод. ст.	3
Для получения пламе-
ни различной формы го-
релки снабжают насадка-
ми (рис. 52).
Для аналитических и
спектроскопических ра-
бот, требующих наиболь-
шей чистоты, горелки
Бунзена делают из фар-
фора.
Значительно эконо-
мичнее горелка Меккера
(рис. 51В). Газ в нее подается через трубку 1, а воздух за-
сасывается через отверстие 2 В камере 3 они смешиваются.
Трубка 4 -служит для принудительной подачи воздуха
1670“'
/630° -
/773° -
'I и




/бео°
I НиЦ-хяр*
07(7’ ® ('
I '455”
- А
Н!670°
-Д /770°
S20e
• ЗЯР
-300°
6
Рис. 53. Распределение температур
в пламени горелок Меккепа (Д) и
Бунзена или Теклю (Б).
122

при помощи воздуходувки, если требуется увеличить
интенсивность горения. Инжектор 5 име°т расширяю-
щуюся кверху сЬорму и снабжен головкой б с никеле-
вой или (ЬапсЬоровой сеткой. Рследствие этого в пла-
мени сознается другое распределение температур, чем
в горелке Бунзена (или Теклю), а максимально-дости-
гаемая температура получается выше (рис. 53). Это за-
висит от того, что горячая сетка катализирует горение
и сосредотачивает его вблизи головки гооелки. Живое
сечение отверстий сетки должно составлять 50—75%
от верхнего сечения инжектора. Зоны максимальных
температур очень невелики, и если над горелкой поста-
вить тигель, то внутри него устанавливается некоторая
средняя температура (табл. 42).
Таблица 42
Температура внутри тиглей, °C
Тигли и их емкость	Установка тигля	При нагреве на горелке		
		Бунзе- на	Теклю	с дутьем (паяльная)
Фарфоровый емк. 35'тсг	Наполнен песком и вставлен в асбе- стов ую трубку на треугольнике	650	750	900
Фарфоровый емк. 15 мл	Вставлен свободно в треугольник и на- кгыт крышкой	850	900	1 100
Платиновый емк. 20 мл	Вставлен свободно в треугольник и на- крыт крышкой	900	900	1200
Горелки Меккера изготовляют разных размеров.
Расход газа от 0,5 до 5 л3/нас.
Печная горелка изображена <на рис. 54. Она при-
годна как для газа с нормальным давлением, так и
с повышенным. Для регулировки подсоса воздуха слу-
жит диск 7, который можно перемещать по винтовой
нарезке на газовом сопле 2. Эта же нарезка позволяет
установить газовое сопло на разную глубину погруже-
ния в инжектор 3. Подсос воздуха может быть доведен
до количества, теоретически необходимого для пол-
ного сгорания газа. В табл. 43 приведена] характери-
стика горелок с подсосом воздуха.
123

Горелки с подсосом воздуха (рис. 54)
Таблица 43
Главные размеры, мм
Расход газа, м3!час
А	в	С	в	Светильный газ1	Водяной газ*	Генераторный газ •
184	25	45	12	6,25	12,7	
184	25	45	19		 	9,6
235	32	54	12	9,1	18,4	
23§	32	54	19	—	—	13,5
1 Q==4750 кал/м3', давление 0,7 ат-, отношение объема воздуха к объему газа 4,5
' • . 2560	„	.	0,49 „	„	,	.	,	2,5
•-. 1335	„	„	-0,07,,	'	,	„	”	„	„ 1,5
Печные горелки, в которых воздух повышенного
давления подсасывает раз (горелка с дутьем), приме-
Рис. 54. Печная горелка с подсосом воздуха
(см. табл. 43):
1 — диск для регулировки подсоса воздуха; 12 —газовое сопло;
3 — инжектор.
Горелки с подсосом газа (рис. 55)
Таблица 44
Диэметр трубы, мм			Максимальный расход газа (Q = 4750 ялл/.и3) при давлении воздуха 0,07 от м3/час	Максимальный расход воздуха при давления 0,07 ат м3/час
Газ	Воздух	Смесь		
25	’ -25	25	7,32	31,8
25	38	38	15,86	62,2
38	51	51	34,0	153,0
38	63,5	63,5	52,1	235,0
124

няют в тех случаях, когда требуется получить наибо-
лее высокую температуру в неоольшом объеме. Для
стабилизации режима их
часто снабжают мем-'	-	_.——'	\
бранными газорегулято- ~ L- —т
рами 1 (рис. 55, табл. 44).
Паяльная трубка.
Этот единственный в
своем роде миниатюр- -
ный нагревательный при-
Рис. 55. Печная горелка с дутьем и
с мембранным регулятором 1 подачи
газа (см. табл. 44).
бор до сих пор незаме-
ним во многих обла-
стях, например при ка-
чественном анализе ми-
нералов, сплавлении небольших количеств металла, спаи-
вании мелких предметов. Обращение с ней очень просто,
но требует навыка.
Устройство паяльной трубки изображено на рис. 56.
Она состоит из металлической трубки, в один конец
которой вставляется роговой мундштук 1, а на другой
надевается барабанчик 2, который служит для улавли-
вания брызг слюны во время дутья. Сбоку в него вста-
вляется наконечник 3 с очень тонким отверстием
(0,4—0,6 мм). У хороших трубок это отверстие сделано
с платиновым вкладышем, вставленным в выходное отвер-
стие наконечника.
Рис. 56. Паяльная трубка:
7 — роговой мундштук; 2—барабанчик; 3 — наконечник.
Очень часто трубку применяют, используя пламя
толстой (диаметром 20—25 м) свечи, которая в дан-
ном случае служит миниатюрным газогенератором.
Мундштук трубки прикладывают к правому или левому
углу рта, смотря по тому, какую руку желают оставить
свободной для манипулирования, и дуют в него не слиш-
125

ком сильно. Искусство состоит в том, чтобы дуть ровно !
и непрерывно. После непродолжительной практики можно у
научиться дышать во время дутья' носом и равномерно
вгонять воздух в трубку при помощи щек. с>то позво-
ляет дуть, не переводя дыхания, непрерывно несколько
минут.	,	, ,
Если поднести наконечник к краю пламени свечи, •
то пламя уменьшается в размере и вытягивается
вдоль струи воздуха (рис. 57). Вдуваемый воздух уско- •
ряет горение, и температура пламени сильно повы-
шается. Так, например, получают желтое восстанови-
тельное пламя с максимальной температурой до 1700°, 
которым пользуются для испытания на восстановимость •
и при пайке.	:
Чтобы получить наиболее горячее пламя, наконечник :
трубки вводят в темную внутреннюю зону пламени
свечи (рис. 58). При этом пламя укорачивается и пре-
вращается в совсем тонкий язычок. Оно состоит из
трех зон: 1 — холодной, 2— желтой восстановительной
и 3 — окислительной. Максимальная температура дости-
гается около кончика 2-й зоны. Она доходит до 2300".
Ри . 57. Желтое восстано-
вительное пламя с темпе-
ратурой до 1700° (свеча
с паяльной тругкой).
Рис. 58. Горячее пламя с тремя
зонами при максимальной темпе-
ратуре 2300° (свеча с паяльной
трубкой):
1—холодная зона; 2 — восстановитель-
ная зона; <? - окислительная зона.
Пламя паяльной горелки можно прямо направлять
на нагреваемый или спаиваемый предмет или вносить
в него нагреваемое вещество в петельке платиновой
проволоки. Особый прием пользования паяльной труб-
кой состоит в том, что нагреваемое вещество помещают
в углубление, сделанное в куске древесного угля, и на-
правляют на него остроконечное пламя. Получается ма-
ленький горн, в котором можно, например, восстанавли-
126

вать руды металлов или сплавить несколько граммов
золота.
Для паяльной трубки можно пользоваться, кроме
свечи, масляной лампой или газовой горелкой. В по-
следнем случае удобнее на' горелку надеть плоскую ко-
сую насадку (рис. 59). Это позволяет получить пламя
большего размера.
Очень высокую температуру можно получить, если,
сняв мундштук, присоединить паяльную трубку к кисло-
родной подушке. При этом получается пламя, способ-
ное сваривать металлы.
Рис. 59. Насад-
ка иа газовую
горелку для ра-
бств С кая fa-
НОЙ трубил Й.
Рис. 60. Большой мембранный газоре-
гулятор-редуктор:
7 —клапан; 2~ мембранная коробка; 3— уста-
новочный рычаг.
Газорегуляторы и газомеры. ДлЯ,регулирования да-
вления газа и подачи его в горелки чаще всего поль-
зуются мембранными регуляторами. Они могут служить
как в качестве редукторов давления для перехода от
повышенного давления газа (500—5000 м вод. ст.)
к нормальному (50—80 мм), так и для регулирования
подачи газа в горелки с целью стабилизации режима
их работы или 'Для автоматического управления нагре-
ванием прибора.
На рис. 60 изображен большой мембранный газоре-
гулятор-редуктор. Он состоит из клапана 1 и мембран-
ной коробки 2. Рычаг 3 служит для установки регу-
лятора.
Малые газорегуляторы этого типа устанавливают
непосредственно при нагревательных приборах (рис. 61).
127

Устройство их в принципе такое, как и предыдущих,
но конструктивное оформление более компактно и
удобно для обслуживания. В нем движения мембраны
передаются клапану 3 посредством рычага 2.
Мембранный регулятор может
лятором температуры (рис. 62).
быть соединен с регу-
Действие его зависит
от давления газа под
мембраной 1, которое
регулируется «метал-
лическим , термомет-
ром» 2 с клапаном 3.
Избыток газа напра-
вляется к топке, где
горит контрольным
(«вестовым») пламе-
нем 4.
Для обогреваемых
газом термостатов
пользуются регулято-
рами, приводимыми в
действие непосред-
ственно «металличе-
Рис. 61. Малый мембранный газорегуля-
тор-редуктор американской спаем к
1 — мембрана; 2 — передаточный рычаг;
5— клапан.
Ским термометром» (рис. 63). Этот термометр состоит из
медной или никелевой трубки, в которой за конец 1 укре-
Рнс. 62. Соединение мембранного регулятора
С perv итором температуры:
7—мембрана; 2— металлический термометр; 3—клапан;
^ — контрольное (вестовое) пламя избыточного газа.
плен стержень из материала с малым коэфициентом тем-
пературного расширения (Фарфор и т. п.). Другой конец
этого стержня упирается в длинный рычаг 2, имеющий
на конце клапан 3; 4 — установочный винт.
На рис. 64 изображен газорегулятор для лаборатор-
ного парогенератора. Ртутный затвор 3 приводится
в действие давлением пара в котле 1. Если давление
увеличивается, Ч’О вода поднимается -по трубке 2 и вго-
128

няет ртуть в затвор 3, который уменьшает 'Приток газа
к горелке. По этому же принципу устроены газорегуляторы
для водяных термостатов. Они приводятся в действие
воздушным терморегулятором, погруженным в термостат.
В качестве газомера в лаборатории применяют
обычно «газовые часы» (рис. 65). Эго — водяной газо-
мер с газовой турбиной. Газ входит через ось турбины и.
Рис. 63. Газорегулятор с металличе-
ским термометром для нагреваемых
газом термостатов и сушильных
рвкафов:
трубка с тер дерегулирующим стерж-
нем; 2—рычаг клапана; <3 — клапан;
4 — установочный винт.
Рис. 64. Газорегулятор для ла-
бораторного парогенератора:
1 — котел для парообразования; 2
трубка, соединяющая котел и ртутный
затвор; 3 — ртутный затвор; /—го-
релка.
попадая под одну из ее лопастей, -приводит ее во вра-
щение. Когда ’Пространство под этой лопастью запол-
нится газом, начинается наполнение пространства под
следующей лопастью и т. д. Турбина соединена со стрел-
кой на циферблате, по которому отсчитывают количе-
ство протекшего газа. Основное условие правильной
работы газомера — постоянство уровня воды в нем.
Поэтому газомер снабжают приспособлением для авто-
матического поддержания уровня воды.
Газовые печи. Наибольшее распространение имеют
тигельные газовые печи, меньшее — муфельные и еще
9 Зак. 3760. В. С. Веселовский и И. В. Шманенков.
129

меньшее — трубчатые. Это обусловлено спецификой нагре-
вания газом, которое значительно отличается от нагрева-
ния электричеством, требует значительного объема .и
определенной формы огневой камеры. Все большее рас-
пространение приобретают газовые горны (малые пламен-
ные печи).
Тигельные лабораторные
печи изготовляются с ниж-
ним пламенем и с тангенци-
альным пламенем, омываю;
щим тигель с боков. И те и
другие применяются, главным
образом, для плавки метал-
лов, а также стекла, шлаков
и других силикатов.
Тигельная печь с нижним
пламенем изображена на
рис. 66. Она состоит из двух
частей, отформованных из
шамота, корунда или магне-
зии. Нижняя часть 7, которая
Рис. 66. Газовая печь
для температуры 1300°:
1 —нижняя часть пани; 2 —
верхняя часть печи; ^—труб-
ка; 4 — муфта; 5—ручка;
6—керамический диск для
помещения тигля; 7 — смо-
тровые отверстия.
Рис. 65. Схема водяного
газомера.
служит вместилищем для тигля, закреплена на шта-
тиве неподвижно, а верхняя 2 вместе с трубкой 3
может вращаться вокруг штанги штатива, что позволяет
открывать рабочее пространство печи. Для этого
на штангу штатива' надета .муфта 4, а на корпусе печи
имеется ручка 5. Для нагревания служит обычная го-
релка Меккера с диаметром головки 35 и. Головка го-
130

