第五章 电阻炉及电热炉-2.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 电阻炉及电热炉,概述,电阻炉,电热元件,电阻炉的设计计算,电热炉,第一节,.,概述,一,.,电炉的特点,优点,热效率高；,炉内温度均匀，产品质量好，无烟气污染；,对环境污染小，甚至无污染；,操作方便，能控制各种气氛；,设备简单，投资省；,自动化程度高，劳动强度小；,结构简单，炉衬寿命长。,缺点,电器设备复杂，电耗高。,控制其它气氛时，需通入其它气体,。,二,.,电炉的分类,按加热的方式：,电阻炉,电流通过电阻体时，由于电流的热效应而产,生热量用来加热制品。,电弧炉,由电弧产生热量来加热制品。,感应炉,由于电磁感应作用在电阻体内产生电流，并,由电阻产生热量来加热制品。,电子束炉,利用高速运动的电子能量作为热源加热制品,。,等离子炉,利用电能产生等离子体的能量来加热制品。,三,.,电炉的应用,机械工业对原材料、毛坯、机械零件加热用。如,板材轧制前的坯料加热，锻件的加热。,机械零件及半成品的热处理以改善其机械性能，,如进杆淬火、回火、退火、气体渗碳、氮化等。,低熔点金属的熔炼及陶瓷玻璃工业的加热。,无机材料物理性能的检测。,实验室中进行科学研究。,一,.,概述,1.,电加热原理,：,当电流在导体（,电热元件,）中流过时，因为任何导体均存在电阻，电能,热能，按焦耳定律：,Q,I,2,Rt,(11),Q,热能，,J,；,I,一电流，安培,；,R,一电阻，欧姆,；,t,一时间，秒,。,电阻炉在结构上是使电能转换为热能的设备。,第二节,.,电阻炉,2.,电阻炉的分类,：,按,热量产生的方法,间接加热式、直接加热式,间接加热式,在炉子内部有专用的电阻材料做发热,元件，电流通过加热元件时产生热量而加热,制品。,直接加热式,电源直接接在所需加热的材料上，使,电流直接流过所需加热的材料而使材料自,己发热达到加热效果。,工业电阻炉，大部分是采用间接加热式的。,按,炉体结构,箱式电炉,、,台车式电炉,、,井式电炉,等。,箱式电炉,外壳一般是用型钢、钢板焊接而成的。,安装,小型电炉,由于需保持工作面的一定高度，,一般均做成带支架的，在箱型壳体下边，有支,持炉体的腿或支架。,中型电炉,因本身重量大及加入炉内的工件重量,也大，所以一般均直接在底盘上焊接炉体及砌砖。,大型电炉,可以在特定的专用的地基上设计成无钢,性底盘的结构，而就地焊接砌砖，但这种电炉在,安装后不能吊运及移动。,图,5-1,箱式电阻炉,图,5-2,箱式电阻炉,炉门的升降是通过手摇链轮来进行。,在炉门上部有一断路装置，当炉门开启时，电炉电源即切断以保证操作人员的安全，,图,5-3,箱式电阻炉,炉门,中小型电炉,可用配重及手动装置来开闭,炉门关闭时，用压紧装置使炉门紧密地与门框,接触，减少漏气。,大型电炉,可以用电动或气动、液压开闭炉门。,电加热元件,一般,可以在炉膛内,左右侧墙上,及,底面,上,布置，为了得到良好的热场，最好在炉顶上也,布置电加热元件。,大型及中型电炉,可以在炉门上及后墙上适当的,布置一些电加热元件，以减少炉内的温差。,井式电炉,炉壳用钢板或型钢焊接园筒形。内径一般最小为,600,毫米。,图,5-4,井式电阻炉,炉盖,小型的可用手动机构开闭，大型及中型的可用,电动或液压等机构开闭。,制品的放置,放在炉膛底部,制品的高度与直径比,H/D,：,1,1.5,；,吊,挂方式,于炉膛或炉上外部的专用吊架上,H/D,：,2,。,控制区的设置,控制区长度,一般：,1,1,5,倍的直径；,有时：,2,倍的直径。,台车式电炉,炉壳由钢板或型钢焊接而成。包括台车、,炉体、轨道、电热元件、控制系统。,台车,承受制品的重量，并在轨道上运行。由金属,支架与台车衬砖或金属底板组成。