Электрическая печь

Определение "Электрическая печь" в словаре Брокгауза и Ефрона

Электрическая печь
Электрическая печь*

— приспособление для получения посредством Э. тока высокой температуры, применяемое как в технике, так и при научно-технических исследованиях для плавления и испарения тугоплавких и трудно обращаемых в пары веществ, а равно для тех химических процессов, которые могут совершаться лишь при высоких температурах. Э. печи для технического употребления описаны при соответственных производствах, напр. печь Коульса (см. Гальванометаллургия); здесь же мы рассмотрим лишь Э. печи, применяемые для научно-технических исследований. Для устройства этих печей, когда требуется особенно высокая температура, пользуются вольтовой дугой, дающей возможность легко достигать температуры около 3500° С. Особенно много занимался разработкой этого вопроса Муассан. Печь Муассана (фиг. 1) состоит из двух хорошо пригнанных и наложенных друг на друга кусков негашеной извести в форме параллелепипеда.

В нижнем куске имеется продольный желоб, куда вставляются угольные электроды, в средней же части его — углубление для помещения тиглей. Верхний кусок в части, непосредственно находящейся над этим углублением, слегка выдолблен в форме сферического свода. От жара вольтовой дуги известь на поверхности этого свода сплавляется и образует гладкое вогнутое зеркало, отражающее тепловые лучи внутрь углубления в нижнем известковом куске. Электроды закрепляются в двух подвижных подставках. При таком устройстве печи вещества, подвергаемые накаливанию, не приходят в соприкосновение с дугой, а следовательно, и с парами углерода. Подвижность углей позволяет легко управлять вольтовой дугой. Размеры известковых кусков меняются с силой тока, применяемого для вольтовой дуги. Для токов от 35—125 амп. при 55—60 вольтах Муассан брал нижний кусок 16—18 см длины, 15 см шир. и 8 см высоты, верхний же при том же сечении был высотой от 5—6 см; при токе до 450 амп. при 75 вольт длина печи увеличивалась до 22—25 см, а соответственно увеличивались и остальные размеры. Известь по своей малой теплопроводности является лучшим материалом для такого рода печей. Наглядным примером плохой теплопроводности извести может служить следующий поразительный опыт. К сплавившемуся в части, находящейся над вольтовой дугой, верхнему куску извести, испускающему невыносимый для глаз свет, можно с наружной стороны прикасаться рукой или наружной стороной положить кусок на руку, хотя слой извести будет не толще 3 см. Вместо извести иногда пользуются известняком, который может быть легче получен в кусках достаточной величины и прочнее извести. Размеры печи немного увеличиваются при этом, так как известняк обладает лучшей, сравнительно с известью, теплопроводностью. При пользовании печами из известняка следует принимать меры предосторожности (хорошая вентиляция) против отравления окисью углерода, которая в присутствии накаленных угольных электродов и паров углерода образуется из углекислого газа, выделяемого известняком при накаливании. Электроды должны быть приготовлены из чистого угля (не содержащего железа, борной кислоты и кремнеземистых соединений). Для малых печей угли берутся около 20 см длины и 12 мм в диаметре, для больших же — около 40 см длины и 16—27 мм в диаметре. Концы углей заостряются, особенно это важно для малых напряжений. Тигли, помещаемые в углубление нижней части печи, вытачиваются из цельного куска ретортного угля в форме цилиндра или, лучше, спрессовываются из агломерата. Для маленьких печей тигли изготовляются около 3 см наружного и 2 см внутреннего диаметра, высотой ок. 4 см; для электродов в стенках тигля делаются две выемки около 1,5 см глубины. Между стенками углубления печи и стенками тигля полезно оставлять кольцеобразное пространство, которое позволяло бы тепловым лучам, отраженным от свода крышки, прогревать тигель и с боковой поверхности. Дно тигля отделяется от извести слоем магнезии ради устранения образования карбида кальция, который мог бы получиться при высокой температуре, если бы угольный тигель прикасался к извести. Магнезия же не дает в этом случае соединения с углеродом. Опыт с печью ведется следующим образом. Заложив в тигель сплавляемое вещество, сближают концы углей до расстояния 2—3-х сантиметров, так, чтобы конец одного угля точно приходился над центром тигля, затем второй медленно приближают до появления вольтовой дуги. Пока не прогрелась достаточно печь, не следует слишком быстро раздвигать угли; вначале расстояние должно быть менее 1 см, а затем оно может доходить до 2—2,5 см, а при образовании хорошо проводящих металлических паров (напр. алюминия) даже до 5—6 см. Регулирование расстояния совершается по показаниям амперметра и вольтметра. При пользовании печью следует защищать глаза очень темными очками и не подвергать лица продолжительному действию вольтовой дуги даже при токе в 30 ампер. Муассан, пользовавшийся огромными силами тока для своих печей, считает, что для научных целей вряд ли полезно применять энергию более 300 лошадиных сил. При помощи печи Муассану удалось, насыщая углеродом чугун при температуре 3500° и затем быстро охлаждая его, получить углерод выделившимся в форме алмаза. При обыкновенном давлении углерод, как и бор, прямо переходит из твердого состояния в газообразное. Под большим же давлением углерод может быть получен в виде жидкости, которая по охлаждении дает алмаз. При высокой температуре, достигаемой в Э. печи, Муассан восстановил углем окислы алюминия, кремния и т. п. Некоторые процессы восстановления, трудно достижимые в плавильных печах, в Э. печах производятся в несколько минут, напр. приготовление хрома.

Печи другого рода, где температура достигает лишь 1500° Ц., основаны на нагревании проводников при прохождении через них Э. тока. Как пример такого рода Э. печей укажем на печи, изготовляемые фирмой Heraeus в Ганау. Печь представляет фарфоровую трубку, на которую навита спирально лента из платины толщиной 0,007 мм, с промежутками между отдельными витками в несколько миллиметров. Ширина ленты выбирается в зависимости от напряжения, для которого назначается печь. Включая в цепь реостат, можно регулировать силу тока, а следовательно, и накаливание платиновой ленты. При указанной выше толщине платиновой ленты можно при намотке ее достигнуть плотного прилегания ее к трубке, благодаря чему тепло быстро будет передаваться стенкам трубки, так что практически температура платины и фарфора может считаться одинаковой. Это обстоятельство устраняет опасность пережечь платину. Трубка может быть помещена горизонтально и вертикально, в последнем случае в нее могут вставляться небольшие тигли. Так как при такой малой толщине квадратный дециметр платины весит около 1,5 гр., то для печи потребно лишь небольшое количество ее, что уменьшает стоимость печи. Нагревание достигается очень быстро, напр. в трубке в 25 мм диаметром температура может повыситься до 1400° Ц. минут в пять и притом будет по длине трубки в различных местах различаться лишь на несколько градусов, в чем можно убедиться при помощи термоэлектрического пирометра. Платиновая лента допускает нагревание до 1700°, но материал трубки (фарфор) выше 1500° делается проводящим, так что между витками получаются ответвленные токи, которые вызывают электролиз в фарфоровой массе и трубка быстро разрушается, а продукты электролиза разрушают и спираль. Трубка со спиралью для защиты от потери тепла во внешнее пространство окружается огнеупорным и в то же время плохо проводящим тепло кожухом. См. Moissan, "Le four électrique"; "Central Zeitung fü r Optik und Mechaniк" (1903, № 15, стр. 159).

И. Лебедев.