редки немного вдается в канал печи. В имеющийся во-
круг нее кольцевой зазор подсасывается вторичный
воздух для горения. Над горелкой расположена камера
сгорания, в которую помещается тигель на керамиче-
ском диске б с отверстием. В верхней части корпуса
Рис. 67.- Тигельная печь с тангенциальным
обогревом:
1— крыша; 2 —рельсы; 3— ролики.
имеются два канала для вывода продуктов горения
в трубу. Корпус печи имеет смотровые отверстия 7. При
диаметре тигля 50—60 м на газе с (?. = 3800 кал/л и да-
влении 80 м эта печь дает до 1300° и нагревается до
этой температуры за 15—25 мин. Применяя горелку
с дутьем, можно поднять температуру до 1500°.
Более удобны печи с тангенциальным пламенем -
(рис. 67), как, например, тигельная печь Меккера. Ее
9*
131 _

корпус состоит из огнеупорного цилиндра, который для
температур до 1400/° изготовляют из шамота, а для более
высоких температур — из корунда, магнезии или окиси
Рис. 68. Газовая муфельная
печь с нижним обогревом.
циркония. Нагревание произво-
дят горелкой Меккера. Ее рас-
. положение и форма пламени
изображены на рисунке. Тяже-
лая крышка 7 отодвигается в
сторону на роликах 3 по рель-
сам 2, скрепленным с металли-
ческой арматурой печи.
Эксплоатационные данные
печи с тангенциальным обогре-
вом приведены в табл. 45 для
' случая нагревания газом с
~3800 кал/л при давлении 50 м
вод. ст. Применяя дутье (с да-
влением 300—400 мм вод. ст.),
в такой печи можно обеспечить
нагрев до 1500°, а при благо-
понятных условиях до 1600—
1650°. При этом скорость на-
гревания увеличивается в 3—4
раза. Прибавляя к воздуху кислород, можно повысить
температуру до 1800°.
Таблица 45
Тигельная газовая печь с тангенциальным обогревом
Размеры тигля			Диа- метр газовой трубы дюймы	Без дутья^			С дутьем			
высота мм	диа- метр мм	объем МЛ		макси- маль- ная темпе- Ра тур а	ско- рость иагре- ваиыя мин.	расход газа м3/час	диа- метр воз- душ- ной трубы ДЮЙМЫ	Расход газа м3/час		
								при 1500е	при 1200°	При 1000’
100-140	75	200	3/4	1250	60	2	2	4	2,5	1,5
110-160	95	400	8/*	1200	60	3,5	2	5	3,5	2
170	130	900	в4	1200	90	,4	 2	6,5	4	3.
235	160	2000	1	1200	120	5	2	7,5	4,5	3,5
280	200	4000	1	1100	140	7	2	11	5,5	4,5
Муфельная газовая печь с нижним нагреванием изо-
бражена на рис. 68. В ней муфель из! шамота или ко-
рунда вставлен в корпус из шамотной футеровки так,
132

что между ними .остается узкое пространство для про-
хода продуктов горения. Горелки расположены снизу
и их пламя непосредственно обогревает муфель.
Эксплоатационные данные приведены в табл. 46. Они
Таблица 45
Л'уфельные газовые печи с горелками, расположенными
под муфелем
Внутренние размеры муфеля, мм			Число' горелок	Диаметр газоном трубы дюймы	Макси- мальная темпе- ратура °C	Скорость нагревания мин.	Расход газа м*]час
длина..	ширина	высота.,					
180	100	60	2	3/4	1200	120	1,8
250	190	80	4	• Г/4	* 1200	100	2,5
275	175	125 <	4	Г/4	1200	120	3,5
340-	260	 95 •	4	1’А	1200	120	4,0
400	240	130	 6	г/.	1200	150	4,0
570	330	200	8	Г/8	1100	170	5,0
570	330	400	10	Г/г	1100	180	7,5
610	400	• 220	10	Г/г	1100	180	8,5
относятся к газу с Q = 3800 кал/л при давлении 50 мм
вод. ст. Понятно, что, регулируя горелки, в этих печах
можно создавать температуру ниже максимальной, а
применяя дутье и увеличивая .расход газа, можно полу-
чать в муфеле температуру на 100—200° выше указан-
ной в таблице. .	.
Устройство трубчатой газовой печи с боковым тан-
генциальным пламенем показано на рис. 69. Такие печи
изготовляются как муфельные, так и трубчатые. Они
более экономичны, чем печи с нижним расположением
133

горелок. С применением дутья в них получают темпера-
туры от 1200 до 1500° (табл. 47). При длительной ра-
боте выше 1400° необходимо пользоваться корундо-
выми муфелями.
Таблица 47
Муфельные газовые печи с боковым расположением горелок
(Давление дутья ЗСО—400 мм вод. ст., газ Q = 3800 кал[л при
давлении 50 мм вод. ст.) •
Внутренние размеры муфеля, мч			Диаметр труб		Макси- мальная темпе- ратура °C	Скорость нагревания до макси- мальной темпе- ратуры мин.	* Расход газа мг/час
длина	ширина	высота	для воз- духа мм	для газа дюймы			
180	100	60	13	V?	1600	90 	4
250	190	80	19		1600	120	5 
275.	175	. 125	19	74	1600 '	130	6
400	240	130	32	1	1600	150	12
330	160	' 160	50	1	1500	140	14
380	250	150	50	1	1500	160	18
570	330	200	50	1	1500	240	20
570	330	300	60	I'h	1450	270	25
570 -	330	400	60	I1/»	1450	290	30
610	. 400	220	60	IV»	1450	290	25
Особый
тип газовых печей основан на каталитиче-
ском поверхностном сжигании газа. Наиболее удачная
конструкция этого типа (рис. 70) собирается из фасон-
ных огнеупорных деталей, которые легко поддаются
замене, что существенно, так как вследствие высокой
температуры в этих печах даже самые огнеупорные ма-
териалы служат недолго. Рабочее пространство печи
образует цилиндр 1. Он вставлен коаксиально в ци-
линдр 2. Эти цилиндры должны быть по возможности
точно центрированы, так как от этого, главным обра-
зом, зависит равномерность нагревания рабочего про-
странства. Кольцевой промежуток 3 между цилиндрами
заполняется кусками огнеупорного материала (диамет-
ром 5—10, Л7лт) или в него вставляется пористый огне-
упорный цилиндр 4. В кольцевом пространстве 3 на на-
каленных поверхностях и происходит каталитическое
горение газа. Все эти детали изготовляются из чистой
131

окиси магния или циркония. Детали устройства печи
видны на рисунке.
Газ подается в печь при помощи кольцеобразной
трубы через ряд отверстий в поду печи. Попутно он
смешивается с воздухом, подо-
гретым отходящими газами. Го-
рение 'происходит чрезвычайно
интенсивно и, благодаря тому,
что оно сосредоточено в узком
канале между двумя цилиндра-
ми, удается получать температу-
ру до 2000°, но при этой темпе-
ратуре печи быстро разрушают-
ся. Если бы удалось найти бо-
лее стойкие огнеупорные мате-
риалы, то в таких печах можно
было бы получать и более вы-
сокие температуры.
Эксплуатационные характе-
ристики тигельных газовых пе-
чей каталитического горения
приведены в табл. 48.
Муфельные газовые печи ка-
талитического горения дают
температуру не выше 1900° и
очень недолговечны. Условия
Рис. 70. Газовая печь для
температур до 2000°:
/ —цилиндр, образующий рабочей
пространство; 2~ цилиндр для со-
здания камеры сгорания; 3—каме-
ра сгорания между цилиндрами
1 и 2; 4 — пористый огнеупорный
цилиндр.
нагревания в печах каталитического горения предъяв
ляют жесткие требования к форме печи.
Таблица 48
Тигельные газовые печи каталитического горения
Внутренние размеры рабо- чего про- странства печи, м.ч		Объем рабо- чего про- стран- ства л	Воздуходувка		Диаметры труб, ДЮЙМЫ		Скорость на- гревания, часы		Расход газа ($=3800 кал!л) при давлении 10 0 ММ вод. сг. м3]час
			пронз- води- ’тель- ность м9/мин	давле- । ние 1 дутья ЛМС вод. ст.	для газа	яла воздуха		до 2Э0м-	
вы'ота	диа- метр								
180	60	0,2	1	500	3/4	зл	0,5	2	4
160	100	1,25	2	500	Р/г	1’/г	0,75	3	10
200	150	3,5.	3	500	Е/г -	13/4	1	4	18—20
280	220 .	ТО	4	500	2	2	1,5	5	25—30
400	310	30	 5	500		2'/2	2	б	 40—45
135

Печи, работающие на жидком и твердом топливе
' Лабораторные печи, работающие на жидком топливе,
распространены в тех небольших лабораториях, где от-'
сутствует газ и электричество, а также в условиях по-
движных лабораторий (например, при геологоразведоч-
ных работах) и в керамических лабораториях. Эти- печи
имеют ряд преимуществ, связанных с простотой их кон-
струкции и возможностью легко получать высокие тем-
пературы, а также с тем обстоятельством, что жидкое
топливо более доступно, чем газ. Однако имеется и ряд
недостатков, из которых главнейшим является пожарная
опасность. Хранение горючего и уход за печами тре-
буют очень внимательного обслуживания и ряда пре-
дупредительных мероприятий. Кроме этого, если нагрев
производится путем сжигания горючего в рабочем про-
странстве, то большие затруднения возникают в случае
необходимости создать окислительную или нейтраль-
ную атмосферу.
В качестве жидкого топлива в лабораториях приме-
няют денатурированный спирт, бензин, газолин, керо-
син и нефть.
Теплотворная способность жидких топлив приведена
в табл. 49.
Таблица 49
Теплотворная способность жидких топлив
Вид топлива	Удельный ' вес	Теплотворная способность Q ккал[кг	Вид топлива	Удельный вес	Теплотворная способность Q ккал(кг
Тяжелая нефть (Баку)......	0,94	10 800	Бензин ....	0,70^-0,76	11000
Легкая нефть	0,88	11160	Керосин ....	0,76-0,80	11 соо
(Баку) Петролейный эфир	0,68	11 086	Этиловый спирт	о;79	7 100
При конструировании печей, работающих на жидком
топливе, особое (внимание обращают на создание благо-
приятных условий для’ наилучшего смешения топлива
с необходимым для его сгорания воздухом.
136

Различают печи, работающие на принципах: 1) испа-
рения, 2) распыления, 3) совместного испарения и рас-
пыления жидкого топлива.
Простая керосиновая печь, работающая на принципе
испарения, изображена на рис. 71. Через питатель 1 ке-
росин поступает в железную коробку 2, находящуюся
в топочном канале 3. Пи-
татель представляет со-
бой трубку с краном, из
которой керосин капает
в воронку, а оттуда сте-
кает в коробку 2. В ко-
робке керосин испаряет-
ся и его пары посту-
пают в камеру сгора-
ния 4. Необходимый для
горения воздух частично
поступает через канал 3,
частично через рекупе-
ратор 7. Продукты сго-
рания входят в рабочее
пространство 5, а оттуда
по каналам б в рекупе-
ратор для нагрева воз-
духа и затем через бо-.
ров 8 в дымовую трубу.
Если печь предназначена
для /работы при темпе-
ратуре не выше 1500°, то
она может не иметь ре-
куператора, на месте ко-
торого устраивают вто-
Рис. 71. Керосиновая печь:
у — питатель для подачи керосина; 2—же-
лезная коробка для испарения керосина;
3— топочный канал; 4 — камера сгорания;
5-^ рабочее пространство печи; б—-каналы
для продуктов сгорания; 7— рекуператор;
S—боров.
рую рабочую камеру
(двухподовая печь). Размеры печи: высота 2 м, ширина
1,56 я, длина 1,76 м, толщина стен 0,4 я, площадь
пода 0,7 Л!2.
При наличии рекуператора в. такой печи легко до-
стичь температуру 1600—1700°. Время разогрева 3—4
часа. Расход керосина за восьмичасовой рабочий день
150—200 л. Печь удобна для обжига керамических из-
делий и для плавки металла в тиглях.
В печах, работающих на принципе распыления жид-
кого . топлива, основной частью является форсунка.
Схематически форсунка изображена на рис. 72.
137

Жидкое топливо через сопло 2 поступает в камеру
смешения 3. Воздух или пар для распыления подается
через кожух 7. Полученная смесь поступает в печь че-
рез сопло 4-
Лар или
* воздух
Рис. 72. Форсунка высокого давления:
1 — кожух; 2 — сопло для подачи нефти; 3— камера смешения; 4—сопло
для подачи горючей смеси в печь.
Описанная форсунка относится ik типу форсунок, ра-
ботающих при высоких давлениях воздуха или пара
(от 4 до 9 кг/см2), необходимых для распыления нефти
(табл. 50).
Рис. 73. Форсунка низкого давления.
На рис. 73 изображена широко распространенная
в лабораториях форсунка, работающая на низком да-
влении. Здесь распыление топлива происходит одновре-
менно и под давлением, топлива и под влиянием ско-
рости воздушного потока. Давление нефти 2—5 кг/см-
и. давление воздуха до 250 лыт вод. ст.
При работе с форсунками необходимо следить за
тем, чтобы топжво было' освобождено от твердых йе-
138