台车蓄热量,影响电炉的电耗。,炉体,炉壳,+,耐火材料。,轨道,小型电炉，炉体底部与轻轨连为一体，不需,基础。大型电炉，轨道安装于基础上。,电热元件,可安装于台车砌体上、两侧炉墙上。,图,5-5,台车式电阻炉,可控气氛箱式电炉,一般在结构上分为,前室、炉膛,、,冷却槽。,前室,由型钢及钢板焊成的密封空间。,下边,与,冷却槽,相连，,上边,为设有水冷却的,空气冷却室,。,中间,有通过工件的,轨道,及上下升降的,料架，,由顶上的气缸来操作,(,可电气动或液动,),。,下降时工件进入冷却槽，进行快速冷却或等温淬火、上升时工件在上边气氛中缓冷。,炉膛,炉膛由抗渗碳砌成。在前室后边，中间有一个炉门隔开，进料出料时，炉门由上部气缸打开。,电加热器的形式,由,高电阻合金板材制成,；为了消除表面积炭形成短路，加热器面涂上专用的高温绝缘釉；,辐射管式,的，水平或垂直的插入炉膛中，管中用大切面圆形电阻线组成金属发热器。,非金属电热元件,图,5-6,可控气氛箱式电阻炉,按,作业方式,可分为周期式及连续式二个型式,周期式,箱,式电炉、台车式电炉、井式电炉。,连续式,推杆式、传送带式。,推杆式,由三个部分组成：,炉体,、,轨道,、,推料机,。,炉体,壳体,+,耐火材料砌筑而成。,壳体,是用型钢、钢板焊成。,低温的电炉，炉顶一般是做成与下炉体可以,分开的，在炉顶上有专用的导风板及风扇。,轨道,炉内的砌体上设有,轨道,以放置料盘及工件。,推料机,机械的或液压的。,对单排轨炉每动作一次向炉内推入一盘料，,出料部分在中小型的炉中可用人工拉出的，,也可以是用机械方式出料的，各种动作由电,气控制装置自动操作。,图,5-7,推板式电阻炉,传送带式电炉,炉体与推杆式的相似，不同的只是,炉内用一条环形的耐热钢制的,传送带,来传送工件，传送速度由一台无,级变,速电机,及,减速机,或机械变速机来调节,按,工作温度,可分为：低温炉、中温炉、高温炉。,按,加热体材料,及,形状,可分为：钼丝炉、硅碳棒炉、,硅钼棒炉、碳粒炉、石墨碳管炉等。,图,5-8,网带式电阻炉,3.,主要的技术特性,电炉有效功率,电炉消耗电能,=,有效功率,+,损失功率,电阻炉消耗电能转换来的热能，一部分用于对,炉内工件的加热形成了电炉,有效功率,；,另一部分则形成了电炉,损失功率,。,加热能力,指电炉的有效功率，从理论计算上在,一个小时内能把指定的材料加热到额定温度,的最大重量数，以,kg,h,计算。,升温速度,升温速度快，升温时间短，生产率高，,单位制品的电耗量降低。,炉衬材料影响电炉的升温速度。,空炉损失,即,炉体蓄热损失。空炉损失小的电炉，,可以得到高的技术生产率及低的单位,电能消耗比。,一般工业电阻炉的效率,：,小型电炉较低一些，大型电炉较高一些。,从,10,100,千瓦的箱式电炉效率约为,65,85%,，空炉损失约占总功率的,35,15,。,有,金属电热元件,与,非金属电热元件,。,一,.,金属电热元件,铁铬铝,（,FeCrAl,）,1.,电阻率大，电阻温度系数小。,2.,使用温度高，空气中最高使用温度：,10001100,。,3.,表面负荷比,NiCr,丝稍高。,4.,抗氧化抗腐蚀能力好，价格低。,第三节,.,电热元件,Cr27Al7Mo2,1,最高使用温度：,1400 2,在氮气中使用比空气中寿命低（,N,2,会破坏加热元件,的氧化膜）,镍铬丝,（,Ni15Cr60,、,Cr20Ni80,）,1,电阻率较小，高温强度高；,2.,加工性能好，高温下力学性能不发生大变化；,2,最高使用温度：,10001050,。,纯金属,：（高熔点金属：,Mo,W,钽）,共同特点,电阻系数大，熔点高，抗氧化差（一般不适宜,用在空气状态中）。,加热时，功率不稳定，一定要配磁性调压器或,可控硅加调压器，加热器电压应该小于,100,伏,。