1、第五章 電阻爐及電熱爐n概述n電阻爐n電熱元件 n電阻爐的設(shè)計(jì)計(jì)算n電熱爐 第一節(jié). 概述一.電爐的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 熱效率高； 爐內(nèi)溫度均勻，產(chǎn)品質(zhì)量好，無煙氣污染； 對(duì)環(huán)境污染小，甚至無污染； 操作方便，能控制各種氣氛； 設(shè)備簡(jiǎn)單，投資??； 自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度小； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，爐襯壽命長(zhǎng)。 缺點(diǎn)電器設(shè)備復(fù)雜，電耗高。 控制其它氣氛時(shí)，需通入其它氣體二.電爐的分類按加熱的方式：電阻爐電流通過電阻體時(shí)，由于電流的熱效應(yīng)而產(chǎn) 生熱量用來加熱制品。電弧爐由電弧產(chǎn)生熱量來加熱制品。感應(yīng)爐由于電磁感應(yīng)作用在電阻體內(nèi)產(chǎn)生電流，并 由電阻產(chǎn)生熱量來加熱制品。電子束爐利用高速運(yùn)動(dòng)的電子能量作為熱源加熱制品等離子

2、爐利用電能產(chǎn)生等離子體的能量來加熱制品。三. 電爐的應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)對(duì)原材料、毛坯、機(jī)械零件加熱用。如 板材軋制前的坯料加熱，鍛件的加熱。 機(jī)械零件及半成品的熱處理以改善其機(jī)械性能， 如進(jìn)桿淬火、回火、退火、氣體滲碳、氮化等。 低熔點(diǎn)金屬的熔煉及陶瓷玻璃工業(yè)的加熱。 無機(jī)材料物理性能的檢測(cè)。 實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行科學(xué)研究。一.概述1.電加熱原理： 當(dāng)電流在導(dǎo)體（電熱元件）中流過時(shí)，因?yàn)槿魏螌?dǎo)體均存在電阻，電能熱能，按焦耳定律： QI2Rt (11) Q熱能，J； I一電流，安培； R一電阻，歐姆； t一時(shí)間，秒。 電阻爐在結(jié)構(gòu)上是使電能轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備。第二節(jié). 電阻爐2.電阻爐的分類： 按熱量產(chǎn)生的方

3、法間接加熱式、直接加熱式間接加熱式在爐子內(nèi)部有專用的電阻材料做發(fā)熱 元件，電流通過加熱元件時(shí)產(chǎn)生熱量而加熱 制品。直接加熱式 電源直接接在所需加熱的材料上，使 電流直接流過所需加熱的材料而使材料自 己發(fā)熱達(dá)到加熱效果。 工業(yè)電阻爐，大部分是采用間接加熱式的。 按爐體結(jié)構(gòu)箱式電爐、臺(tái)車式電爐、井式電爐等。 箱式電爐外殼一般是用型鋼、鋼板焊接而成的。 安裝小型電爐由于需保持工作面的一定高度， 一般均做成帶支架的，在箱型殼體下邊，有支 持爐體的腿或支架。 中型電爐因本身重量大及加入爐內(nèi)的工件重量 也大，所以一般均直接在底盤上焊接爐體及砌磚。 大型電爐可以在特定的專用的地基上設(shè)計(jì)成無鋼 性底盤的結(jié)構(gòu)，

4、而就地焊接砌磚，但這種電爐在 安裝后不能吊運(yùn)及移動(dòng)。 圖5-1 箱式電阻爐圖5-2 箱式電阻爐爐門的升降是通過手搖鏈輪來進(jìn)行。 在爐門上部有一斷路裝置， 當(dāng)爐門開啟時(shí)， 電爐電源即切斷以保證操作人員的安全， 圖5-3 箱式電阻爐爐門中小型電爐可用配重及手動(dòng)裝置來開閉 爐門關(guān)閉時(shí)，用壓緊裝置使?fàn)t門緊密地與門框 接觸，減少漏氣。 大型電爐可以用電動(dòng)或氣動(dòng)、液壓開閉爐門。電加熱元件一般可以在爐膛內(nèi)左右側(cè)墻上及底面上 布置，為了得到良好的熱場(chǎng)，最好在爐頂上也 布置電加熱元件。 大型及中型電爐可以在爐門上及后墻上適當(dāng)?shù)?布置一些電加熱元件，以減少爐內(nèi)的溫差。井式電爐爐殼用鋼板或型鋼焊接園筒形。內(nèi)徑一般最