Таблица 50
Муфельные и тигельные печи с нефтяной форсункой
Кроме нефти для этих печей пригодны маловязкие нефтяные и буро-
угольные масла с уд. вес. 0,875—0,880 и 0 = 10000 ккал)кг. Давление
дутья 500 мм вод. ст.)
А. Муфельные печи
Внутренние размеры муфеля, мм			Диаметр труб		Максимальная температура вС	Скорость нагревания мин.	Расход нефти кг)час
			для воз- духа мм	для нефти дюйму			
длина	ширина	высота					
333	160	160	50	3/8	1500	120	5
380	250	150	50	3/8	1503	160	в
570	330	200	50	%	' 1500	160	12
570	330	300	60	8/в	1500	180	15
570	330	400	60	3/в	1400	200	18
610	4С0	220	60	3/в .	1400	200	15
			Б. Тигельные печи				
Внешние оазмеоы			Диаметр труб		а Л те w		в •э
	тигля		для воз-	для нефти дюймы	«аль aiyi	л §	<и S
высота мм	диа- метр	объем л	духа мм		1акси» емпер	корос агрев; ин.	а сход г! час
	мм				г. н .	и = X ,	л «
170	130	0,9	32	3/в	1500	120 '	5
230	160	1,5	32	%	1500	120	-6
240	200	3,0	53	3/в	1500	120	7
290	225	4,5	50	3/8	1503	120	8
которые
легко
закупоривают
фильтрующие
примесей,
этого в форсунках устраивают
ханических
сопло; для
приспособления. Выходные отверстия форсунок часто
забиваются также углеродом, получающимся при пироге-
нетическом распаде топлива. Для устранения аварий
и помех в работе следует предусмотреть при устройстве
печи возможность повышать давление воздуха для про-
чистки (продувки) форсунок.
Для расчета форсунок прежде всего необходимо
подсчитать теоретически необходимое для сжигания то-
139

плива количество воздуха в 1 мин. Для этого применяют
следующую формулу:
а- р • b -v
“—Г’
где х—теоретически необходимое количество куб. мет-
ров воздуха в 1 мин.; а — потребное количество литров
топлива в час; р — вес 1 л топлива в кг; b — теоретиче-
ское количество кг воздуха, необходимое для сжигания
1 кг топлива; v—объем Г- кг воздуха в м3.
Обычно не весь воздух, необходимый для сжигания
топлива, подается на распыление. Практически количе-
ство воздуха, проходящего через форсунку, колеблется
в пределах 60—80% от теоретического, а недостающее
количество поступает за счет подсоса. Поэтому для
расчета форсунки необходимо полученную величину х
умножить на коэфициент, характеризующий принятое
количество воздуха, проходящее через форсунку. На-
пример, если через форсунку проходит 60% от количе-
ства воздуха, теоретически необходимого *цля сгорания,
то v надо умножить на 0,6-
Затем необходимо подсчитать скорость воздуха. Для
этого применяют формулу:
С = '|/г2 Л • 10 000 • 0,824,
где С — скорость воздуха в метрах в секунду; g— уско-
рение силы тяжести, равное 9,81; h — давление воз-
духа в кг/см2; 0,824 — объем 1 кг воздуха в м3.
Сечение выходного отверстия (сопла) форсунки
определяют -по формуле:
F —
1 feu -С-К’
где то — теоретически необходимое количество воздуха,
проходящее через форсунку; С —скорость воздуха
в м/сек; К—поправочный коэфициент, который вво-
дится вследствие того, что воздушный поток в конце
форсунки суживается. Его можно принимать равным
0,85.
Определение сечения выходного отверстия для то-
плива производят по формуле;
р '—2.
с2 —>
140

где а— расход топлива в м*/сек; С — скорость истече-
ния топлива, которую вычисляют по формуле:
2-g-h - юо
V р 
Рис. 74. Нефтянсй горн:
7—приспособление для открывания крыш-
ки горна; 2—уплотняющее	кольцо;
3— форсунка; регулятор подачи воз-
духа; 5— трубка для подачи нефти; 6—ре-
гулятор подачи нефти.
где К — поправочный коэфициент, зависящий от отно-
шения диаметра выпускного отверстия для топлива
к диаметру внешней воздуш-
ной трубки (он принимает-
ся равным 0,6—0,7); g —
ускорение силы тяжести,
равное 9,81; h—-давление
топлива в кг/см2', Р — вес
1 л3 топлива в кг.
При расходе керосина
2—12 кг/час и воздуха
1—3 м3/мин необходимый
диаметр труб для воздуха
2 дюйма (51 м), для керо-
сина 3/8 дюйма (9,5 м).
Печи, оборудованные фор-
сунками, бывают пламен-
ные, тигельные и муфель-
ные. Устройство пламенных
печей такое же, как и печей,
работающих на принципе
испарения (рис. 71), с той
разницей, что в отверстия
3 вместо капельниц вста-
вляют форсунки.
Наибольшее распростра-
нение в заводской практике
имеют тигельные печи,
так называемые «горны»,
устройство которых понятно из рис. 74.
На рис. 75 изображена установка для нагрева керо-
сином печи типа пламенной. Резервуар 7 служит прием-
ником-хранилищем для керосина, поступающего в лабо-
раторию. Из этого бака насосом 2 керосин подают
в распределительный бак 3 и из него через регулирую-
щий кран 4 в форсунки 7. Воздух, необходимый для
сгорания керосина, подается вентилятором 5 через
трубопровод с манометром 6.
141

В целях пожарной безопасности целесообразно ре-
зервуар 1 помещать вне здания в специальном кирпич-
Рис. 75. Установка для нагрева печи керосином:
I—резервуар-приемник керосина: 2—насос; 3—распределительный бак;
4 регулирующий кран; 5—вентилятор для подачи воздуха в печь;
б—манометр на трубопроводе от S к 7; 7—форсунки.
Рис. 76. Разрез паяльной лампы Еартеля.
ном погребе. Бак 3 необходимо также монтировать на
стене с наружной стороны здания, заключив его в же-.
лезный или оштукатуренный ящик.
142

В лабораторной практике имеют распространение
бензиновые паяльные лампы Бартеля, устройство кото-
Рис. 77. Нагрев муфельной печи лампой Бартеля.
рых понятно из рис. 76. Они обеспечивают температуру
до 1400° и могут применяться для нагрева различных
Рис. 78. Спиртовая или бензиновая
горелка:
7 —резервуар для горючего; 2—горелка.
печей (рис. 77). В зависимости от размера лампы расход
бензина колеблется от 0,2 до 3 л/час.
Имеются довольно простые горелки, работающие на
спирте или бензине. Они устроены по типу, изображен-
143

ному йа рис. 78. Резервуар /
спиртом, который поступает
наполняют бензином иЛИ
в горелку 2 и, испаряясь
здесь, образует пары,
которые, смешиваясь с
воздухом, сгорают.
Характеристики му-
фельных печей с приме-
нением керосиновых го-
релок „ 'приведены в
табл. 51.,
Печи, работающие на
твердом топливе, в лабо-
раторной практике в на-
стоящее время мало рас-
пространены, так как
они требуют частого ре-
монта вследствие того,
что при горении твердо-
го топлива образуются
Рис. 79. Угольный горн. очаги высоких темпера-
тур, вредно влияющие на
огнеупорную кладку, а огнеупорная футеровка разъе-
дается шлаками. Кроме этого затруднена точная регули-
ровка температуры, трудно поддерживать чистоту в дабо-
Таблаца 51
Муфельные печи с керосиновой горелкой
В1утреннне размеры муфеля, мм			Количество горелок	Максимальная температура °C	Скорость на- гревания мин.	Расход керое сина кг!час
длина	ширина	высота				
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	- 4Д
570	330	200	2	1200	150	6
570	330	300	2	1100	-	150	7
570	330	400	2	1100	150	8
144

ратории и неооходимо иметь специального раоочего-ко-
чегара. Имеются печи, работающие как на естественной
тяге, так и на дутье.
На рис. 79 и 80 изо-
бражены тигельная и му-
фельная лечи, работаю-
щие на естественной тяге:
Из этих рисунков видная
несложность устройства
печей,. работающих на
твердом топливе, что яв-
ляется большим их пре-
имуществом. В рабочем
пространстве таких пе-
чей можно получать тем-
пературу до 1000°, а в
печах с дутьем до 1400—
1500°\ В качестве тог-
Рис. 80. Угольная муфельная печь.
Таблица 52
Муфельные и тигельные печи, обогреваемые древесным углем
и коксом
А’. М у ф е л ь н ы е печи
Внутренние размеры муфеля, мм			Максимальная температура °C	Скорость натре- * вания без дутья часы
длина	- ширина	высотк		
180	135 4	.80	1300	2
250	475	95	1250	1,75
.390	210	130	1250	2
326	260	290	1000	2
Б. Тигельные печи
Внешние размеры тнгля			Максимальная температура fC	• 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
10 Зак. 3760. В. С. Веселовский и И. В. Шманенкдв.
145

плива можно применять почти все виды твердого то-
плива, но наиболее часто употребляют кокс и антра-
цит. Характеристики печей приведены в табл. 52.
Воздуходувки для газовых и керосиновых печей
Преимущественна применяются воздуходувки центро-
бежного типа. Для газовых печей давление воздуха
Таблица 53
Характеристика воздуходувок
Диаметр трубы мм	Прозводн- тельность м9}мин	Давление воздуха, мм вод. ст.	Мощность вт	Диаметр труоы мм	Производи- тельность м*1мпн	Давление вч-здуха мм ьод. сг.	Мощность 1 вт
100 100 100	2 3,5 2	300 300 500	4’0 750 800	100 100 100	3 4.5 7 .	500  500 500	1000 1250 1700. /
должно быть 300—400 мм, для керосиновых 400—500 мм
вод. ст. Производительность воздуходувки (м5‘/час)
должна быть в 5—6 раз больше расхода газа (м^/час)
и в 12—15 раз больше расхода керосина (кг/час).
В табл. 53 приведена характеристика воздуходувок.

ЧАСТЬ IV
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ
Огнеупорные и термоизоляционные материалы*
Для изготовления лабораторных нагревательных при-
боров и работы с ними приходится пользоваться разно-
образными огнеупорными и термоизоляционными ма-
териалами. Требования, предъявляемые к ним, могут
быть очень различны. Если рабочее пространство обо-
гревается снаружи, то его стенки должны быть изготов-
лены из материала, обладающего хорошей теплопро-
водностью, достаточной температуростойкостью (в ча-
стности огнеупорностью) и механической стойкостью.
Существенную роль играет химическая стойкость мате-
риала в нагретом состоянии; материалы для электриче-
ских печей должны обладать малой электропроводно-
стью:
Если же рабочее пространство обогревается изнутри,
то его стенки должны быть сделаны из материала с ма-
лой теплопроводностью, а остальные требования
остаются теми же, что и в первом' случае. Для термоизо-
ляционных материалов на первое место выступает
малая теплопроводность, огнеупорность же и механи-
ческая стойкость становятся второстепенными свой-
ствами.
Теплопроводность материалов в высшей степени за-
висит от их структуры. Из всех - однородных тел наи-
меньшей теплопроводностью обладают газы, если они
находятся в. таких 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 пограничные поверх-
ности между фазами, оказывает большее сопротивление
этому потоку, чем однородная среда, и сопротивление
увеличиивается в зависимости от количества поверхностей,
пересекаемых потоком. Поэтому пористые тела являются
самыми плохими проводниками тепла, их называют
термоизоляторами.
10*
147

Понятно, что чем более порист материал и чем
мельче поры при одинаковой пористости, тем хуже про-
водит он тепло.
С повышением температуры теплопроводность всех
неметаллических тел увеличивается и тем быстрее, чем
меньше ее абсолютная величина. У пористых материалов
это наблюдается в особенно сильной степени: у них
теплопроводность с повышением температуры увеличи-
вается тем больше, чем больше пористость и чем круп-
нее поры. В общем при высоких температурах разница
в теплопроводности разных материалов уменьшается,
и поэтому внутренняя термоизоляция, находящаяся при
высоких температурах, может быть изготовлена из ма- •
териалов, имеющих невысокую термоизоляционную спо-
собность, но зато хорошую огнеупорность и механиче-
скую стойксть.
Второе важнейшее свойство огнеупорных материа-
лов— их температуроустойчивость, т. е. способность вы-
держивать высокую температуру, не деформируясь и не,
растрескиваясь при колебаниях температуры. Деформа-
ция обусловлена температурой плавления материала в це-
лом или его основных частей (табл. 54), а растрескивание
при колебаниях температуры связано с термическим
расширением элементов структуры материала и его ме-
ханической прочностью.
Эти свойства и обусловливают то, что » промышлен-
ности называется огнеупорностью. В промышлен-
ности огнеупорными называют такие ма-
териалы, которые выдерживают’ нагрева-
ние выше 1580° без пластичных деформа-
ций. Из них иногда еще выделяют высокоогнеупорные
материалы, выдерживающие нагревание выше 1750°.
Большинство огнеупорных изделий и материалов из-
готовляют методами керамической техники, сущность
которой сводится к изготовлению пластичной массы из
смеси порошковатого наполнителя со связующим, формо-
ванию этой массы и фиксированию изделий путем об-
жига.
В качестве связующих чаще всего пользуются глиной
и различными клейкими органическими веществами. При
глиняной связке в качестве наполнителей применяют ша-
мот, корунд, карборунд, кианит, андалузит, а также гра-
фит и уголь. Органическими связками могут служить
крахмал, декстрин, камедь, патока, сульфитный щелок,
148