,1,钼丝（,Mo,）,（,熔点：,2630,）,a.,高温状态下：强度高，但脆性大，所以加工性能差，,常用直径,2mm,，,常制成丝状、带状或棒状。,b.,在高温下，与任何耐火材料都能反应，所以耐火材料,必须选择纯度较高的。,钼的再结晶温度,1007,，超过此温度，强度会变低，,脆性增加；,c.,常用温度：,1600,；在,1800,时，钼会强烈挥发，,晶粒粗大，脆性增加。,d.,蒸汽压较大，在空气中不能用，在渗碳气氛中，会使,钼变脆；,2,钨（,W,）（,熔点：,3410,）,a.,最高使用温度：,2500,；,b.,常用温度：,22002400,；,c.,在保护气氛中号称可用到：,3000,；,d.,在,2400,，真空状态中会强烈挥发；,e.,在氩气中可用到,2600,；,f.,钨丝加工性能差，加工时温度要小于,600,。,3,钽,（熔点：,2900,）,a.,一般用在真空和保护气氛中（氮气中不能用）；,b.,最高使用温度：,2200,；,c.,常用温度：,20002100,；,d.,不能在氮气和氢气中使用；,e.,在空气中,400,开始氧化，,600,强烈氧化；,f.,加工性能好，用真空电子束焊接。,二,.,非金属电热元件简介,硅碳棒,（,SiC-94.4%,，,SiO,2,-3.6%,，,其余,Al,、,Fe,、,CaO,）,空气中使用温度：,600,1500,1,物理性能,硬度高，脆性大，耐急冷急热,。,高温,变形小。,2,化学性能,具有良好的化学稳定性，酸对其无作用，,但碱和碱土金属氧化物在一定温度条件下对其,有侵蚀作用。高温下，水蒸气、氢气、卤素、,硫等对其也有氧化和侵蚀作用。,气氛影响其使用性能。,气氛影响,：,A,有水蒸气会有影响；,B,在氢气中使用，温度应小于,1200,；,C,在氨气中使用，,500600,时，,NH,3,中分解出的元素,会与之反应；当,1350,时会产生,SiN,，,影响寿命；,D,在氮气，氢气混合气中使用时，温度应小于,1250,；,F,在硫磺蒸汽中，当,1200,时会产生,SO,2,SO,3,会腐蚀,SiC,，,故应小于,1200,。,G,在,CO,中，会产生游离碳，与碳化硅反应，使电流增,大，烧坏变压器,3.,电阻特性,电阻系数大，在,800,或,900,时电阻率最低。随温度的升高，电阻呈非线形变化。,发热部温度,发热部温度，,欧,mm,2,/m,粗端式（,GC,）,硅碳棒,d,发热部直径；,L,硅碳棒全长；,l,1,喷铝部分长度；,D,粗端部直径；,l,发热部长度；,L,1,粗端部分长度。,l,1,4.,形状,可制成,“,u”,型、直棒型。,等直径（,GD,）,硅碳棒,l,1,喷铝部分长度；,l,发热部分长度；,L,硅碳棒全长；,d,硅碳棒直径；,L,1,冷端部长度,槽型硅碳棒（型）,d,槽型棒直径；,E,中心距；,l,发热部长度；,L,1,冷端部长度；,l,1,喷铝部分长度,5.,表面负荷,硅碳棒使用温度与额定表面负荷关系,炉温（）,1100,1200,1300,1350,1400,1450,元件发热部表面负荷（,W/cm,2,）,GC,型,20,17,12,8,5,GD型,17,13,9,7,5,4,6,.,安装与使用,安装前要进行配组,，每组硅碳棒阻值偏差不得超,过,10%,（由于每根的电阻都不一样，为保证炉温及棒承受,负荷均匀）,。,配电压器,（,为使电流三相平衡,）（电压器容量为工作,电压的,3,倍）。,硅碳棒在炉膛内不可固定过紧,，能使其自由的热胀,冷缩。,硅碳棒的炉内,不能和粘土质、耐火材料接触,，特别是内端要有一定的间隙，可填以耐火纤维，否则在高温下，会分解棒体。,4,、电炉在开始通电运行时，要,逐渐缓慢升压,，不可,一次加满负荷，否则会因电流过大，而造成硅碳,棒损坏。