電阻爐設計
瀏覽次數：5583發布日期：2011-12-19
以電能為熱源，通過導體的電阻產生熱量，使工件或金屬材料升溫的一種工業爐設計。電阻爐用于工件或金屬材料的加熱、熱處理、釬焊，以及干燥和供烤等。電阻爐的分類有不同的分類方法，有時還將幾種分類方法混合、交錯使用。按熱能產生方式分為直接加熱式和間接加熱式。前者電流直接通過工件使之加熱，不需要電熱元件，加熱速度很快，但對工件的電阻率和幾何形狀有一定要求。后者電流通過電熱元件或導電液體，產生的熱量以不同傳熱方式間接加熱工件。工業電阻爐絕大多數屬于后一類。按作業方式分為間歇式和連續式。間歇式電阻爐在加熱過程中不進行裝、出料操作，它按爐溫分成低溫、中溫、高溫三類。低溫和中溫的界線大致在600~700℃。（1）低溫電阻護包括各種干燥爐（箱）、回火爐、多種有色金屬的熱處理爐和加熱護。主要以對流方式將物料加熱，有護內氣流自然循環和強制循環兩種。低溫電阻爐在中國一般用鐵鉻鋁合金做電熱元件。（2）中溫電阻爐一般是指爐溫為700~125。℃、主要以輻射方式傳熱的電阻爐，供鋼的淬火、正火和退火使用。爐型很多，只有少數幾種，例如箱式爐、臺車式護、井式爐和罩式爐等已經系列化，并由電護廠生產。（3）高溫電阻爐是指爐溫超過12。。一1250℃、在氧化性氣氛中不能使用金屬電熱元件的電阻爐。除通氫的相絲爐外，用得zui多的是硅碳棒箱式電爐。二硅化鉑電爐可以用到160。℃。連續式電阻爐在使用時工件從進料口入爐，沿爐長移動同時按工藝要求加熱到規定溫度，有的爐子在加熱后還要保溫甚至爐冷，然后從出料口移到爐外，整個作業是連續（包括脈動）的。它適用于大批量生產。按爐溫分成低溫、中溫、高溫三類，或按爐長分成不同的溫度區。爐襯和電熱元件的結構和間歇式電阻護基本相同，低溫爐或低溫區往往采用強制循環方式。各類連續式電阻爐在結構上的差別主要來自工件輸送方式的不同，所以經常按輸送特點命名，如傳送帶式、推送式、震底式、輥底式、滾筒式（鼓形）、步進式、轉底式、傳送鏈式和牽引式護等。幾座連續式電阻護及其配套設備聯合起來組成一套機械化自動化的聯合機組，可以具有很高的生產能力。zui常見的是將淬火爐、淬火槽、清洗機、回火爐以及裝出料機構和連鎖裝置組合在一起。有的連續式爐，僅均熱段用電熱，其它各段用然料作熱源，從而降低了產品成本。按爐內氣氛或介質分為:普通（氧化性氣氛）電阻爐、可控氣氛電阻爐、真空電阻爐和電熱浴爐四類。冶金工業常用后三類。可控氣氛電阻爐，是工件在可控氣氛中加熱以保護工件不致氧化和脫碳，或按工藝要求進行化學熱處理以改善其性能（見工業爐可控氣氛選擇）的爐子，如光亮退火爐、滲碳爐等。實際上現代化的、特別是用于大規模生產的工業電阻爐，絕大多數都是這類電爐。它可以再分為間歇式和連續式兩種。真空電阻爐是加熱時爐內保持一定真空度的爐子。按真空度的不同，分低真空（15~1.SPa）、中度真空（1.5~1.5x10一3Pa）、高真空（1.5xlo一，~1.5x10一“Pa）和超高真空（1.sxlo一SPa以下）等四類。按爐溫分成低溫、中溫、高溫（>1250一3000℃）三類。大多數是間歇作業式，只有少量是連續式和半連續式。大量使用的真空電阻爐屬于外熱式（有罐式），其爐體和普通電阻爐并無明顯區別，爐內有真空容器（即爐罐，或稱馬弗），罐內放置工件并抽成真空。爐罐直徑超過lm，溫度為750~900℃的爐子，爐罐外的爐膛空間也需抽成低真空。另一種是內熱式真空電阻爐，整個加熱室和保溫層〔或隔熱屏）都密封在水冷真空容器內。和可控氣氛電阻爐相比，真空爐除了具有類似功能外（lo~IPa的真空度相當于光亮退火所需的一50~一55℃的露點），還有明顯的除氣效果，其缺點是加熱、爐冷都比較慢，溫度均勻性較差。