Таблица $4
Термическая стойкость разных материалов
Виды материалов	Температура “С		
	3 плавления	размягчения	Максимальная рабочая
Керамические мате-			
риалы			
Глазурь на фарфоре			950-1200	900-1100
Глины красные (кирпичные) . .	1,1	900-1100	800
„ огнеупорные 			1580-1700	1300—1500
Каолин А120д • 2SiO2 • 2Н..0 . . .	1750	1700	1500
Силлиманит АГО-; • SiOs		- 1820	—	1700
Фарфор нормальный	•	—	1500	1400
, „берлинский" 			1650	1600
, глиноземистый:			
марквордова масса , . .	—	1850	1700
пифагорова масса ....	—	1770	1650 -
Шамот обыкновенный		—	1650—1720	1500
, кварцевый 		—	1650-1720	1500
„ глиноземистый		—	1750	1650—1700
Огнеупорные окислы			•
и изделия из них			
Диатомит и трепел неформова-			
ный	'		• 1450—1500	900—1000
Динас ^. . .			1700	1653
Кварц плавленый 		1700	1650	1000—1500
„ неформованный 		.1700	—	1700
Корунд А12О;!		2050	—	1650—1780
Магнезия MgO . . ..		2800"	—	2000
Магнезиальный кирпич ......	—	1900	1800
Хромитовый кирпич 		—	2000	—
Окись циркония ZrO2 .....	2950	—	2000
Разные материалы			
Асбест	  .	. . .			1480—1530	600-1200
Слюда 		'—	1150-1300	800-1100
Смесь асбеста с белой глиной 4.		—	тооо-поо
Графит и уголь . . . . . . . .чг	—	3600	3600
Графитокерамическйе тигли . ,	—	—	1700
Карборунд SiC	 !			1800
149

ем«льг и пеки. Ими связывают следующие наполнители:
магнезию, карборунд, графит, уголь, циркон, шпинель
и чистые окиси алюминия, магния, циркония,
бериллия, тория.
Глина. Глина служит основным сырьем для произ-
водства многих огнеупорных материалов. При ремонте
и изготовлении печей еа применяют для связывания кам-
ней, обмазки щелей, закрепления проволоки электро-
нагревателей и т. п.
В промышленности различают много сортов глины.
Подробное описание их можно найти в руководствах по
керамической технологии *• Здесь же приведем только
Важнейшие сведения.
Для лабораторных приборов главными свойствами
глин являются их способность формоваться (пластич-
ность) и температура их размягчения. Глина тем более
пластична, чем меньше величина частиц, из которых она
состоит, но высокопластичные глины дают большую
усадку при высушивании и обжиге. Вследствие этого из-
делия и обмазки, изготовленные из чистой пластичной
глины, трескаются и деформируются. Чтобы избежать
этого, к глине примешивают «отощающие добавки»: ша-
мот (прокаленная гранулированная глина), песок, тальк,
’графит и т. п. Добавку выбирают так, чтобы огнеупор-
. ность глины не понизилась. Гранулярный состав добавки
также имеет существенное значение: для замазок и фор-
мования мелких изделий пригодны только мелкозерни-
стые наполнители с величиной частиц не более 0,1 мм.
Чем крупнее изделие, тем крупнее должна быть добавка.
Обычно в качестве наполнителя применяют шамот,
содержащий 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 лабораторных огнеупорных изделий берут напол-
нители не крупнее 1,5 ту.
Степень увлажнения формуемой массы зависит от
способа формования: при отливке в формы масса
* П. П. Будников, Керамическая технология, ч. I, Харьков-
Киев, ОНТИ, 1937; ч. П, 1933.
Г. Гехт, Керамика, Л-М., ГОНТИ, 1938.
Г. Зальманг, Физические и химические основы керамики,
Л., ОНТИ, 1935.
А. И. Августинин, Общий курс технологии огнеупорных
материалов, М., 1935.
150

\	г ,
\олжна содержать 18—24% воды, при пластичном фор-
мовании 16—22%, пои «полусухом» 5—12%. .
\ Температура размягчения глины в основном зависит
от{ содержания в ней плавней: окислов кальция, магния,
щёлочей и железа. Простая красная глина содержит
много плавней и вследствие этого имеет настолько низ-
кую температуру размягчения, что она не пригодна для
работы при температуре выше 800°. Белые и серые глины
имеют ббльшую огнеупорность, и из них наиболее огне-
упорен каолин, но он обычно имеет малую пластич-
ность.
Характеристика йаиболёе употребительных глин
приведена в табл. 55.
Для лабораторных изделий особенно хороша часовъ-
ярская глина, которая при достаточной огнеупорности
отличается низкой температурой спекания (около
1100°).
Чтобы придать ббль'шую прочность глиняным обмаз-
кам, в глину можно добавлять асбест или буру. Темпе-
ратура размягчения при этом, конечно, понижается.
При нагревании глина выделяет воду вплоть до 700°,
что надо иметь в виду в тех случаях, когда вода может
вызвать порчу частей прибора.
Пористые термоизоляционные блоки. Для лаборатор-
ных 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 механиче-
ской обработке: их'можно пилить обыкновенной пилой,
обтачивать ножом и сверлить.
Такие блоки разнообразной формы без особых за-
труднений могут быть изготовлены в лаборатории. Для
этого 70 ч. пластичной огнеупорной глины смешивают
с 30 ч. сухих опилок, увлажняют водой до рабочего
состояния и формуют блоки нужных размеров, учиты-
вая при этом, что блоки при сушке и обжиге дадут
усадку 15—20%. Сушить следует при комнатной темпе-
ратуре 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
обжечь в лабораторной муфельной печи за 2—3 часа
151

Объемный вес таких блоков после обжига 0,5—0,6;
теплопроводность в четыре раза меньше, чем обыкно-
венного кирпича. В промышленности особенно широкое
распространение имеют пористые блоки, изготовленные
на основе диатомита, трепела и опоки. Свойства их
приведены в табл. 58.
Фарфор. Благодаря огнеупорности, . химической и
механической прочности и хорошим электроизоляцион-
ным свойствам фарфор широко применяют в лабора-
раторной теплотехнике. Из него изготовляют, тонкую
огнеупорную посуду, оболочки для термопар, трубки
и ответственные части печей.
Фарфор изготовляют из каолина, приближающегося
по составу к АБОз • 2SiOa • 2НгО с примесью флюсов и
кварца. В промышленности изготовляют несколько ти-
пов фарфора. Для получения твердого фарфора берут
небольшое количество флюсов. Примерный состав смеси
Гли
^(Химический состав и керамические харак
Сорт	Технической название	Содержа		
		Sl64	А1,О3	тю2
Боровическая (	Сухарь	41—63	27—39	2
(Ленинградская ->	Пластичная	43-60	27—37	 -
область)	{		-		
Гжельская и f	Песчанка	69-79	11—17	0,7
Куликовская {	МыловКа	59-69	19-25	0,6
(под Москвой) (				
Латнинская	Пластичная	33-54	3Q-39	1—3
(около Воро-	каолинитовая			
нежа)				
Положская	Пяастйчная	52—63	30—34	1,0
(УССР)				
Часовъярская	Пластичная	50-54	32-35	1,0
((Донбасс)	№ 5—6			
Чистый каолин	Пластичность	46,3	39,8'	——
	средняя и			
	малая			
Типичный ша- I	Кислый	73,5	22,5	——
мотный кирпич {	Обыкновенный	60	Зо	——
1	Основной	02,D		
152

следующий: каолина 50%, полевого шпата 25%,
кварца 25%. Смесь тонко размалывают и смешивают
с водой до консистенции наиболее удобной для формо-
вания. Формованные изделия сушат при комнатной тем-
пературе и обжигают при 1400—1500°. Твердый фарфор
очень прочен и переносит резкие колебания темпера-
туры.	-
'Обычный фарфор содержит 30—40% плавней и
обжигается при 1280—1400°.
Для пирометрических трубок берут смесь 6 ч. огне-
упорной глины и 1 ч. АЬОз, обжигают и затем разма-
лывают; смешивают с глиной в отношении 7 :3. Из этой
смеси формуют изделия, которые после высушивания
обжигают при 1500°.
Существует несколько сортов мягкого фарфора, из
которых в лабораторной практике имеют значение
фриттовый, костяной и зегеровский. Их изготовляют из
Таблица 55
ны
теристики наиболее употребительных сортов)
ние;°/о					Пот^оя при прокаливании	р Огнеупорность
	Fe,Os	СаО	MgO	Щелочи		
	1—4	0,3-1,7 ’	0,1-1,0	0,8'	8-13	1670—1790
	1-4	—	’— г	- —“	8-13	1580-1710
	1-4	0,1—3	0,1-1,0	1,0-4	4-6	.1475-1670
	1-4	0,5 — 1	0,1-1,8	1,2—4,5	5-10	1330—1615
	1,5—2,5	0,5	1,0	1,0	14	1710—1750
	1—2	0,5	0,2	0,5 .	9-12	1710-1750
	1,0	1,0	0,6	2-3	8—9	1690-1730
	-	—	—	—	13-9	1720
	1,6	0,3	0,5	0,2		1650-1720
	1,6	0,5	0,5	0,4	 I, *	1650—1720
	1,6	0,6	0,5	0,5	——	1700-1780
153

массы с большим содержанием флюсов и они имеют
меньпгчю огнеупорность, чем твердый фарфор.
Фриттовый фарфор не содержит глинистого компонента.
•Его изготовляют из шихты состава: 22 ч. селитры, 7,2 ч.
поваренной соли, 3,6 ч. соды, 3,6 ч. прокаленных квас-
цов, 3,6 ч. гипса. 60 ч. песка. Смесь фриттуют (т. е. дово-
дят до сильного спекания), затем размалывают, промывают
горячей водой для удаления свободных хлористого на-
трия и сернокислых солей щелочных металлов и высу-
шивают. Полученный материал называют фриттой.
Затем берут 75 ч. фритты, 17 ч. мела и 8 ч. мергеля
(отмученного)- Изделия изготовляют отливкой в гипсо-
вые формы.
Зегеровский фарфор готовят из шихты состава: 45%
кварца, 30% полевого шпата и 25% глины.
Чтобы сделать фарфор газонепроницаемым, его по-
крывают глазурью. Обычно глазуои представляют смесь
легкоплавких щелочных и щелочноземельных силика-
тов среднего состава КзО-АЕОз-З—lOSiOa. Обычно
глазурь готовят из полевого шпата, мрамора, мела,
магнезита, кварца и каолина. Фарфоровые изделия, по-
крытые глазурью, употребляются при температурах
не выше 1100°.
Шамот. Шамотом называется прокаленная и измель-
ченная огнеупорная глина. При обжиге глина теряет
свою конституционную воду и становится непластич-
ной. Затем ее измельчают и рассевают на классы с раз-
личной величиной зерна. В таком виде шамот идет на
изготовление шамотовых масс, которые состоят из смеси
шамота с глиной (на 1 ч. глины берут от 1 до 3 ч. ша-
мота). Чем крупнее изделия, для которых предназна-
чена шамотовая масса, тем круннозернистее должен
быть шамот.
Шамотовые массы являются наиболее распространен-
ным огнеупорным материалом для лабораторных и про-
мышленных печей. Из них изготовляют самые разно-
образные изделия: муфели, тигли, трубки, кир-
пичи и т. п. Изготовление производится путем фор-
мовки изделия из шамотовой массы и последующего:
обжига при- 1300—1450°. Температура размягчения ша-.
мота бывает различна в зависимости от состава исход-’
ной глины и способа изготовления. Чистый каолин':
содержит: 46,3% SiOa', 39,8% А1гОз; 13,9% НгО, что
отвечает формуле А1гОз • 2SiOs • 2НгО. Темп, плави. 1750°.
154

Прибавка кремнезема понижает температуру плавления
каолина, а прибавка глинозема—повышает. Пг>и содер-
жании в смеси 62,85% АЬОз и 37,15% 51Ог образуется
химическое соединение АЬОз • SiCh—силлиманит, обла-
дающее темп, плавл. 1820°. Природные глины обычно
содержат плавни — примеси, понижающие температуру
плавления, как, например, MgO, CaO, FeO, NasO, КгО
(табл. 55).
Различают нормальный, основной (глиноземистый)
и кислый (кварцевый) шамот. Нормальный изготовляют
из обычной огнеупорной глины; основной — из глины
с добавкой глинозема; кислый — из гдины с добавкой
кварцевого песка.
Шамотные изделия легко переносят резкие колеба-
ния температуоы, но вследствие большой пористости
обладают газопроницаемостью, ограничивающей их при-
менение. Этим особенно отличается кварцевый шамот
с крупным кварцевым зерном, из которого изготовля-
лись известные гессенские тигли.
Обыкновенный и кварпевый шамоты имеют темпера-
туру размягчения от 1650 до, 1720° и объемный вес
от 1,1 до 1,4; каолиновый шамот — от 1750 до 1780° и
объемный вес 0,8—1,3.
Изделия из обыкновенного и кварцевого шамота
пригодны для печей с рабочей температурой до 1500°.
Кварцевый шамот не уступает -по огнеупорности обык-
новенному, но изделия из него менее долговечны, так
как он более чувствителен к колебаниям температуры.
Обыкновенный шамот весьма пригоден для внутренней
тепловой изоляции в печах с корундовой и шамотной
футеровкой при оябочей тямшратуое от 1600 до 1800°.
Для печей с магнезитовой футеровкой шамот непри-
годен.
Шамотная крупка хорошо выдерживает 1600°.
Изделия из высокоглиноземного шамота (с киани-
том, корундом, андалузитом) пригодны для нагрева
до 1650—1700°.	. '
Примерный состав массы (%):
Шамот не крупнее 1.5 мм'...................... 70
Корунд .	,	0.5......................... 19
Глина часовъярскаи № 6.................  .	. .	7
Каолин.........•..............................  4
Для муфелей и печных трубок шамот мало приго-
ден вследствие пористости и способности быстро про-
155

