普通电阻加热炉的设计

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1、普通电阻加热炉的设计讲解人：马卫东1.1目的   普通电阻加热炉一般是在高温条件下进行工作的，如若要设计此类炉子必须首先要掌握高温的基本知识及其测量方法，本讲解内容主要针对我公司非热加工专业人员的一般机械设计工程师而编制的。勿需讳言，公司新加盟的机械工程师大多属于“非内行”设计人员，“非内行”是指设计师不了解热加工工艺及工序。这些设计师们往往设计的产品对使用方来说总是非常蹩脚，因此对于他们来说在设计普通电阻加热炉前，掌握基本的热加工工艺及其相关知识也是十分重要的。目的如下：（1） 掌握高温炉的结构、电热体、加热原理；（2） 掌握热电偶的测温原理、测温方法、高温炉恒温带的测量；1

2、.2普通电阻加热炉类型    我们所讲的普通电阻加热炉属于工业炉，而非是锅炉，常见的锅炉不属于此类高温工业炉范畴，锅炉属于能源转化设备，例如：采暖锅炉是将煤转化为热能。而工业炉是利用其它能源对工件或物料进行加热，以达到对工件或物料进行处理的目的。例如：为改善机械零件性能的热处理炉，需要对特殊零件进行焊接的钎焊炉，对粉末冶金类零件进行烧结的烧结炉等等…..相关这些炉子一般称为工业炉。    根据工业炉所用能源供给形式通常分为两类：一是燃料加热炉，二是电阻加热炉。获得高温的设备一般称高温炉，现在使用高温炉的能源大部分是电能。由于当前全球环境不断恶化的要求，各国限制CO2的排放几乎成

3、为共识，因此对于使用燃气的工业炉而言，其发展前景暗淡，所以一般高温炉在某种实际意义上就是指电阻加热炉。    根据加热方式的不同，电炉又分为电阻炉、电弧炉、电子束炉等等。其中用得比较多的是电阻炉。在电阻炉中又分为管式炉、坩埚炉、马弗炉等等。    电阻炉按传热方式又分为辐射式、对流式及传导式。辐射式电阻炉是以辐射传热为主，对流较少。对流式电阻炉是以对流传热为主，辐射为辅，这些炉型一般称作空气循环炉，此类炉型常用于650℃以下的低温。当工件加热时加热介质不是空气而为其它介质时，如：加热介质是融化的盐、碱或流动粒子时，此种状态是以传导和对流两种方式对工件加热。此类炉型是我们常见的盐

4、浴炉、碱浴炉。    依据热工制度工业炉又分周期炉和连续炉。周期炉一般是按单班、两班生产。连续炉一般是按三班连续生产。   依据炉内气氛，又细分出了氧化性气氛状态下的电阻炉【这是本讲解主要内容】、真空状态下的真空电阻炉、气氛状态下的可控气氛电阻炉、流动粒子炉等等。   依据装料形式，电阻炉又分为卧式电阻炉、立式电阻炉等炉型。1.3一般电阻炉的结构  工业电阻炉一般由炉衬部分即隔热+耐火层、炉架、加热元件、测温及控温系统、供电系统、机械传达系统、导流系统等部分组成，无论那种形式，它们结构基本一致。如图1-1所示。 图1-1一般工业电阻炉炉体结构    如上图所示，图中加热元件是用

5、来将电能转换成热能的主要部件，耐火及绝热材料起隔热保温作用。为了使炉膛达到所期望的温度并在有效工作区域有合适的温度均匀性，例如：期望炉内温度到达1200℃，温度均匀性要求控制在±5℃以内，此时炉子设计时除了要考虑布置合理的加热元件以外，还需要增设循环对流导流系统，以便达到最佳的效果温度场。此外，炉体还包括炉架、炉壳、料车、接线柱等。炉壳内包容了耐火及绝缘隔热材料，炉胆支撑炉体。一般工业炉大多含机械传动系统，如炉门升降机构，物料传送机构等等。接线柱用于将电源和电热元件连接。测温及控温系统是炉子温度精度保证的核心内容，一般由二次仪表保证。1.4电阻炉设计原理   电阻炉是一个将电能

6、转换成热能的设备及综合装置，依据焦耳定律，当电流I流过电阻R的导体时，经过时间t便可产生热量Q：Q=0.24I2Rt   (cal)     (1-1)   通过以上公式可见：我们控制I、R、t三个参数就等于控制了Q值。即可达到控制发热体的目的。在设计技术前，一定要牢记：为了达到增加热量值并不是意味着无限度地增加发热元件的电阻值，这往往会增加炉子的制造成本。如适当增大发热元件的电流，发热量将会成倍增加。这便是电阻炉设计原理上需要掌握的精髓。   因此合理地选用电热元件更为重要，依据设计原理首先要计算出必须的、合理的R值和足够的I值，确保在工艺及使用需要时，在规定的时间t内产生足

7、够的热量Q，达到设备所要求的温度。这里需要强调的是：选择R值固然重要，但更为重要的是选择I值。   另一方面，即使电热元件能够发出足够的热量，设备不一定能够达到我们所需要使用的温度，之所以电炉未能达到所要求的高温，乃是因为在很大程度上取决于电炉的隔热保温状况。炉子少散热或极少散热才是更为至关重要的事情。实际上所有经验的工程师都知道：设计电炉的正确使用温度，除了取决于炉子的供热量以外，更重要的是取决于炉子的散热量。因此设计炉子的保温能力，如何合理选择保温材料的厚度，最大限量地减少热量损失是工业