1、第五章 電阻爐及電熱爐n概述n電阻爐n電熱元件 n電阻爐的設計計算n電熱爐 第一節(jié). 概述一.電爐的特點 優(yōu)點 熱效率高； 爐內溫度均勻，產品質量好，無煙氣污染； 對環(huán)境污染小，甚至無污染； 操作方便，能控制各種氣氛； 設備簡單，投資省； 自動化程度高，勞動強度小； 結構簡單，爐襯壽命長。 缺點電器設備復雜，電耗高。 控制其它氣氛時，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，由于電流的熱效應而產 生熱量用來加熱制品。電弧爐由電弧產生熱量來加熱制品。感應爐由于電磁感應作用在電阻體內產生電流，并 由電阻產生熱量來加熱制品。電子束爐利用高速運動的電子能量作為熱源加熱制品等離子

2、爐利用電能產生等離子體的能量來加熱制品。三. 電爐的應用 機械工業(yè)對原材料、毛坯、機械零件加熱用。如 板材軋制前的坯料加熱，鍛件的加熱。 機械零件及半成品的熱處理以改善其機械性能， 如進桿淬火、回火、退火、氣體滲碳、氮化等。 低熔點金屬的熔煉及陶瓷玻璃工業(yè)的加熱。 無機材料物理性能的檢測。 實驗室中進行科學研究。一.概述1.電加熱原理： 當電流在導體（電熱元件）中流過時，因為任何導體均存在電阻，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一時間，秒。 電阻爐在結構上是使電能轉換為熱能的設備。第二節(jié). 電阻爐2.電阻爐的分類： 按熱量產生的方

3、法間接加熱式、直接加熱式間接加熱式在爐子內部有專用的電阻材料做發(fā)熱 元件，電流通過加熱元件時產生熱量而加熱 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。 按爐體結構箱式電爐、臺車式電爐、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計成無鋼 性底盤的結構，

4、而就地焊接砌磚，但這種電爐在 安裝后不能吊運及移動。 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行。 在爐門上部有一斷路裝置， 當爐門開啟時， 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裝置來開閉 爐門關閉時，用壓緊裝置使爐門緊密地與門框 接觸，減少漏氣。 大型電爐可以用電動或氣動、液壓開閉爐門。電加熱元件一般可以在爐膛內左右側墻上及底面上 布置，為了得到良好的熱場，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的 布置一些電加熱元件，以減少爐內的溫差。井式電爐爐殼用鋼板或型鋼焊接園筒形。內徑一般最

5、小為600毫米。圖5-4 井式電阻爐爐蓋小型的可用手動機構開閉，大型及中型的可用 電動或液壓等機構開閉。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)的設置 控制區(qū)長度一般：115倍的直徑； 有時： 2倍的直徑。臺車式電爐爐殼由鋼板或型鋼焊接而成。包括臺車、 爐體、軌道、電熱元件、控制系統。 臺車承受制品的重量，并在軌道上運行。由金屬 支架與臺車襯磚或金屬底板組成。臺車蓄熱量 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。大型電爐，軌道安裝于基礎上。 電熱元件可安裝于臺車砌體上、兩側爐

6、墻上。圖5-5 臺車式電阻爐可控氣氛箱式電爐一般在結構上分為前室、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(可電氣動或液動)。下降時工件進入冷卻槽，進行快速冷卻或等溫淬火、上升時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，中間有一個爐門隔開，進料出料時，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)式二個型式周期式箱式電爐、臺車式電爐、井式電爐。連續(xù)式推桿式、傳送帶式。推桿式由三個部分組成：爐體、軌道、推料機。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風板及風扇。 軌道爐內的砌體上設有軌道以放置料盤及工件。 推料機機械的或液壓的。 對單排軌爐每動作一次向爐內推入一盤料， 出料部分在中小型的爐中可用人工拉出的， 也可以是用機械方式出料的，各種動作由電 氣控制裝置自動操作。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，傳送速度由一臺無級變 速電機及減速機或機械變速機來調節(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 網帶式電阻爐3. 主要的技術特性電爐有效功率電爐消耗電能=有效功率+損失功率 電阻爐消耗電能轉換來的熱能，一部分用于對 爐內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，從理論計算上在 一個小時內能把指定的材料加熱到額定溫度 的最大重量數，以kgh計算。 升溫速度升溫速度快，升溫時間短，生產率高， 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， 可以得到高的技術生產率及低的單位 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，電阻溫度系數小。2.使用溫度高，空氣中最高使用溫度：10001100。3.表面負荷比NiCr絲稍高。4.抗氧化抗腐蝕能力好，價格低。 第三節(jié). 電熱元件Cr27Al7Mo2 1最高使用溫度：1400 2在氮氣中使用比空氣中壽命低（N2會破壞加熱元件 的氧化膜） 鎳鉻絲（Ni15Cr60、Cr20N