горать уже при 1300°. Он вообще более подходит для!
термоизоляции и для изготовления футеровочного кир-1
пича (табл. 56).	]
Таблица 56I
Теплопроводность и теплоемкость шамотных изделий
(Точные данные для расчетов)
Характеристики образцов
№	Содержание, %		Объемный вес, кг/л
	SiO2	. А120з	
1	57	40	1,88
2	62	31	1,83
3	71	24	1,77 .
4	74	25	1,90
№	. - Температура, °C					
	200	400	'600	800	1000	1200
	Теплопроводность К кал/см сек °C					
1	0,0014	0,0018	0,0022	0,0024	0,0026	0,0027
2	0,0011	0,0014	0,0016	0,0019	0,0021	0,0022
3	0,0008	0,0010	0,0012	0,0014	0,0016	0,0017
4	0,0020	0,0023 Те	0,0026 плоемкость С	0,0027 ? кал!г°С	0,0029	0,0030
1	0,225	0,250	0,272	0,287	0,298	0,305
2	0,220	0,214	0,273	0,287	0,295	0,300
3	0,217	0 243	0,263	0,281	0,295	0,304
4	0,223	0,262	0,281	0;291	0,292	0,293 1
	В табл	56 приведены точные данные по теплопро-				
водности и теплоемкости шамота. Из них видно, что
химический состав шамота практически не влияет на '
его теплопроводность и теплоемкость. Объемный же вес, j
который только косвенно зависит от состава, сильно ;
влияет на теплопроводность.	•
156

Кварц. Кварцевый песок и молотый кварцит имеют
температуру размягчения 1690—1720° и могут приме-
няться для внутренней термоизоляции печей с корундо-
вой и шамотной футеровкой при рабочей температуре
печи до 1800°, а в печах с магнезитовой футеровкой
для температур не выше 1600°.
Объемный вес кварцевого песка 1,5—1,6. Теплопро-
водность кристаллов кварца 1,2, кварцевого песка -
0,3 ккал/м час °C.
Динас. Динасовые изделия содержат от 92 до 98%
кремнезема. Они обладают большой огнеупорностью;
темп, плавл. 1750°. Динасовые изделия изготовляют
из кварца, смешанного с известью (2%), взятой в виде
известкового молока. После формовки изделия обжи-
гают при температуре около 1500°. Они не переносят
резких колебаний температуры, и это является отрица-
Таблица 57
Динасовые кирпичи
А. Состав
Наименова- ние	Содержание, Р/о					Темпера- тура плавления •с*
	I S1O, 7	A1SO3	Т’еД	СаО,	MgO	
Уральский	96,1	0,91	0,8	0,7	. 0,1	1750
Английский	97,4	1,49		1Д1	—	1750
Б. Т е п л о п р о в од н ос т ь и средняя теплоемкость
№	1 Содержание Объемный SiO2	| вес	Температура °C					
		200	400	600	800	1000	1200
Теплопроводность X кал[смсек °C
96,92	2,04	0,0013	0,0016	0,0017	0,0017	0,0018	0,0021
96,00	—	0,0013	—	0,0022	——	0,0031	
—	—	0,0014		0,0025	__	0,0034	t —
95,0	—	0,0019	—	0,0026	**—	0,0033	—
Теплоемкостьость С кал/г °C первого образца
0,237
0,270 0,282 0,285
0,288 | 0,291
157

тельным качеством, но газопроницаемость их ниже,
чем шамотных. На динас не действуют кислоты, кроме
плавиковой, но очень сильно действуют при плавках
окиси металла и основные силикаты. Главное достоин-
ство динаса заключается в том, что при нагреве почти
до самого момента плавления он сохраняет свою форму
и не дает усадки (табл. 57).
Диатомит, трепел, опока. Эти материалы являются
природной «аморфной» двуокисью кремния в форме
мельчайших частиц кристобалита с примесью глини-
стых веществ пр; имущественно органического проис-
хождения. В диатомите под микроскопом можно обна-
ружить скелеты диатомовых водорослей и других низ-
ших организмов. Диатомит иногда называют инфузор-
ной землей, а также кизельгуром.
Диатомит, трепел и опока вследствие большой пори-
стости и высокой дисперсности — очень хорошие термо-
изоляционные материалы, но они обладают низкой огне-
упорностью, начинают спекаться и давать сильную
усадку уже при 900—1000°, хотя температура плавления
их может достигать 1450—1500°. Объемный вес от 0,36
до 0,6.
Таблица 58
Диатомитовый или трепеловый кирпич
Характеристики	к Класс прочности	Марки					Обыкновен- ный шамотный кирпич (для сравнения)
		Г	2	,3	4	5*	
Объемный вес, кг/л -		1,5	1,2	1,0	0,8	0,6	1,8—2,0
Временное	а	120	100	80	• 60	40	100-300
сопротивление	б	80	70	60	50	30	——
раздавлива-	в	60	59	40	35	22	——
нию, кг/см2	|	г	40	35	30	22	15	——
Вес кирпича, кг		3	2,4	2	1,6	1,2	3,5-3,8
Теплопроводность ккал К м час °C		0,57	0,43	0,35	0,25	0,17	0,50—0,90
Средняя для тем- ператур 0—800°, ка 1 ксм сек^С		0,0016	0,0012	0,0010	0,0007	0,0005	0,0014—
							0,0027
158

Диатомитовый или трепеловый кирпич (технические
названия: пористый, легковесный, эффективный) изго-
товляют из диатомита, трепела или опоки иногда
с примесью глины и органических, выгорающих при
обжиге добавок (опилки, торф и т. и.). Он характери-
зуется тем, что при нагревании выше 900° начинает да-
вать непрерывно возрастающую усадку и поэтому при-
годен только для внешней термоизоляции.
Характеристики диатомитового кирпича приведены
в табл. 58. Лучшим считается инзенский диатомитовый
кирпич. Его температура размягчения 1500°.
Плавленый кварц. В лабораторной практике большое
применение имеют трубы, изготовленные из прозрач'-
ного и непрозрачного плавленого кварца (так называе-
мого- кварцевого стекла). Основные качества плавленого
кварца: плотность, непроницаемость для газов и хоро-
шая сопротивляемость колебанию температуры вслед-
ствие ничтожного коэфициента расширения. Изделия из
плавленого кварца изготовляют методами, принятыми
при изготовлении стеклодувных изделий: чистый песок,
кварцит или горный хрусталь плавят в электрических
печах при 1700—1800°.
Плавленый кварц можно подвергать механической
обработке, как стекло, — шлифованию, резке, сверлег
нию и т. п. Для конструирования нагревательных при-
боров обычно употребляют трубки из плавленого
кварца, которые изготовляют различных диаметров,
начиная от 1 мм. Плавленый кварц применяют при тем-
пературах до 1500°, но при нагревании выше'
1000° он недолговечен, так как постепенно расстекло-
вывается.
Окись магния (магнезия). Чистая окись магния пла-
вится при температуре около 2800°, но даже небольшие
примеси посторонних веществ сильно понижают ее огне-,
упорность. Ее применяют для изготовления специаль-
ных огнеупорных изделий, например тиглей для плавки
основных силикатов. Изделия из окиси магния плохо
переносят колебания температуры, а около 2000° они
быстро разрушаются, так как при этой температуре
окись магния сильно восстанавливается углеродом.
Магнезиальные изделия изготовляют, смешивая маг-
незию с водой или подходящим органическим связую-
щим материалом (.смолой, растительным маслом и т. п.).
Полученную массу формуют под давлением около
159

4 «г/см2, сушат и обжигают при 1700° в керамической^
- печи. Если при изготовлении применялась вода, то за-
мешанной массе надо дать -вылежаться во влажной?
атмосфере 5—7. дней, чтобы успела произойти полная?
гидратация.
В промышленности пользуются нечистой магнезией,
полученной путем обжига минерала магнезита (MgCOs),
причем обожженный магнезит часто неправильно назы-
вают просто магнезитом. Его изготовляют двух типов:
«каустический магнезит» для цемента Сореля и «метал-
лургический порошок» для огнеупорных изделий.
Каустический магнезит получается в резуль-
тате обжига магнезита1 при 800—900°. Объемный вес
1,2—1,3. Так как он предназначается для цемента, то
технические условия на него не учитывают применение
его в качестве огнеупорного материала.
Содержание посторонних окислов: S1O2, AI2O3, FezOsi
СаО, не должно превышать 10% (табл. 59).,
.Таблица 59
Магнезия в порошке	\
Теплопроводность и средняя теплоемкость
Свойство	Температура °C					
	200 ;	400	600	800	1000	1200
m	•	кал Теплопроводность, *•' • ьф I'M Ccft Vu Теплоемкость Скал[г°С . . .	0,0015 0,253	0,0011 0,275	0,0012 0,291	0,0013 0,307	0,0014 0,324	0,0014 0,340
Состав магнезии
Сорт	Содержание,				
	MgO	SiO,	|	Al,о,	Fe2Os	[ СаО
Уральский	94,0	0,3	0,8	1,20	0,6
Английский	94,74 1	1;53	2,67	Следы	0,6
В качестве огнеупорного материала следует предпо-
читать саткинскую магнезию с температурой1 спекания
выше 2000°, а не халиловскую, температура спекания
которой около 1500°.
Каустический магнезит пригоден для тепловой изо-
ляции печей с корундовой и магнезитовой футеровкой.
Металлургический порошок называют «на-
мертво» обожженной магнезией; объемный вес его 1,8

160

Пригоден в тех же условиях, что и каустический магнезит,
но обладает .меньшей теплоизоляционной способностью
благодаря большему объемному весу. Для изготовления
магнезиальной массы металлургический порошок увлаж-
няют 5—6% воды и оставляют на 5—6 дней во влажной
атмосфере, чтобы произошла полная гидратация. Затем
порошок смешивают с густым крахмальным клейсте-
ром до получения теста удовлетворительной формуемо-
сти. Форму изнутри обкладывают 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 маг-
ния, полученная осаждением в водной среде, то ее сле-
дует прокалить, а при замешивании массы добавить
к ней 2—5% глины для улучшения спекания.
Плавленой магнезией называют огнеупорный
материал, изготовленный путем формования чистой окиси
магния с крахмальным, клейстером и обжига до начала
плавления. Он выдерживает нагревание до 2000° и отли-
чается повышенной теплопроводностью по сравнению
с другими магнезиальными материалами. Применяется
как специальный огнеупор для плавки основных мате-
риалов и для работы с угольными, молибденовыми и
вольфрамовыми электрическими печами.
Хромит. Хромистые огнеупорные материалы инертны
к кислым и щелочным реагентам и поэтому их приме-
няют для изготовления тиглей для выплавки металлов
из различных руд. Изготовляют хромит из хромистого
железняка со связующими веществами — глиной, гип-
сом, сернокислым алюминием и др. Обжигают- при тем-
пературе 1500°.
Основные свойства
Состав
SiO.2.......................
A12O3......................
Fe2O3 . •...................
MgO.........................
CraO3.......................
Тедпература плавления.......
Объемный вес- ..............
Теплопроводность . . . .Х = 0,005-
Окись циркония. Изделия из окиси циркония отно-
сятся к особенно огнеупорным, так как они выдержи-
11 Зак. 3780. В. 0. Веселовский и И. В. Шманение®.	161
хромита
10%
5%
23%
10%
40—45°/о
2000°
3,1-3,3
-0,009 кал!см сек°С

вают нагревание до 2000°, инертны к кислым и, щелоч-
ным реагентам и почти не электропроводны. Эти свой-
ства позволяют применять циркониевые изделия в са-
мых различных случаях лабораторной практики —
трубки и тигли для намотки молибденовых и вольфра-
мовых сопротивлений, тигли для плавки различных
шлаков и т. п.
Окись циркония добывают из циркониевой руды
путем механического и химического обогащения (обра-
ботка кислотами для удаления железа и других приме-
сей). Изделия изготовляют путем формовки окиси цир-
кония с связующими веществами — крахмалом и т. п.
Отформованные изделия осторожно обжигают при тем-
пературе 1500э.
Циркониевые огнеупоры отличаются химической
инертностью и служат для плавки металлов и для изго-
товления вольфрамовых и угольных электрических
печей.
Корунд, Высокоогнеупорный материал корунд со-
стоит из чистой окиси алюминия. Плавится около 2060°.
Основное его свойство — нечувствительность к резким
изменениям температуры. Огнеупорные изделия из ко-
рунда с примесью глины носят название динамидоновых
и алундовых. Имеются разновидности: диаманиты, дина-
митон, алоксит, получаемые из плавленого глинозема.
Теплопроводность X = 0,003 кал/ст сек °C.
С двуокисью кремния корунд дает легкоплавкие' со-
единения, с окисью же магния он их не образует.
Для лабораторных печей особенно ценны муфели и
трубки из корунда и карборунда, изготовляемые на гли-
няной связке. Они пригодны для печей с рабочей темпе-
ратурой до 1700—1780°, мало чувствительны к колеба-
ниям температуры и имеют высокую механическую
прочность. Длительную эксплоатацию они выдерживают
при нагреве до 1650°.
Для связки берут 15—25% глины и смешивают в су-
хом виде с порошком корунда (величина -частиц не бо-
лее 0,15 мм), затем увлажняют до рабочего состояния.
Так же готовят массу с карборундом и графитом.
При изготовлении крупных изделий размолотую глину
смешивают всухую с каолином и тонкой фракцией ко-
рунда. Затворяют водой в жидкое тесто и добавляют
крупный корунд. Массу формуют полусухой (с влаж-
ностью' около 6%). Просушивают и обжигают при
162