5、小為600毫米。圖5-4 井式電阻爐爐蓋小型的可用手動(dòng)機(jī)構(gòu)開閉，大型及中型的可用 電動(dòng)或液壓等機(jī)構(gòu)開閉。制品的放置放在爐膛底部制品的高度與直徑比H/D：11.5；掛方式于爐膛或爐上外部的專用吊架上 H/D：2。控制區(qū)的設(shè)置 控制區(qū)長(zhǎng)度一般：115倍的直徑； 有時(shí)： 2倍的直徑。臺(tái)車式電爐爐殼由鋼板或型鋼焊接而成。包括臺(tái)車、 爐體、軌道、電熱元件、控制系統(tǒng)。 臺(tái)車承受制品的重量，并在軌道上運(yùn)行。由金屬 支架與臺(tái)車襯磚或金屬底板組成。臺(tái)車蓄熱量 影響電爐的電耗。 爐體爐殼+耐火材料。 軌道小型電爐，爐體底部與輕軌連為一體，不需 基礎(chǔ)。大型電爐，軌道安裝于基礎(chǔ)上。 電熱元件可安裝于臺(tái)車砌體上、兩側(cè)爐

6、墻上。圖5-5 臺(tái)車式電阻爐可控氣氛箱式電爐一般在結(jié)構(gòu)上分為前室、爐膛、冷卻槽。前室由型鋼及鋼板焊成的密封空間。 下邊與冷卻槽相連，上邊為設(shè)有水冷卻的空氣冷卻室。中間有通過工件的軌道及上下升降的料架，由頂上的氣缸來操作(可電氣動(dòng)或液動(dòng))。下降時(shí)工件進(jìn)入冷卻槽，進(jìn)行快速冷卻或等溫淬火、上升時(shí)工件在上邊氣氛中緩冷。爐膛爐膛由抗?jié)B碳砌成。在前室后邊，中間有一個(gè)爐門隔開，進(jìn)料出料時(shí)，爐門由上部氣缸打開。電加熱器的形式由高電阻合金板材制成；為了消除表面積炭形成短路，加熱器面涂上專用的高溫絕緣釉；輻射管式的，水平或垂直的插入爐膛中，管中用大切面圓形電阻線組成金屬發(fā)熱器。非金屬電熱元件圖5-6 可控氣氛箱式

7、電阻爐按作業(yè)方式可分為周期式及連續(xù)式二個(gè)型式周期式箱式電爐、臺(tái)車式電爐、井式電爐。連續(xù)式推桿式、傳送帶式。推桿式由三個(gè)部分組成：爐體、軌道、推料機(jī)。爐體殼體+耐火材料砌筑而成。 殼體是用型鋼、鋼板焊成。 低溫的電爐，爐頂一般是做成與下爐體可以 分開的，在爐頂上有專用的導(dǎo)風(fēng)板及風(fēng)扇。 軌道爐內(nèi)的砌體上設(shè)有軌道以放置料盤及工件。 推料機(jī)機(jī)械的或液壓的。 對(duì)單排軌爐每動(dòng)作一次向爐內(nèi)推入一盤料， 出料部分在中小型的爐中可用人工拉出的， 也可以是用機(jī)械方式出料的，各種動(dòng)作由電 氣控制裝置自動(dòng)操作。圖5-7 推板式電阻爐傳送帶式電爐爐體與推桿式的相似，不同的只是 爐內(nèi)用一條環(huán)形的耐熱鋼制的傳送帶 來傳送工