10、i80） 1電阻率較小，高溫強度高；2. 加工性能好，高溫下力學性能不發(fā)生大變化；2最高使用溫度：10001050。 純金屬：（高熔點金屬：Mo,W,鉭） 共同特點電阻系數大，熔點高，抗氧化差（一般不適宜 用在空氣狀態(tài)中）。加熱時，功率不穩(wěn)定，一定要配磁性調壓器或 可控硅加調壓器，加熱器電壓應該小于100伏 。1鉬絲（Mo）（熔點：2630） a.高溫狀態(tài)下：強度高，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，所以耐火材料 必須選擇純度較高的。 鉬的再結晶溫度1007，超過此溫度，強度會變低， 脆性增加； c.常用溫度：1600 ；

11、在1800 時，鉬會強烈揮發(fā)， 晶粒粗大，脆性增加。d.蒸汽壓較大，在空氣中不能用，在滲碳氣氛中，會使 鉬變脆； 2鎢（W）（熔點：3410） a.最高使用溫度：2500； b.常用溫度：22002400； c.在保護氣氛中號稱可用到：3000； d.在2400，真空狀態(tài)中會強烈揮發(fā)； e.在氬氣中可用到2600； f.鎢絲加工性能差，加工時溫度要小于600。3鉭（熔點：2900） a.一般用在真空和保護氣氛中（氮氣中不能用）； b.最高使用溫度：2200； c.常用溫度：20002100； d.不能在氮氣和氫氣中使用； e.在空氣中400開始氧化，600強烈氧化； 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化學性能具有良好的化學穩(wěn)定性，酸對其無作用， 但堿和堿土金屬氧化物在一定溫度條件下對其 有侵蝕作用。高溫下，水蒸氣、氫氣、鹵素、 硫等對其也有氧化和侵蝕作用。 氣氛影響其使用性能。氣氛影響： A有水蒸氣會有影響； B在氫氣中使用，溫度應小于1200； C在氨氣中使用，500600時，NH3中分解出的元素 會與之反應 ；當1350時會產生SiN，影響壽命；D在氮氣，氫氣混合氣中使用時，溫度應小于1250； F

13、在硫磺蒸汽中，當1200時會產生SO2,SO3會腐蝕 SiC，故應小于1200 。G在CO中，會產生游離碳，與碳化硅反應，使電流增 大，燒壞變壓器3.電阻特性電阻系數大，在800或900時電阻率最低 。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； l1 噴鋁部分長度；D 粗端部直徑 ； l 發(fā)熱部長度； L1 粗端部分長度。l14.形狀可制成“u”型、直棒型。 等直徑（GD）硅碳棒 l1 噴鋁部分長度； l 發(fā)熱部分長度； L硅碳棒全長；d 硅碳棒直徑； L1 冷端部長度 槽型硅碳棒（型） d 槽型棒

14、直徑； E 中心距； l 發(fā)熱部長度；L1 冷端部長度； l1 噴鋁部分長度5.表面負荷硅碳棒使用溫度與額定表面負荷關系 爐溫（）1100 1200 1300 1350 1400 1450元件發(fā)熱部表面負荷（W/cm2）GC型 20171285GD型 171397546.安裝與使用 安裝前要進行配組，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）。硅碳棒在爐膛內不可固定過緊，能使其自由的熱脹 冷縮。 硅碳棒的爐內不能和粘土質、耐火材料接觸，特別是內端要有一定的間隙，可填以耐火纖維，否則在高

15、溫下，會分解棒體。 4、電爐在開始通電運行時，要逐漸緩慢升壓，不可 一次加滿負荷，否則會因電流過大，而造成硅碳 棒損壞。5、及時更換新硅碳棒：長期使用，個別棒因損壞而 需要更換時，要根據電阻增長情況，選配換上新 棒電阻值。若爐內棒損壞較多，或阻值增長過大， 應全部更換新硅碳棒。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， 當硅碳棒冷卻時，這層薄膜脫落而暴露出新的 SiC表面，繼續(xù)加熱時，又繼續(xù)被氧化，這樣經過 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）（主要用于實驗室電爐） 1物理性能室溫時，強度高，脆性

16、大，到1350時， 開始軟化。耐熱沖擊性好。2化學性能 400800時會產生低溫氧化。高溫下 耐氧化，耐高溫（12001650）。 氣氛適用于空氣、氮氣、惰性氣體中，但不適用 于還原性氣氛中，1350時，應盡量避開含硫和氯 氣氛。在弱氧化氣氛中，壽命最長。 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 關系迅速上升。在正常情況下，元件 電阻一般不隨使用時間的長短而變化， 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)熱部長度；L2 冷端部長度； d2 冷端

17、直徑； l 噴鋁部分長度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，硅鉬棒夾具不能一次擰的太緊，待元件升到高溫時，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：3600）常用14002500； 3耐高溫，加工性能好，價格低；使用壽命主要決定于 其氧化、揮發(fā)的速度； 4在保護氣氛中（氫氣、氮氣、二氧化碳、氬氣）， 最高溫度可達3000； 5石墨的導電性能：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，表面負荷應取小一些。輻射管內、 外溫差：120140。 2表面負荷的選取： 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輻射管材質的選擇：必須耐熱性好、耐腐蝕、化學 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根據溫度選擇（加熱元件溫度=爐膛溫度+100200） 一般爐溫1000，選用NiCr、FeCrAl； 爐溫