1350—1400°. Она почти не Дает усадки при следующем
составе (%):
Чистый корунд с величиной зерен 1,2—08 мм .... 40
То же	0,75—0,5........30
„ менее 0,5	,	19
Глина часовъярская №6........................... 7
Каолин..........................•............... 4
Графит и уголь. Из чистого угля и графита изгото-
вляют трубки, тигли и кирпичи. Вследствие высокой тем-
пературы плавления они выдерживают нагревание выше
3000°. Они не разъедаются расплавленными силикатами
и шлаками, но при нагревании создают восстановитель-
ную атмосферу и быстро1 прогорают на воздухе и при
соприкосновении с окислами, способными восстанавли-
ваться.
Угольные трубки изготовляют из угольных порош-
ков и каменноугольной смолы и пека в качестве связу-
щего. После формования их обжигают при 1200—1400°.
Графитовые изделия разнообразной формы вытачи-
вают из кусков графитированных электродов. Этот ма-
териал хорошо поддается механической обработке.
Угольные же изделия обрабатывать очень трудно.
Большой популярностью пользуются графито-кера-
мические тигли. Их изготовляют из смеси крупно-че-
шуйчатого графита с глиной и шамотом и после сушки
обжигают при 800—900°. Их можно нагревать до 1700—
1800°, но длительно они служат при температуре
1600—1700° (табл. 60). Эти тигли применяют для
Таблица 60
Состав графито-керамических тиглей
Тигли	Содержание, о/о			
	SiOa	AljOg 4“	Графит	н.о
Завода „Красный Тигель’ для стали и цветных металлов		38	14	45	___
	13	6,5	78	2
Английские Моргана (для стали) . .	37	14,5	44	3
„	Шеффильда (для цвет- ных металлов)	•	. . .	50	21,5	25,5	3
Немецкие (для стали)		33	12	48,5	2
И*
163

Плавки металлов; по сравнению с шамотными они имеют
большую теплопроводность и больший срок службы.
Окись магния трудно реагирует с графитом и поэ-
тому можно изготовлять графито-магнезиальные тигли,
выдерживающие нагревание до 2000°.
Карборунд. Карборунд—промышленный карбид крем-
ния—'Отличается химической инертностью, высокой .ог-
неупорностью, стойкостью к колебаниям температуры;
по твердости близок к алмазу и имеет высокую для
неметаллического материала электропроводность и те-
плопроводность. Основные окислы металлов в раскален-
ном состоянии его разрушают. К кислотам, кроме пла-
виковой- и борной, он более стоек. Кислород, двуокись
углерода и вода действуют на него только при темпера-
туре выше 1200° и то очень медленно. На воздухе его
можно нагревать до 1400°, а в восстановительной и ней-
тральной атмосфере — до 1800°. При температуре около
2000—2200° он распадается на графит и пары кремния.
Благодаря такому сочетанию свойств его применяют
в качестве огнеупорного материала для изготовления
нагревательных сопротивлений, высокоомных сопроти-
влений, реостатов и термоэлементов (в паре с графитом).
Огнеупорные карборундовые изделия изготовляют
на керамической связке, на коксующейся органической
связке и способом самсспекания. Они особенно ценны
там, где наряду с высокой огнеупорностью требуется
большая теплопроводность и устойчивость к резким ко-
лебаниям температуры. Обычно им придают форму ти-
глей, труб, муфелей и фасонных кирпичей; по отноше-
нию к кремнезему и кислым силикатам они весьма стойки.
Соединения бора, основания и основные силикаты их
быстро разрушают.
Электротехнические карборундовые изделия изгото-
вляют способом самоспекания. Для этого порошок кар-
борунда смешивают с коксующимися органическими
связующими, металлическим кремнием и некоторыми
другими специальными добавками и нагревают выше
1700°. При этом масса прочно спекается и приобретает
состав, близкий к чистому карбиду кремния. Свойства
изделий очень сильно зависят от способа изготовления.
Вообще свойства карборундовых сопротивлений
весьма неопределенны. Удельное сопротивление их мо-
жет варьировать от 0,01 до 1000 ом -ел. Температурный
коэфициент сопротивления по большей части отрица-
ли

тельный и имеет тем большую величину, чем больше ве-
личина сопротивления- в холодном состоянии. Но встре-
чаются изделия с положительным коэфициентом сопро-
тивления.
Лучшие сорта выдерживают нагревание до 1400°, но
бывают и такие изделия, которые быстро разрушаются
уже при 1000—1100°.
Лучшие нагревательные сопротивления из карборунда
изготовляли американские фирмы Глобар и герман-
ские— Сименс-Планиаверке (силит). Глобар и силит
имеют удельное сопротивление в среднем от 0,1 до
0,2 ом • ст. Значительно хуже силунд фирмы Прометеус
(Германия), кварцилит фирмы Куммлер и Маттер (Ан-
глия), кристалон фирмы Нортон (Англия).
При расчетах для карборунда обычно принимают:
теплоемкость С 0,18—0,16 кал/г °C, теплопроводность
X 0,0275—0,0243 кал/ск сек °C.
Асбест. Хризотиловый асбест является волокнистой
разновидностью серпентина (змеевика) HiMg3Si2O9.
Истинная плотность 2,4—2,55. При нагревании до 650°
теряет конституционную воду и становится хрупким.
Заметная усадка появляется при 1200°. Темп, плавл.
1480—1530°.
Вследствие образования легкоплавких веществ при
взаимодействии 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 вы-
держивает нагревание до 1450°. Асбестовый теплоизо-
ляционный порошок имеет объемный вес от 0,4 до 0,7.
Асбестовый картон — прекрасный материал для внешней
изоляции печей. Объемный вес 0,5—0,6. В сухом виде
он плохо гнется 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 склеива'ющих добавок, но к мелкому асбесту
желательно прибавлять 2—5% декстрина.
Слюда. Слюды имеют невысокую температуру пла-
вления (1150—1300°) и поэтому являются ценным элек-
троизоляционным материалом для работы температу-
165

рой не выше 1100°. Например, ими покрывают метал-
лические трубки, на которые нужно намотать проволоку
нагревательного сопротивления. Очень тонкий слой слюды
дает надежную электрическую изоляцию и вместе с тем
хорошо проводит тепло.
Теплопроводность слюды X около 0,0012 кал/сп сек °C.
Замазки. При монтаже нагревательных приборов
и установок очень часто требуются огнеупорные
замазки, для которых м'ожно рекомендовать следую-
щие рецепты: .
1.	Асбесто-каолиновая замазка. Берут 1 ч.
асбестовой ваты и 6 ч. каолина. Асбестовую вату пред-
варительно смачивают водой и превращают в кашицу.
Затем добавляют каолин и замешивают до нужной кон-
систенции. Эта замазка выдерживает нагревание при
1000—1100°.
2.	Каолиновая замазка. Смешивают 10 ч. као-
лина с 1 ч. буры и замешивают с водой или олифой.
После обмазывания прокаливают до 600—800°. Замазка
выдерживает нагревание при 1600°.
3.	Замазки из pi а с т в о р и м о г о стекла.
Смеси растворимого стекла с карборундом, корундом,
окисью циркония, графитом и другими огнеупорными ма-
териалами дают замазки высокой огнеупорности. Обычно
замазки на растворимом стекле хорошо держатся на
металле, стекле и фарфоре.
Для невысоких температур употребляют
следующие замазки: 
1. Глицерин с глетом. Глет прокаливают до
300° на железном листе и по охлаждении смешивают
с глицерином (4 г глета + 1 пл глицерина). Замазка не-
растворима ни в щелочах, ни в кислотах. Выдерживает
нагревание до 270°. Места, которые предполагают об-
мазывать, предварительно необходимо смазать глицери-
ном.
2. Воск-канифоль. Сплавляют 1 ч. воска с 1 ч.
канифоли. Темп, плавл. 55°. Замазка хорошо держится
на дереве, .стеклй и металле.
 3. Хлористое серебро. Расплавляют в фарфо-
ровом тигле! хлористое серебро и нагретой кварце-
вой палочкой намазывают на предварительно нагретое
склеиваемое место. Темп, плавл. 455°. Эта замазка осо-
бенно пригодна; для склеивания стекла с кварцем.
166

4. Замазка Рау сон а. Сплавляют 40 ч. висмута,
26 ч. свинца, 10 ч. олова и 10 ч. кадмия. ЗамаЗка хорошо
держйтся на стекле.
Терморегуляторы
Типы терморегуляторов. Терморегуляторами назы-
вают приспособления, позволяющие поддерживать в на-
гревательных приборах температуру, постоянную в уз-
ких пределах. Они основаны на тех же принципах, что
и термометры, т. е. в них используется изменение свойств
какого-нибудь вещества с изменением температуры.
Конечно, с практической точки зрения не безразлично,
какое вещество и какое его свойство будут выбраны для
данного терморегулятора. Общие требования, которые
здесь можно выставить, сводятся к следующему. Веще-
ство должно быть стойким при нагревании, и его свой-
ства должны изменяться по возможности линейно в за-
висимости от температуры; кроме того, изменения
свойств должны быть значительны. Требования, предъя-
вляемые к терморегуляторам, вообще гораздо ниже, чем
предъявляемые к термометрам. Поэтому существует
огромное разнообразие конструкций регуляторов, так как
не только все приборы, служащие для измерения тем-
пературы, не исключая и оптических, могут быть исполь-
зованы как терморегуляторы, но и многие непригодные
для этого.
В табл. 61 дан общий обзор терморегуляторов.
Регуляторы, основанные на расширении. Выбор регу-
лятора зависит от типа и назначения прибора, который
подлежит регулированию.
Для водяных термостатов применяют главным обра-
зом регуляторы трех типов: газовые, ртутные и толуо-
ловые. Принцип их действия один и тот же:
он основан на' термическом расширении газа
(обычно воздуха), ртути или толуола. Устройство их
также очень сходно.
Простой ртутный' регулятор изображен на рис. 81.
Он состоит из резервуара 7 со ртутью и контактного
приспособления 2. Винт 3 служит для установки уровня
ртути на желаемой высоте. Пользование этим, регулято-
ром очень просто: резервуар 1 погружают в термостат
и головку регулятора1 соединяют с одним из прерыва-
телей нагревательного тока, которые описаны ниже. За-
167

тем, поворачивая винты 3 и 2, устанавливают регулятор
на нужную температуру.
Ртутный терморегулятор ВантТоффа (рис. 82) отли-
чается от предыдущего только тем, что не имеет по-
движных частей. Установка на определенную температуру
достигается тем, что регулятор перевертывают и, охла-
ждая, переводят большую часть ртути из верхнего запас-
ного резервуара 2 в нижний рабочий 1. Затем терморе-
гулятор ставят в нормальное положение и в отростки
Рис. 82. Терморегулятор
Вапт-Гоффа:
1—рабочий резервуар; 2—запас-
ный резервуар; 3 и 4 — отростки
со впаянными платиновыми кон-
тактами.
Рис. 81. Про-
стой ртутный
регулятор:
1—резервуар с
ртутью; 2 — кон-
тактное приспо-
‘ собление; 3—винт’
для регулировки.
3 и 4, имеющие впаянные платиновые проволочки, нали-
вают немного ртути, которая служит для соединения ре- '
гулятора с прерывателем. После этого нагревают регуля-
тор до температуры немного выше той, которая должна
поддерживаться в термостате. При этом излишек ртути ’
вытекает в запасной резервуар 2.	\
Терморегулятор ВантТоффа благодаря отсутствию 
подвижных частей (винтов) не страдает от коррозии, что
очень существенно для водяных термостатов.
Действие терморегулятора заключается в том, что _
.если температура в термостате поднимается выше, чем
следует, то ртуть замкнет вспомогательный ток преры-
вателя, прерыватель же разомкнет нагревающий ток.
168

Таблица 61
Характеристика терморегуляторов
Свойство, используе* мое для терморегули- розки	Вещество	Наименование прибора	Область применения
Термическое объемное расширение	Газ (обычно воздух, реже азот)	Воздушные регу- ляторы Оствальда	Главным обра- зом для регули- рования воздуш- ных термостатов и печей
	Ртуть	Ртутные регуля- торы Рейхерта, Сокслета и Вант- Гоффа. Контакт- ные термометры	Почти исключи- тельно для тер- мостатов. Мало чувстви- тельны, но очень портативны и удобны в обра- щении
	Толуол	Регуляторы Оствальда и Кюстера	Только для во- дяных термоста- тов. Дают наиболее тонкую регули- ровку
Линейное расши- рение	Метал- лические стержни	Металлические термомерты	Главным обра- зом для сушиль- И! х шкафов и бань. Тонкой регули- ровки не дают
	Биметалл	Биметалл-регу- ляторы	Для воздушных термостатов и бань. Дают зна- чительно более тонкую регули- ровку, чем пре- ды д ущие
Измененье электропровод- ности	Чистые металлы (не сплавы)	Регуляторы для платиновых, молиб- деновых и других печей, имеющих нагревательное сопротивление с большим температурным коэфици- ентом. Регуляторы для любых печей и приборов со вставленным н ннх проводником, имеющим большой температурный коэфициент сопро- тивления	
169