8、件，傳送速度由一臺(tái)無級(jí)變 速電機(jī)及減速機(jī)或機(jī)械變速機(jī)來調(diào)節(jié)按工作溫度可分為：低溫爐、中溫爐、高溫爐。按加熱體材料及形狀可分為：鉬絲爐、硅碳棒爐、 硅鉬棒爐、碳粒爐、石墨碳管爐等。 圖5-8 網(wǎng)帶式電阻爐3. 主要的技術(shù)特性電爐有效功率電爐消耗電能=有效功率+損失功率 電阻爐消耗電能轉(zhuǎn)換來的熱能，一部分用于對(duì) 爐內(nèi)工件的加熱形成了電爐有效功率； 另一部分則形成了電爐損失功率。 加熱能力指電爐的有效功率，從理論計(jì)算上在 一個(gè)小時(shí)內(nèi)能把指定的材料加熱到額定溫度 的最大重量數(shù)，以kgh計(jì)算。 升溫速度升溫速度快，升溫時(shí)間短，生產(chǎn)率高， 單位制品的電耗量降低。 爐襯材料影響電爐的升溫速度。 空爐損失即爐

9、體蓄熱損失。空爐損失小的電爐， 可以得到高的技術(shù)生產(chǎn)率及低的單位 電能消耗比。一般工業(yè)電阻爐的效率：小型電爐較低一些，大型電爐較高一些。從10100千瓦的箱式電爐效率約為6585%，空爐損失約占總功率的3515。 有金屬電熱元件與非金屬電熱元件。一.金屬電熱元件 鐵鉻鋁（FeCrAl） 1.電阻率大，電阻溫度系數(shù)小。2.使用溫度高，空氣中最高使用溫度：10001100。3.表面負(fù)荷比NiCr絲稍高。4.抗氧化抗腐蝕能力好，價(jià)格低。 第三節(jié). 電熱元件Cr27Al7Mo2 1最高使用溫度：1400 2在氮?dú)庵惺褂帽瓤諝庵袎勖停∟2會(huì)破壞加熱元件 的氧化膜） 鎳鉻絲（Ni15Cr60、Cr20N

10、i80） 1電阻率較小，高溫強(qiáng)度高；2. 加工性能好，高溫下力學(xué)性能不發(fā)生大變化；2最高使用溫度：10001050。 純金屬：（高熔點(diǎn)金屬：Mo,W,鉭） 共同特點(diǎn)電阻系數(shù)大，熔點(diǎn)高，抗氧化差（一般不適宜 用在空氣狀態(tài)中）。加熱時(shí)，功率不穩(wěn)定，一定要配磁性調(diào)壓器或 可控硅加調(diào)壓器，加熱器電壓應(yīng)該小于100伏 。1鉬絲（Mo）（熔點(diǎn)：2630） a.高溫狀態(tài)下：強(qiáng)度高，但脆性大，所以加工性能差， 常用直徑2mm，常制成絲狀、帶狀或棒狀。b.在高溫下，與任何耐火材料都能反應(yīng)，所以耐火材料 必須選擇純度較高的。 鉬的再結(jié)晶溫度1007，超過此溫度，強(qiáng)度會(huì)變低， 脆性增加； c.常用溫度：1600 ；

11、在1800 時(shí)，鉬會(huì)強(qiáng)烈揮發(fā)， 晶粒粗大，脆性增加。d.蒸汽壓較大，在空氣中不能用，在滲碳?xì)夥罩校瑫?huì)使 鉬變脆； 2鎢（W）（熔點(diǎn)：3410） a.最高使用溫度：2500； b.常用溫度：22002400； c.在保護(hù)氣氛中號(hào)稱可用到：3000； d.在2400，真空狀態(tài)中會(huì)強(qiáng)烈揮發(fā)； e.在氬氣中可用到2600； f.鎢絲加工性能差，加工時(shí)溫度要小于600。3鉭（熔點(diǎn)：2900） a.一般用在真空和保護(hù)氣氛中（氮?dú)庵胁荒苡茫?b.最高使用溫度：2200； c.常用溫度：20002100； d.不能在氮?dú)夂蜌錃庵惺褂茫?e.在空氣中400開始氧化，600強(qiáng)烈氧化； f.加工性能好，用真空電子