冶金工業中經常采用的真空一可控氣氛組合式電阻爐消除了這一缺點:待爐料上吸附的氣體離開護膛后就解除真空，改成可控氣氛循環，通常用在罩式爐之類的間歇作業式爐上。連續式爐是在裝出料臺架和前室之前增設一段和料長相稱的真空脫氣室。電熱浴爐是利用液體進行加熱的爐子，有鹽浴爐、堿浴爐、油浴爐、鉛浴爐等，其中以鹽浴爐用得zui多。鹽浴爐按熱源位置分外熱式和內熱式兩種，外熱式鹽浴爐使用圓形或方形鹽槽，工作溫度低于850C，結構簡單，不需要變壓器。內熱式鹽浴爐使用管狀電熱元件（低于55oC）或電極（600~130oC）加熱，后者又稱電極鹽浴爐。電極鹽浴爐不需要耐熱鋼和電熱合金（電極用低碳鋼）;鹽液受電磁攪拌，溫度均勻;但需要變壓器。其中埋人式電極鹽浴爐因電極不占盆槽內部空間，比插入式電極鹽浴爐可節電約30%;埋人式電極形狀稍復雜，但使用壽命較長。電阻爐的設計內容包括熱工工藝設計、電熱元件及有關部件設計、爐體構件和輔助設備設計三部分。熱工工藝設計其內容包括:根據工藝需要正確選擇爐型;根據裝爐工件、必要的夾具或料盤、電熱元件及其支承件等所需空間和必需的間隙確定爐膛尺寸;根據爐溫、作業制度和爐內氣氛選定爐襯的結構尺寸和材質;根據爐子產量和熱損失大小，用指標、經驗公式估算或作熱平衡計算，確定爐子的額定功率。估算雖然簡便，但局限性較大。普通箱式爐和井式爐的估算見表，其中爐膛容積按名義尺寸計算:箱式爐為爐口寬度、爐口高度和爐膛深度的乘積，井式爐按爐口直徑和爐膛深度計算，要求升溫快的取較大值。或根據爐溫，（C）、冷爐升溫時間二（h）、爐膛內表面積F（mZ），按下式估算:P~KCr一。SFOg（0.OOlt）’55式中尸為爐子額定功率，kw;K為安全系數，取1.2~1.3;C為系數，磚砌爐襯約取25，耐火纖維爐襯約取18。熱平衡計算方法和火焰爐相同。箱式爐和井式爐的額定功率估算i價{設計中需考慮的事項有:（l）要盡可能減少散熱損失與蓄熱損失，例如爐襯的外表面溫度，對于連續式電阻爐不應超過40C（爐溫低于100OC的工業電阻爐）和70C（爐溫高于1。。。C的工業電阻爐），對于間歇式爐不應超過50C和80C。內熱式真空爐的爐襯，除要求隔熱性能良好外，還要求除氣迅速、比熱容小和熱穩定性好;主要采用金屬隔熱屏、石墨氈或耐火纖維制品，其它材料，如隔熱耐火磚，則較少采用。（2）爐內或各溫度區內溫度要均勻，各部位的功率分配要合理。（3）要注意熱膨脹、減少熱變形，各部件工作要可靠。例如受熱的受力構件，要正確選擇其許用應力，必要時用風冷或水冷。（4）要便于操作、維修和運輸，尤其是電熱元件等易損件的維修。（5）設計成品的技術標準要符合有關的規范和標準，如“電熱設備基本技術條件，間接電阻爐（GB100674）”。總之，設計正確是取得合理的技術經濟參數（單位面積產量、冷爐升溫時間、空爐損耗功率、單位電能消耗等）的重要前提。電熱元件設計根據爐子結構和分區情況、功率分配、供電電壓等進行電阻爐用電熱元件設計。要選用合適的材質和安裝方式，計算電熱元件尺寸，保證元件的表面負荷率和zui高使用溫度在允許范圍內。確定引出棒、匯流排以及可能需要的調壓變壓器的規格。真空電阻爐在選擇電熱元件材質時，應保證該材料在工作溫度下的飽和蒸氣壓低于爐子的真空度，并與所接觸的高溫隔熱材料不發生化學反應。對于爐溫低于1200℃、真空度低于6.sxl『ZPa的爐子，如無特殊要求，可使用鎳鉻合金或鐵鉻鋁合金;對于溫度或真空度更高的爐子，通常用鋁、鎢、擔作電熱元件，其表面負荷率為20一4ow/cmZ，并選配調壓變壓器。爐體構件和輔助設備設計包括爐內導軌、工件輸送裝置、循環風扇等的設計，它們和火焰爐大體相同，一般裝備水平較高。
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