電阻爐設計
瀏覽次數：4974發(fā)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(yè)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(yè)電阻爐絕大多數屬于后一類。按作業(yè)方式分為間歇式和連續(xù)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(huán)和強制循環(huán)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(xù)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(guī)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(yè)是連續(xù)（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(qū)。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(qū)往往采用強制循環(huán)方式。各類連續(xù)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(xù)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(xù)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(yè)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(yè)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(guī)模生產的工業(yè)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(xù)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(yè)式，只有少量是連續(xù)式和半連續(xù)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(qū)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(yè)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(huán)，通常用在罩式爐之類的間歇作業(yè)式爐上。連續(xù)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(jié)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(yè)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?；蚋鶕t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(xù)式電阻爐不應超過40C（爐溫低于100OC的工業(yè)電阻爐）和70C（爐溫高于1。。。C的工業(yè)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(wěn)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(qū)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(guī)范和標準，如“電熱設備基本技術條件，間接電阻爐（GB100674）”?？傊?，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(qū)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(guī)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(fā)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(huán)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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