12、束焊接。二.非金屬電熱元件簡(jiǎn)介 硅碳棒（SiC-94.4%，SiO2-3.6%，其余Al、Fe、CaO） 空氣中使用溫度：6001500 1物理性能硬度高，脆性大，耐急冷急熱高溫 變形小。2化學(xué)性能具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，酸對(duì)其無作用， 但堿和堿土金屬氧化物在一定溫度條件下對(duì)其 有侵蝕作用。高溫下，水蒸氣、氫氣、鹵素、 硫等對(duì)其也有氧化和侵蝕作用。 氣氛影響其使用性能。氣氛影響： A有水蒸氣會(huì)有影響； B在氫氣中使用，溫度應(yīng)小于1200； C在氨氣中使用，500600時(shí)，NH3中分解出的元素 會(huì)與之反應(yīng) ；當(dāng)1350時(shí)會(huì)產(chǎn)生SiN，影響壽命；D在氮?dú)猓瑲錃饣旌蠚庵惺褂脮r(shí)，溫度應(yīng)小于1250； F

13、在硫磺蒸汽中，當(dāng)1200時(shí)會(huì)產(chǎn)生SO2,SO3會(huì)腐蝕 SiC，故應(yīng)小于1200 。G在CO中，會(huì)產(chǎn)生游離碳，與碳化硅反應(yīng)，使電流增 大，燒壞變壓器3.電阻特性電阻系數(shù)大，在800或900時(shí)電阻率最低 。隨溫度的升高，電阻呈非線形變化。 發(fā)熱部溫度發(fā)熱部溫度發(fā)熱部溫度，歐 mm2/m 粗端式（GC）硅碳棒 d 發(fā)熱部直徑； L 硅碳棒全長(zhǎng)； l1 噴鋁部分長(zhǎng)度；D 粗端部直徑 ； l 發(fā)熱部長(zhǎng)度； L1 粗端部分長(zhǎng)度。l14.形狀可制成“u”型、直棒型。 等直徑（GD）硅碳棒 l1 噴鋁部分長(zhǎng)度； l 發(fā)熱部分長(zhǎng)度； L硅碳棒全長(zhǎng)；d 硅碳棒直徑； L1 冷端部長(zhǎng)度 槽型硅碳棒（型） d 槽型棒

14、直徑； E 中心距； l 發(fā)熱部長(zhǎng)度；L1 冷端部長(zhǎng)度； l1 噴鋁部分長(zhǎng)度5.表面負(fù)荷硅碳棒使用溫度與額定表面負(fù)荷關(guān)系 爐溫（）1100 1200 1300 1350 1400 1450元件發(fā)熱部表面負(fù)荷（W/cm2）GC型 20171285GD型 171397546.安裝與使用 安裝前要進(jìn)行配組，每組硅碳棒阻值偏差不得超 過10%（由于每根的電阻都不一樣，為保證爐溫及棒承受 負(fù)荷均勻）。配電壓器（為使電流三相平衡）（電壓器容量為工作 電壓的3倍）。硅碳棒在爐膛內(nèi)不可固定過緊，能使其自由的熱脹 冷縮。 硅碳棒的爐內(nèi)不能和粘土質(zhì)、耐火材料接觸，特別是內(nèi)端要有一定的間隙，可填以耐火纖維，否則在高