Ртутные терморегуляторы сравнительно мало чув-
ствительны, но зато очень .портативны и удобны ,в обра-
щении. В воздушных термостатах они позволяют под-
держивать температуру .в пределах +5°, а в водяных
Рис. 83. Воздушный регу-
лятор:
/—воздушный резервуар;
2—ртутный контакт.
необходимо
±2°. Гораздо чувствительнее их
воздушные регуляторы с ртутным
контактом 2 (рис. 83). Для точных
термостатов они мало пригодны,
так как чувствительны к коле-
баниям барометрического давле-’
ния, но зато могут применяться
для воздушных бань и печей. В
этих случаях резервуар 7 делается
из фарфора или из металла.
Точность регулировки: в печах
от +5 до +10°, в воздушных тер-
мостатах +3°.
Наиболее подходящими для точ-
ных термостатов являются толуо-
ловые регуляторы Оствальда. На
рис. 84 показано включение та-
кого регулятора в агрегат. Толуо-
ловые регуляторы при хорошем
выполнении имеют чувствитель-
ность 0,01° и дают возможность
поддерживать температуру водя-
ного термостата в пределах 0,1°.
Так как эти регуляторы прихо-
дится наполнять толуолом и ртутью
в лаборатории, то не лишним
будет описание способа их на-
полнения. Прежде всего, толуол
не должен содержать низкокипя-
щих примесей и должен иметь ней-
тральную реакцию. Поэтому про-
дажный технический толуол сле-
дует перегнать над негашеной
известью и отобрать фракцию,
кипящую между 108 и 115°. Ртуть
очистить взбалтыванием с азотной кислотой
и фильтрованием через ироколотый бумажный фильтр.
Осторожно нагрев резервуар 7 регулятора на горелке,
вливают очищенную1 ртуть в расширение, имеющееся
в верхней части капилляра 2. Ори охлаждении резервуа-
170

pa 1 ртуть втягивается в него. Обычно требуется 10—20 мл
ртути. Затем снова нагревают резервуар и погру-
жают боковой отросток 3 головки регулятора в толуол.
При охлаждении толуол втягивается в резервуар. Эту
операцию повторяют до тех пор, пока весь воздух не
будет вытеснен из резервуара и капилляра. После этого
регулятор ставят в нормальное положение, вливают
в верхнее расширение 2 еще немного' толуола' и сильно
охлаждают резервуар холодной водой или снегом. При
Рис. 84. Схема термостата с толуоловым регуля-
тором:
7—резервуар для толуола; 2— расширение капиллярной трубки;
3 — отводная трубка; 4—прерыватель тока; 5—делитель напря-
жения.
последующем нагревании регулятора до комнатной тем-
пературы ртуть должна подняться в капилляре до са-
мого верха. После этого избыток толуола над ртутью
удаляют пипеткой, и регулятор помещают в термостат
на' свое место.
В цепь регулятора включают механизм, приводящий
в действие прерыватель 4 нагревательного тока. Одна из
схем изображена на рис. 84. Здесь регулятор питается
от силовой сети током, пропущенным через делитель 5
напряжения. В его цепь включен ртутный прерыватель 4,
изображенный отдельно на рис. 85. Ток регулятора
пропускается через катушку б электромагнита и притя-
гивает якорь 7, который соединен в одно целое с рыча-
171

гом, вращающимся около точки 8. Когда рычаг выходит
из горизонтального положения, ртуть размыкает нагре-
' вательный ток, который
Рис. 85. Ртутный вакуумный электро-
магнитный прерыватель:
б—катушка этектромагнита; 7—якорь элек-
тромагнита; 8—точка вращения рычага, под-
держивающего трубку со ртутью; 9 — контак-
ты; 10 — установочные винты; // — возвратная
пружина.
Риг. 86. Электромагнитный прерыватель
с платиновсй иглой и "ашечкой с ртутью.
подводится к контактам 9,9.
Чтобы воспрепятствовать1^
загрязнению ртути, ее;
заключают в стеклян-1
ную трубку, из которой
выкачан воздух. 10, 10—1
установочные винты, 11—1
возвратная пружина;'
Все подобные приспо-
собления, дающие воз-
можность регулировать
сильный ток током ма-
лой мощности, назы-
вают реле.
Описанные выше регу-
ляторы можно включать
только® цепь очень низ-
кого напряжения (3—12 в ), источником тока для кото-
рой может служить гальванический элемент, «звонковый»
трансформатор или делитель напряжения.
* Необходимость поль-
зования низковольт-
ным током вызывает-
ся тем, что в момент
размыкания и замыка-
ния тока между плати-
новым острием и
ртутью проскакивают
искры, вследствие чего
поверхность ртути за-
грязняется и регулятор
. начинает плохо рабо-
тать. При токе низкого
напряжения искр поч-
ти не образуется и ре-
гулятор при этом ра-
ботает гораздо пра-
вильнее.
Электромагнитный прерыватель другого типа изобра-
жен на рис. 86. Принцип его действия тот же, что и пре-
 дыдущего, но прерыватель состоит из чашечки с ртутью
и платинового острия. Эта система менее практична, чем
172

предыдущая, но легче может быть выполнена собствен-
ными средствами лаборатории. Оба типа прерывателей
пригодны только для сравнительно слабых токов (до
600 вт) и применяются, главным образом, для водяных
термостатов и других мелких приборов.
Следует еще иметь в виду, что при искрении на кон-
такте с ртутью могут выделяться ртутные пары, которые
очень ядовиты. Поэтому описанный выше прерыватель
можно рекомендовать только
Общие схемы терморегу-
ляторов ясны из предыду-
щего. В частных же случаях
они могут сильно разли-
чаться между собой.
Линейное расширение твер-
дых тел также используется
в терморегуляторах. Чаще все-
го встречаются приборы с
пластинками или лентами из
биметалла и металлическими
стержнями, имеющими раз-
личные коэфициенты расши-
для временных установок.
ITirTTik /
'рения.
Биметаллом называется
пластинка, состоящая из двух
металлических полос, сварен-
ных между собой по длине.
При нагревании такой пла-
стинки она искривляется
вследствие разности коэфи-
Рис. 87. Головка стержневого
терморегулятора:
Z—острие терморегулирующего стерж-
ня; 2— шляпка пружины; 3—пружина;
4~ неподвижное острие; 5 — контакт
вспомагательного тока; 6 — головка
установочного виута; 7— ось устано-
вочного винта с делениями; 8—кон-
тактный штифт.
циентов теплового расширения обоих сваренных метал-
лов, и это искривление используется для замыкания или
размыкания тока в реле. Такими регуляторами обору-
дованы многие воздушные термостаты, изготовляемые
в СССР и за границей; они поддерживают температуру
в пределах от +2 до +5°.
Принцип «металлического термометра» широко исполь-
зуется для самых различных приборов, начиная от су-
шильных шкафов, воздушных бань и кончая печами.
Металлический термометр состоит из стержня, вставлен-
ного в трубку из другого металла (иногда вместо трубки
пользуются прямо кожухом нагревательного прибора).
Один конец стержня укреплен наглухо, а другой имеет
острие 7, упирающееся в шляпку пружины 2 (рис. 87).
173

Устройство контакта следующее. Пружина 3 прижимает
шляпку 2 к стержню 1 и неподвижному острию 4. При
расширении стержня 1 шляпка поворачивается и размы-
кает платиновый контакт 5, через который проходит
вспомогательный ток, возбуждающий реле, б—головка
установочного винта; каждый
ее поворот отвечает опре-
деленному числу градусов;
7—ось установочного винта
с делениями, 8 — контактный
штифт с платиновым нако-
нечником. Стержни 1 делают
из алюминия для темпера-
туры до 250°, из латуни и ни-
келя— до 400°, а также из
кварцевого стекла. Такие тер-
морегуляторы в воздушных
термостатах позволяют под-
держивать температуру в пре-
делах от +5 до +10°.
Схема всего агрегата и1
устройства реле показаны' на
рис. 88. При включении в сеть
холодного прибора нагре-
вательная цепь разомкнута,
а боковая цель реле замк-
нута (пружина 7 прижата к
штифту 2). По этой цепи
пойдет слабый ток, так как
в нее включено большое до-
бавочное сопротивление 3, и
этот ток накалит спираль 4.
Газ в правом баллоне расши-
рится и заставит замкнуться
после этого в нагревательной
цепи пойдет ток. Когда температура прибора достигнет
известного предела, контакт 7 разомкнется и прервет
ток в боковой цепи; газ в баллоне охладится и разомкнет
ртутный контакт 5. Это вызовет охлаждение прибора1, за-
мыкание контакта 7 и т. д. Прерывания и замыкания тока
быстро следуют друг за другом. Регулируя винт 6 и до-
бавочное сопротивление 3, можно получить любую мощ-
ность и тем самым поддерживать желаемую темпера-
туру с точностью до +5°.
Рис. 88. Схема термосегулирую-
щего агрегата и устройства
ртутного реле:
1 — пружина; 2 — штифт; 3 — добавоч-
ное сопротивление; 4— спираль кана-
ла; 5—-ртутный контакт; регули-
ровочный виит; 7—нагревательное
сопротивление.
ртутный контакт 5. Только
174

Такими металлическими регуляторам'и обычно обо-
рудуют приборы, работающие при температурах до
400°. Реже они применяются для печей. В этом случае
стержень помещают не в рабочее пространство печи,'
в котором температура слишком высока, а в тепловую '
изоляцию печи.
Общим недостатком
металлических регуля-
торов является их не-
устойчивость по отноше-
нию к агентам коррозии,
да и чувствительность
их оставляет желать
много лучшего. Стерж-
невые регуляторы слу-
жат более или менее удо-
влетворительно только в
сушильных шкафах. Би-
металлические регулято-
ры наиболее пригодны
для воздушных термо-
статов с рабочей темпе-
ратурой до 200°, напри-
мер для бактериологиче-
ских термостатов.
Регуляторы, исполь-
зующие изменение элек-
тропроводности провод^
ников с температурой.
Действие одного из типов
этих регуляторов основа-
Рис. 89. Схема регулятора для печей,
нагреватели которых имеют большой
температурный коэфициент сопро-
тивления:
/ и 2— катушки электромагнитов; 3 — маят-
ник, оканчивающийся сердечником электро-
магнитов; 4—ртутный прерыватель; 5—уста-
новочный реостат; 6 —выключатель; 7—уста-
новочный винт; контакт; 9 — нагрева-
тельная спираль ртутного прерывателя.
но на изменении сопроти-
вления нагревательной спирали печи. Поэтому они могут
применяться только для печей с нагревателем, имеющим
высокий температурный коэфициент сопротивления, ка-
ким обладают молибден, платина, никель и т. п. Они со-
стоят из катушек 1 и 2, маятника 3, ртутного прерыва-
теля 4, установочного реостата 5 и выключателя б
(рис. 89). Словами «сеть», «реостат», «печь» обозначены
точки включения тока, реостата для печи и самой печи.
Регулятор привешивают вертикально к стене и следят
за тем, чтобы маятник 3 качался беспрепятственно. Для
проверки последнего отвинчивают установочный винт 7
доотказа. При таком положении маятник должен сво-
175

бедно качаться между установочным винтом 7 и контак- jj
том 8. Затем установочный винт ввинчивают до легкого Я
соприкосновения с маятником,	.
При включении рубильника сети катушка 1 притяги-Я
вает якорь маятника 3 сильнее, чем катушка 2, и по-Я
этому контакт 8 разомкнут и ток не идет через нагрева- 
тельную спираль 9 ртутного прерывателя 4. С повыше-
нием температуры печи ее сопротивление увеличивается; Я
а сила тока в ней уменьшается. В некоторый момент Я
притяжение катушки 2 становится сильнее, чем катушки/, j
и маятник 3 замыкает контакт 8. Это влечет за собой 1
нагревание спирали 9; газ в прерывателе 4 расширяется 1
и перегоняет ртуть в левый резервуар, вследствие чего 1
ртуть размыкает нагревательный ток печи и катушки 2; я
маятник 3 переходит в начальное положение и выклю- 
чает спираль 9; газ в прерывателе 4 охлаждается, и ртуть, Я
входя в прерыватель, опять замыкает ток, нагревающий Я
печь; чтобы это замыкание произошло не слишком бы-
стро и печь успела охладиться, ртуть направляют через 1
стальную диафрагму с маленьким отверстием, которая |
замедляет перетекание ртути.		1
Установка регулятора на нужную температуру печи 3
производится при помощи установочного реостата 5. |
Для этого, после того как печь нагреется до желаемой 1
температуры, движок реостата 5 медленно передвигают ч
налево до тех пор, пока катушка 2 не притянет к себе 3
маятник 3. В дальнейшем регулятор начинает действовать 1
автоматически.	я
Более точная регулировка достигается при помощи я
винта 7: при вывинчивании его температура повышается, я
а при ввинчивании понижается.	1
Для мелких приборов применяют регуляторы, в ко- |
торых маятник заменен пружиной из биметалла. Эти ре-
гуляторы долговечнее и значительно дешевле предыду-
щих; в них часть или весь нагревательный ток пропу-
скают через спираль, внутри которой расположена пру-
жина и'з биметалла. Это вызывает нагревание и изгиба-
ние биметалла, который и замыкает вспомогательный
ток ртутного реле. Установка на желаемую температуру
достигается ввинчиванием или вывинчиванием винта.
Преимущество подобных регуляторов по сравнению 1
с реостатами заключается в том, что при включении их |
в цепь приборов большой мощости они дают значитель- |
ную экономию энергии, так как при пользовании ими |
176	1

