Experimentell forskning om kinetik vid hög temperatur

Konduktivitetsugnen

Den här ugnen används för att studera den termiska konduktiviteten hos smälta material, t.ex. slagger, vid temperaturer upp till \(1650~^{\circ}\mathrm{C}\). Det görs med en metod som kallas "hot-wire method". Strömmen (max ) som behövs för att höja temperaturen på den heta tråden tillförs via en källmätare (SMU). Spänningsändringen loggas var \(2.7~\mathrm{s}\) med en voltmätare. Hela systemet är slutet för att undvika syre; den heta tråden doppas och dras upp ur provet utan att ugnen behöver öppnas. Det varma provet kan släckas i en kylkammare kopplad till ugnen. Flödeshastigheten hos gasen, som kan vara antingen reaktiv eller inert, är välkontrollerad, och både rena gaser och blandningar kan användas. Ugnen kan även användas i jämviktsstudier. Därutöver kan ugnen användas för att mäta elektrisk konduktivitet vid temperaturer upp till \(1650~^{\circ}\mathrm{C}\). Blandningar av Ar, H₂, CO, CO₂, N₂ och H₂O kan användas som atmosfär i ugnen. Proven släcks efter önskad tid vid hög temperatur.

Viskositetsugn

Den här ugnsinstallationen är ovanlig på så sätt att den har en maxtemperatur på \(2100~^{\circ}\mathrm{C}\). Värmeelementen av grafit är argonskyddade, men över \(2000~^{\circ}\mathrm{C}\)används helium som skyddsgas. Hela ugnskroppen är vattenkyld, och den vattenkylda kylkammaren möjliggör snabb släckning av provet.

Ett reaktionsrör av aluminiumoxid används för temperaturer under \(1700~^{\circ}\mathrm{C}\), medan ett specialdesignat av molybden används vid högre temperaturer. Installationen är helt sluten så att ugnsatmosfären och syrepotentialen kan kontrolleras exakt. Systemet lämpar sig väl för smälttest av slagg och eldfasta material, samt lättoxiderade metaller. Framförallt används denna utrustning till viskositetsmätningar. Släckkammaren möjliggör mätning av viskositeten (eng: apparent viscosity) på prov som innehåller mer än en fas. Mätning av elektrisk och termisk konduktivitet hos material med höga smältpunkter kan också göras med denna ugn.

Horisontell observationsugn

Huvudkomponenten i denna ugnsinstallation är en horisontell elektrisk rörugn. Reaktionsröret av aluminiumoxid är i ena änden förslutet med en vattenkyld släckkammare, och i andra änden med en vattenkyld kammare med ett kvartsglasfönster. Kopplingarna mellan komponenterna tätas med O-ringar. En grafithållare placerar provet i ugnens värmezon, och en skruvdragare möjliggör exakt positionering och förflyttning av provet för repeterbar styrning av värmnings- och kylningshastigheter. Vanligtvis används argon i experimenten.

Temperaturer upp till \(1650~^{\circ{}}\mathrm{C}\) kan användas i experimenten. Kontaktvinkelmätningar med sessila droppmetoden kan göras upp till denna temperatur. Exakt kontroll över temperatur och atmosfär möjliggör även jämviktsstudier. Möjligheten till noggrann styrning av provets uppvärmnings- och kylhastighet gör även att dynamiska mätningar kan utföras.

Vertikal observationsugn

Denna ugnsinstallation utformades för emissivitetsmätningar vid hög temperatur. Ugnsröret har därför en stor innerdiameter på \(95~\mathrm{mm}\), och avståndet mellan observationsfönstret och provet är bara \(400~\mathrm{mm}\). Restistansvärmning med Kanthal Super värmeelement gör att provet kan värmas till \(1650~^{\circ{}}\mathrm{C}\). Ugnsröret av aluminiumoxid är helt slutet för att undvika syre. Alla möjliga gassammansättningar kan tillföras och kontrolleras med hjälp av massflödesmätare. Gaserna renas med hjälp av ett gasreningssystem för att hålla partialtrycket av syre så lågt som möjligt. När experimenten är klara kan provet släckas på bara ett par sekunder så att det sedan kan analyseras. Installationen lämpar sig för observerande studier och icke-kontakt mätningar vid hög temperatur. Materialet på observationsfönstret kan ändras så att det passar olika typer av mätningar.

Experiment kan utföras upp till \(1650~^{\circ{}}\mathrm{C}\) med precis kontroll över temperatur och atmosfär. Både emissivitetsmätningar och icke-kontaktmätningar är möjliga vid dessa temperaturer. För observation och avbildning av provet finns både optiska kameror och värmekameror att tillgå. Provet kan släckas när helst det önskas.