15、溫下，會(huì)分解棒體。 4、電爐在開始通電運(yùn)行時(shí)，要逐漸緩慢升壓，不可 一次加滿負(fù)荷，否則會(huì)因電流過大，而造成硅碳 棒損壞。5、及時(shí)更換新硅碳棒：長(zhǎng)期使用，個(gè)別棒因損壞而 需要更換時(shí)，要根據(jù)電阻增長(zhǎng)情況，選配換上新 棒電阻值。若爐內(nèi)棒損壞較多，或阻值增長(zhǎng)過大， 應(yīng)全部更換新硅碳棒。7.硅碳棒的老化在高溫下 ，空氣中的O2、CO2、 H2O汽使其氧化，生成SiO2薄膜，使其電阻增大， 當(dāng)硅碳棒冷卻時(shí)，這層薄膜脫落而暴露出新的 SiC表面，繼續(xù)加熱時(shí)，又繼續(xù)被氧化，這樣經(jīng)過 多次加熱，硅碳棒的電阻越來越大，以致最終 不能使用。 硅鉬棒（MoSi2）（主要用于實(shí)驗(yàn)室電爐） 1物理性能室溫時(shí)，強(qiáng)度高，脆性

16、大，到1350時(shí)， 開始軟化。耐熱沖擊性好。2化學(xué)性能 400800時(shí)會(huì)產(chǎn)生低溫氧化。高溫下 耐氧化，耐高溫（12001650）。 氣氛適用于空氣、氮?dú)?、惰性氣體中，但不適用 于還原性氣氛中，1350時(shí)，應(yīng)盡量避開含硫和氯 氣氛。在弱氧化氣氛中，壽命最長(zhǎng)。 所配耐火材料為酸性或中性材料 元件在不同氣氛下使用溫度的影響 3電阻特性電阻率隨溫度的升高幾乎以直線 關(guān)系迅速上升。在正常情況下，元件 電阻一般不隨使用時(shí)間的長(zhǎng)短而變化， 所以新舊元件可以混合使用。 4.形狀可制成棒狀，U型、W型、U型直角等形狀。 如下圖所示 d1 熱端直徑； D 中心距； L1 發(fā)熱部長(zhǎng)度；L2 冷端部長(zhǎng)度； d2 冷端

17、直徑； l 噴鋁部分長(zhǎng)度W型硅鉬棒U型硅鉬棒L1L1L2L2d1d1d2d2ll5.安裝與使用U型棒最好是垂直懸掛安裝，若需水平 安裝，應(yīng)選用高溫耐火材料支撐，把硅鉬棒水平放置。元件圓錐部分一定要延伸到爐膛內(nèi)，硅鉬棒夾具不能一次擰的太緊，待元件升到高溫時(shí)，再次擰緊，這樣元件不易折斷。 碳系電熱元件（石墨管、石墨棒、石墨布） 1一般使用于真空油淬爐（1400）、氣淬爐 （1350）、碳管爐中； 2石墨（熔點(diǎn)：3600）常用14002500； 3耐高溫，加工性能好，價(jià)格低；使用壽命主要決定于 其氧化、揮發(fā)的速度； 4在保護(hù)氣氛中（氫氣、氮?dú)?、二氧化碳、氬氣）?最高溫度可達(dá)3000； 5石墨的導(dǎo)電性能：隨著溫度升高而降低； 6耐溫度急變性好。 電熱輻射管 1傳熱速度慢，表面負(fù)荷應(yīng)取小一些。輻射管內(nèi)、 外溫差：120140。 2表面負(fù)荷的選取： 密封箱式爐：1.5W/cm2 ； 連續(xù)爐：1.31.5W/cm2； 周期式爐：2.02W/cm2； 連續(xù)式滲碳爐：1.41.97W/cm2。 3輻射管材質(zhì)的選擇：必須耐熱性好、耐腐蝕、化學(xué) 穩(wěn)定性好，抗熱掁性好，抗疲勞。三.電阻爐電熱元件的選用1.選擇電熱元件的基本要點(diǎn)根據(jù)溫度選擇（加熱元件溫度=爐膛溫度+100200） 一般爐溫1000，選用NiCr、FeCrAl； 爐溫