йе происходит бесполезной потери энергии, потребляе-
мой в реостатах. Реостатом при этом пользуются только
-при пуске печи и через 10—15 мин. совершенно выводят
его из цепи. Насколько такая экономия может быть зна-
чительна, видно из следующего. Если печью, рассчитан-
ной на максимальную температуру в 1400°, -пользуются
при 700° и снижают степень нагрева до этой темпера-
туры при помощи реостата, то только одна четвертая
часть мощности, потребляемой из сети, используется
четверти теряются в реостате.
в печи; остальные три
Кроме того, регулиро-
вание реостатов тре-
бует постоянного над-
зора вследствие коле-_
баний напряжения в
сети, а терморегулято--
ры не чувствительны
к колебаниям напряже-
ния сети до 10%.
Как было уже ска-
зано, эти регуляторы
непосредственно мо-
гут присоединяться-
только к таким прибо-,
рам, нагревательные
сопротивления кото-
рых имеют большой
температурный коэфи-
циент электропровод-
ности, т. е. сделаны,
Рис. 90. Внешний вид терморегулятора
|, из чйстых металлов:
платины, молибдена, никеля и т. д. Однако ими мох го
пользоваться и для приборо-в с любыми другими нагре-
вательными сопротивлениями, если в арматуру печи
вделать специальную спираль из материала, имеющего
большой температурный коэфициент сопротивления.
. Описанные терморегуляторы изготовляют для прибо-
ров мощностью до 3,5 квт; они дают в печах постоянную
температуру в пределах 10—20°.
Терморегуляторы, соединенные с приборами для изме-
рения температуры. Как было отмечено в начале этого
раздела, все приборы, служащие для измерения темпера-
туры, могут быть использованы как терморегуляторы
в соединении с соответствующими механизмами. Приме-
ром может служить агрегат, состоящий из обыч-
'	12 Зак. 3700. В. С. Веселовский и И. В. Шманеимов.
177

ной термопары, например платино-рОДиевой, и галь!
ванометра высокой чувствительности — такого же, кото!
рый употребляется для измерения температуры. Это!
гальванометр снабжен особым контактным приспо!
соблением, которое замыкает ток реле. Когда агре!
гат правильно установлен, обращение с ним крайн!
просто, а именно: контактное приспособление устанавли|
вают на циферблате гальванометра против той темпе-
ратуры, которую желают иметь в печи. Когда стрелка
гальванометра отклонится до этой температуры, она
замкнет контакт цепи реле, а реле разомкнет нагреватель-
ный ток. Точность регулировки в пределах 20°.
Аналогично устроены регуляторы с контактными галь-
ванометрами, соединенные с термометром сопротивления.
Они дают более точную регулировку и применяются для
температур до 700°.
В заключение этого раздела надо сказать, что не-
смотря на многие преимущества, которые могут быть по-
лучены при пользовании регуляторами, эти приборы
требуют очень внимательного с ними обращения. Кроме
того, иностранные фирмы часто снабжают сложными ре-
гуляторами такие приборы, для которых точной регули'
ровки совсем не требуется (например, плиты и бани),
а из-за малой мощности этих приборов экономия энергии
не оправдывает покупку дорогого регулятора.
Напротив, для термостатов, больших печей и в осо-
бенности промышленных, применение регуляторов еле*
дует рекомендовать.

Ц
S
£
г
§
t:
Б. Голые медные провода	Прямоугольного сеченая	' Допустимая сала тока (а)	ОННЭИ * -sdsoxivd»	оооооооооо СО	СО Ф Ф Ю СМ СМ смсосо^ффг^ооф —. »-ч г—Ч
			ончкэх -иж ovodu	ОЮОфОфОООф cOl'^^bwiO’— О СС О Ь СМ СМ СО 00	°	00
		Сечение мм*		ОО-ОПООООО ФСО О СМ ФО ю о см с© ,-ы см СМ С-0 TF м* IS II | 11 11 11 Н II II II 8 См й wj S © S хххххххххх *О ’ф ф ф Ю л оо
	Круглые	Допустимая сила тока (а)	оннги -Эйвондейл	ю ©о о см со со Г- СО т-'Смео^нос^О’^’со'^
			он<пгэх -ИЖЬ’О'Е'СсШ	еоь-’^смсмфофоо 'СМОО^ЛФСО’—"’З"© л	т—«
		tww эинаьээ		Ф ir^OO С^ОС^ФО^О.  г—** г-< СМ~ Tt" со" o' со" ф Ю О »-< я—* см ео j о
		ww diBHenC		соооо>-^ь-^смюеосо I-ч CO b* CM	LO СО © ~г »-4 см" см" СоГ 'гг" ю со
А. Изолированные провода		Ставят плавкий предо- хранитель при ; нагрузке (я) 1 •		СОСОФЮОПО'ООФФСЬОФФ t i-mt-iCMCMCOcOCOOCMOO 
		1 Допустимая сила ток^(а)	оннэи -adeoaiBdM	o»-’Tt<oio>-‘Otooiauoo»o - u-t^CMCMCOCQOTf'r-CNCGcO f	r-H	CM CM co
			> т снчгэх -ИЖЬ’ОЬ'сЦц	0)»и^О»О ЖСЭЛОЮОФ о ^-<»*счсмеот^г^осч©ф^ -	V—. _ см см
		Алюми- наезде	* * «г к а Of о V	е-^ЮСОСО . ем г-ч См" СО* СОС^ьо^зОсоиОЮЮ t~4 СМ СО U5 Ь- О -Ч* г—Ч »“Ч
				Щ Г-л хпиъ Ф.-<»-чсчча’<0©<О1Оюос>ю «•* л— СМ СО г- о
При температуре окружающей среды не выле 30°.
12*
179

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Перечень инструментов, необходимых для работы с нагреватель-
ными приборами
1.	Тиски слесарные настольные.
2.	Дрель слесарная для сверления металла и кера-
мики.
3.	Ножовка слесарная.
4.	Лампа дуговая для кварки.
]	5. Ключ гаечный.
•	6. Отвертки монтерские с длинным клинком.
7.	Плоскогубцы монтерские.
8.	Кусачки «телефонные».
9.	Клещи.	'	'
10.	Молоток.
11.	Ножницы длй металла.
12.	Ножницы обыкновенные.
13.	Напильники (набор).
14.	Шило.
15.	Метр слесарный стальной.
16.	Кронциркуль.
17.	Щипцы тигельные.
18.	Маленькие кочерги из проволоки диаметром
3—5 мм.
19.	Точильный станок для резки керамики (на тонком
карборундовом круге) и для точки инструмента.
Из материалов наиболее необходимы запасные про-
вода, асбестовый картон, слюда, глина огнеупорная ото-
щенная (можно получить в керамических мастерских),
болты с гайками.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ1
Асбест 88, 165
Бани воздушные электрические
25, 80
Бензин, упругость пара 112
см. Жидкое топливо
Бензол, карбюрирование воздуха
111
Биметалл 173
Воздуходувки для печей 146
Вольфрам 91
Вольфрамовые электрические пе-
чи 44
Воронка обогревательная электри-
ческая 28
Высокочастотные индукционные
печи 66
Газовые приборы 117.
Газогенераторы 113
Газомеры 127
Газорегуляторы 127
Газы горючие 105 .
— коэфициенты теплопровод-
ности 9
Глазурь 154
Глина 150	;
Глобар 46, 165
Горелки бензиновые 143
— газовые 117
----- лабораторные 121
-----печные 123
— спиртовые 143
Горн нефтяной 141
— угольный 144
Графит 93, 101, 163
Джоуль 15	; ,
Диатомит 158
1 В указатель не включены наимено-
вания отдельных газов, термоизлояторов,
огнеупоров и проводников тока, помещен-
ных в сводных таблицах текста
(табл. 1, 2, 26, 27, 36, 37, 38. 39, 54),
Динас 157	,
Дрова для газогенератора 116
Дуговые электрические печи 60
Единицы энергии, соотношение 15
Железо (нагревательное сопро-
тивление) 91, 100
Жидкое топливо, теплотворная
способность 136
Жидкости легколетучие, горючие
НО
Замазки огнеупорные 166
Индукционные электрические пе-
чи 62
Инструменты для ремонта на-
гревательных приборов 180
Инфузорная земля 158
Источники электрического тока
.67
Калория 15
Карборунд 45, 164
Карбюратор 112
Карбюрирование возуха 111
Кварц 157
— плавленый 159
Кварцилин 45
Кизельгур 158
Киловатт-час 15
Кипятильник для воды 31
Кокс торфяной для газогенера-
торов 116
Конвекция 8, 13
Константан 91, 98
Корунд 162	»
Коэфициент конвекции 13
— полезного действия 15
— теплопередачи общий 14
— теплопроводности 9 ел-
— черноты 14	>
Криптолы 54
Кристалон 45
1?!

Лампа паяльная 143
Лучеиспускание 8, 14
Магнезия 159
Металлургический порошок 160
Молибден 91
Молибденовые электрические печи
43	,	;
Нагревание газом 104
Нагреватель воздуха электри-
ческий 29
— электрический, замена 82
Нагревательный вкладыш в эк-
сикатор 29
— элемент 29
Насадки на газовые горелк!?
122, 127
Никелин 91, 98
Нихром 86, 92, 94, 95
Огнеупорные материалы 147
— обмазки 88
Окись магния 159 . .
— циркония 161
Опока 158
Паяльная трубка 125
Печи газовые 129
-------каталитического горе-
ния 134
— на жидком топливе 136
— пламенные (горны) 141
— на твердом топливе 144
Печи муфельные газовые 132
------- каталитического го-
рения 134
-------керосиновые 144
-------нефтяные 139
-------угольные 145
-------электрические 32, 80
-------силитовые 48
Печи тигельные газовые 130, 134
-------нефтяные 139
-------угольные 145
-------электрические 32, 38, 80
-------дуговые 60
-------«индукционные 62
-------угольные 50
Печи трубчатые газовые 133 '
-------электрические 34, 38, 81
------- вольфрамовые 44
— '----молибденовые 43
-----силитовые 48 ь
----— угольные 50
Печи электрические дуговые 60
----вольфрамовые 44,	81
----индукционные 62
---- каскадные 41
----криптоловые 53,	81
----молибденовые 43
----платиновые 39
— — с жидким нагревателем
----с карборундовым	нагре-
вателем 45
-----с металлическим	на-
гревателем 31
----силитовые 48
— — угольные 50
Пламя газовое, скорость распро-
странения 109
-------температура 108, 122
Платина 91, 94, 99
Плиты электрические 21, 80
Пористые термоизоляционные
блоки 151
Предохранитель электросети,
расчет 94
Проводники тока 89
Распределительные доски 72
Реле 172
Ремонт электронагревательных
приборов 40, 79
Реостаты 74
— расчет 78
Сетки предохранительные для
газа 111
Сеть электрическая виутрилабо-
раторная 70
Силит 47, . 165
Силун 45	:
Слюда 165
Температура воспламенения га-
зов 108
— внутри тиглей 123
— пламени газовых! горелок
122
----горючих газов 108
Тепловой баланс 16
Теплоемкость газов 109
— графита 103	.
—- угля 103
— шамотных изделий 156
Теплопроводность 8, 147
— коэфициенты 9
шамотных изделий 156
182

Теплотворная способность горю-
чих газов 106, 116
--------жидких топлив 136
Термическая стойкость огнеуПО-
ров 149
Термоизоляционные материалы
147
Терморегуляторы 167
— биметаллические. 173
— воздушные 170
— ртутные 167
— толуоловые 171
Термостат электрический 27, 80
Термостатичность 8
Тигли графито-керамические 163
Торф для газогенераторов 116
Торфяной кокс для газогенера-
торов 116
Трансформатор 68
Трепел 158
Уголь, огнеупор и термоизоля-
тор 163
— топливо для газогенерато-
ров 116
— электронагреватель 50, 93,
101
Удельная мощность электро-
нагревательных приборов 80
Удельный вес горючих газов 107
Фарфор 67, 152 •
Фехраль 93, 97
Форсунка для жидкого топлива
137
Фритта 154
Фурма для подогрева воздуха
30
Хромаль 97
Хромит 161
Хромоникель 96
Циркония окись 161
Чугун 101
Шамот 150, 154
Шкаф, сушильный электрический
27, 80
Электрический ток, источники 67.
Электронагревание 19
Энергии единицы, соотношение
15
Эрг 15	.	_ ,

Редактор Е. /7. Селиванова. Техн, редактор Д. Ё. Зале пугни,
С (ЯНО в производство 1/VII 1846 г. Подпис но к печати 19/1 1947 г. А 02220,
Формат 84X10SVsi*	Печатных листов 11,5 .	Уч.-нзд. л. 12,2.
Тип. знаков в 1 печ. л. 40575. Тираж 10300 экз. Ц?иа 8 руб. Зак, № 3760.
4-я типография им. Евг. Соколовой треста <Полиграфкнига> ОГИЗа
при Совете Министров ССОР. Ленинград. Измайловский пр., 29.

ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано		Должно быть X	
37 89 101 105 108 135 179	8 сверху 15 снизу 19 сверху • 10 снизу 9 снизу 6 снизу 4 сверху	d = 3 мм 1О 0,8 OM.C.W кал]л ккал/л		d = 0,3 мм 10—* 0,8-10-4 ОМ.С.И ккал!л кал'л	
			до 2000°	до 1800°	до 2000°
					
			Алюмини- евые	Медные 1 Алюми‘ 1 ниевые	
Зак. 3760. В. С. Веселовский и И. В. Шианенков.