Jämviktsugn

Ugnen är designad för jämviktsstudier med långa hålltider vid hög temperatur. Ugnen består av ett grafitvärmeelement runt ett reaktionsrör av aluminiumoxid. Reaktionsröret och ugnen är helt slutna mot den omgivande atmosfären och mot varandra. Därmed är gassammansättningen i reaktionsröret helt valfri. Reaktionsröret är kopplat till en gasblandare för blandning av två-tre olika gaser. Provet hålls på plats av en stång kopplad till ett liftsystem. Liftsystemet kan snabbt lyfta provet från värmezonen till släckkammaren där provet fort kyls ner.

Experiment kan utföras vid temperaturer upp till \(1650~^{\circ{}}\mathrm{C}\). Stabil temperatur och atmosfär kan upprätthållas under upp till \(48~\mathrm{h}\) långa experiment. Det går att utföra både emissivitets- och icke-kontaktmätningar vid dessa temperaturer. För observation och avbildning finns både optiska kameror och värmekameror att tillgå. Prov kan släckas i valfritt skede av experimentet.

Kinetikugnar

Det finns två ugnar anpassade för kinetikstudier vid hög temperatur.

Den ena är utrustad med Kanthal Super värmeelement och kan användas vid temperaturer något över \(1600~^{\circ{}}\mathrm{C}\). Ugnen är byggd kring ett reaktionsrör av aluminiumoxid som är \(1~\mathrm{m}\) långt och har en innerdiameter på \(70~\mathrm{mm}\). Ugnsröret är tillslutet i båda ändar. Provet släcks genom uppdragning till den vattenkylda släckkammaren av aluminium. För detta används ett datorkontrollerat liftsystem. Kylningen av provet i släckkammaren förbättras genom blåsning av inertgas på provet. Ett separat system möjliggör omrörning av provet under kontrollerad atmosfär. Ugnen är med andra ord en stor, väl tillsluten volym att utföra experiment i, i vilken atmosfärsgasen kan hållas exakt. Experimenten kan vara upp till \(72~\mathrm{h}\) långa. Korta undersökningar med omrörning är också möjligt. Ugnen är byggd så att provet kan hållas kallt i släckkammaren i den valda reaktionsatmosfären och sedan sakta sänkas ner i värmezonen med samma atmosfär. Genom att lyfta upp provet ur värmezonen erhålls snabb nedkylning. Det går också att göra tillsatser i det smälta provet och röra om i provet under kontrollerad atmosfär.

Den andra ugnen är också en vertikal resistansvärmd ugn utrustad med Kanthal Super värmeelement och ett reaktionsrör av aluminiumoxid. Maxtemperaturen för denna ugn är \(1650~^{\circ{}}\mathrm{C}\). Reaktionsröret är sammankopplat med en vattenkyld aluminiumkammare, så med hjälp av ett datorstyrt liftsystem kan provet fort kylas ned utan att avlägsnas från ugnen. Nedkylningen av provet förbättras genom introduktion av gas genom ett extra inlopp på släckkammaren. Ugnen är tätad med O-ringar för en välkontrollerad atmosfär i reaktionsröret. Det både går att röra om i provet och göra tillsatser till provet under kontrollerad atmosfär. Ugnen lämpar sig väl för både kinetik- och jämviktsexperiment.

Termogravimetriugn

Denna installation används för att studera reaktioner som involverar en massaförändring av provet. Ugnen är restistansvärmd och går upp till \(1100~^{\circ{}}\mathrm{C}\). Provets massa mäts och sparas kontinuerligt av en högprecisionsvåg. Det går att flytta provet från rumstemperatur i kylkammaren till högtemperaturzonen med hjälp av ett liftsystem. Olika reaktions- och inertgaser (rena eller blandningar) kan användas. Flödeshastigheterna av gaserna kontrolleras exakt. Snabb kylning av provet är möjligt.

Induktionsugn

​​​​​​​En vattenkyld kopparspole kopplad till en \(500~\mathrm{kHz}\), \(60~\mathrm{kW}\) kraftkälla möjliggör stabil levitation av metallprov på ca \(2~\mathrm{g}\) i längre än \(5~\mathrm{min}\) vid temperaturer över \(1600~^{\circ{}}\mathrm{C}\). En vakuumtät plexiglaslåda kan placeras runt spolen för atmosfärskontroll. Gasinlopp i närheten av provet och på lådväggen gör att atmosfären nära provet och i hela lådan snabbt kan bytas ut. Provet släcks i valfri vätska eller mot ett fast ämne. Temperaturen mäts med ett optiskt termoelement. Olika utrustningsdetaljer kan enkelt läggas till och tas bort från systemet.