,5,、,及时更换新硅碳棒：,长期使用，个别棒因损坏而,需要更换时，要根据电阻增长情况，选配换上新,棒电阻值。若炉内棒损坏较多，或阻值增长过大，,应全部更换新硅碳棒。,7.,硅碳棒的老化,在高温下,，空气中的,O,2,、,CO,2,、,H,2,O,汽,使其氧化，生成,SiO,2,薄膜，使其电阻增大，,当硅碳棒冷却时，这层薄膜脱落而暴露出新的,SiC,表面，继续加热时，又继续被氧化，这样经过,多次加热，硅碳棒的电阻越来越大，以致最终,不能使用。,硅钼棒,（,MoSi,2,）（,主要用于实验室电炉）,1,物理性能,室温时，强度高，脆性大，到,1350,时，,开始软化。耐热冲击性好。,2,化学性能,400,800,时会产生低温氧化。高温下,耐氧化，耐高温（,1200,1650,）。,气氛,适用于空气、氮气、惰性气体中，但不适用,于还原性气氛中，,1350,时，应尽量避开含硫和氯,气氛。在弱氧化气氛中，寿命最长。,所配耐火材料为酸性或中性材料,元件在不同气氛下使用温度的影响,3,电阻特性,电阻率随温度的升高几乎以直线,关系迅速上升。,在正常情况下，元件,电阻一般不随使用时间的长短而变化，,所以新旧元件可以混合使用。,4.,形状,可制成,棒状,，,U,型,、,W,型,、,U,型直角,等形状,。,如下图所示,d,1,热端直径；,D,中心距；,L,1,发热部长度；,L,2,冷端部长度；,d,2,冷端直径；,l,喷铝部分长度,W,型硅钼棒,U,型硅钼棒,L,1,L,1,L,2,L,2,d,1,d,1,d,2,d,2,l,l,5.,安装与使用,U,型,棒最好是,垂直悬挂安装,，若需水平,安装，应选用高温耐火材料支撑，把硅钼棒水平放置。元件圆锥部分一定要延伸到炉膛内，硅钼棒夹具不能一次拧的太紧，待元件升到高温时，再次拧紧，这样元件不易折断。,碳系电热元件,（石墨管、石墨棒、石墨布）,1,一般使用于真空油淬炉（,1400,）、气淬炉,（,1350,）、碳管炉中；,2,石墨（熔点：,3600,）常用,14002500,；,3,耐高温，加工性能好，价格低；使用寿命主要决定于,其氧化、挥发的速度；,4,在保护气氛中（氢气、氮气、二氧化碳、氩气），,最高温度可达,3000,；,5,石墨的导电性能：随着温度升高而降低；,6,耐温度急变性好。,电热辐射管,1,传热速度慢，表面负荷应取小一些。辐射管内、,外温差：,120140,。,2,表面负荷的选取：密封箱式炉：,1.5W/cm,2,；,连续炉：,1.31.5W/cm,2,；,周期式炉：,2.02W/cm,2,；,连续式渗碳炉：,1.41.97W/cm,2,。,3,辐射管材质的选择：必须耐热性好、耐腐蚀、化学,稳定性好，抗热掁性好，抗疲劳。,三,.,电阻炉电热元件的选用,1.,选择电热元件的基本要点,根据温度选择,（,加热元件温度,=,炉膛温度,+100,200,）,一般炉温,1000,，选用,NiCr,、,FeCrAl,；,炉温在,1000,1200,，选用,Cr,27,Al,7,Mo,2,；,炉温,1200,，选用纯金属或非金属。,根据,炉子结构特点,选择。便于安装。,根据,热处理工件,的情况选择。适用于炉内气氛。,辐射效率高,。,来源方便,，,价格便宜，寿命长。,2.,选择电热元件应具有下列性能：,高电阻，截面积大，机械强度好，热膨胀系数小，,化学性能稳定。,3.,电热元件,表面负荷（,W,）的,选择,W,越大，寿命越短；,炉内温度高，有腐蚀性气体时，,W,取小值；,电热元件有屏蔽物（如台车式，电热元件在炉底板,下）时，,W,取小值；,炉内可通风时，,W,取大值（可增大,30%,50%,）；,带状元件，,W,取大值（可增大,30%,50%,）；,更换困难的元件，,W,取小值。,