热处理电阻炉炉体计算.ppt

1、第第 2 章章热处理电阻炉热处理电阻炉材料工程学院 金属材料系炉型的选择和炉膛尺寸的确定炉型的选择和炉膛尺寸的确定 炉型选择炉型选择炉型选择炉型选择 电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、工件的特点和热处理工艺要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分工件的特点和热处理工艺要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分工件的特点和热处理工艺要求，以

2、及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分工件的特点和热处理工艺要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：生产量生产量生产量生产量：对于产量大、品种单一、工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；而产量小对于产量大、品种单一、工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；而产量小对于产量大、品种单一、工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；而产量小对于产量大、品种单一、工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；而产量小品种多，工艺多变

3、者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。品种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。品种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。品种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。工件特点和工艺要求工件特点和工艺要求工件特点和工艺要求工件特点和工艺要求：加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加

4、热。对中小型轴承钢球（或短滚柱），则选用滚筒式电阻炉，加热均匀，生产效率高。对大型轴承钢球（或短滚柱），则选用滚筒式电阻炉，加热均匀，生产效率高。对大型轴承钢球（或短滚柱），则选用滚筒式电阻炉，加热均匀，生产效率高。对大型轴承钢球（或短滚柱），则选用滚筒式电阻炉，加热均匀，生产效率高。对大中型铸锻毛坯件的退火、正火、回火等热处理，则宜采用台车式电阻炉。当产量中型铸锻毛坯件的退火、正火、回火等热处理，则宜采用台车式电阻炉。当产量中型铸锻毛坯件的退火、正火、回火等热处理，则宜采用台车式电阻炉。当产量中型铸锻毛坯件的退火、正火、回火等热处理，则宜采用台车式电阻炉。当产量特别大时，则可采用推杆式连续作

5、业炉。对精加工后再进行热处理的工件，为防特别大时，则可采用推杆式连续作业炉。对精加工后再进行热处理的工件，为防特别大时，则可采用推杆式连续作业炉。对精加工后再进行热处理的工件，为防特别大时，则可采用推杆式连续作业炉。对精加工后再进行热处理的工件，为防止其氧化脱碳，则应设置通人保护气体的装置。对于回火、时效等低温炉，则应止其氧化脱碳，则应设置通人保护气体的装置。对于回火、时效等低温炉，则应止其氧化脱碳，则应设置通人保护气体的装置。对于回火、时效等低温炉，则应止其氧化脱碳，则应设置通人保护气体的装置。对于回火、时效等低温炉，则应考虑安装风机以强制炉气循环，提高加热速度并使炉温均匀。考虑安装风机以强

6、制炉气循环，提高加热速度并使炉温均匀。考虑安装风机以强制炉气循环，提高加热速度并使炉温均匀。考虑安装风机以强制炉气循环，提高加热速度并使炉温均匀。劳动条件劳动条件劳动条件劳动条件：要降低工人的劳动强度，改善劳动条件，提高机械化水平，并防止对环境污染。要降低工人的劳动强度，改善劳动条件，提高机械化水平，并防止对环境污染。要降低工人的劳动强度，改善劳动条件，提高机械化水平，并防止对环境污染。要降低工人的劳动强度，改善劳动条件，提高机械化水平，并防止对环境污染。其它其它其它其它：对车间的厂房结构、炉子的建造与维修条件及起重设备等，也应作全面的考虑。对车间的厂房结构、炉子的建造与维修条件及起重设备等，

7、也应作全面的考虑。对车间的厂房结构、炉子的建造与维修条件及起重设备等，也应作全面的考虑。对车间的厂房结构、炉子的建造与维修条件及起重设备等，也应作全面的考虑。材料工程学院 金属材料系一、一、电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计炉型选择炉型选择炉型选择炉型选择（从以下几个方面考虑）（从以下几个方面考虑）（1）炉子的产量：）炉子的产量：生产量大，品种单一（连续作业炉）生产量大，品种单一（连续作业炉）产量不大，品种多样，工艺多变（周期作业炉）产量不大，品种多样，工艺多变（周期作业炉）（2）工件特点和工艺要求：）工件特点和工艺要求：细长轴类件细长轴类件 选择井式炉选择井式炉 中小型轴承钢球中小型轴承钢球

8、滚筒式炉（加热均匀、生产率高）滚筒式炉（加热均匀、生产率高）大中型铸锻件退火、正火和回火等大中型铸锻件退火、正火和回火等 台车式炉台车式炉（3）劳动条件）劳动条件（4）其它）其它 材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计一、炉膛尺寸确定一、炉膛尺寸确定一、炉膛尺寸确定一、炉膛尺寸确定 主要决定于热处理件的形状、尺寸、技术要求、装料方式、操主要决定于热处理件的形状、尺寸、技术要求、装料方式、操作方法和生产率，同时还应造成炉膛内良好的热交换条件，保证炉作方法和生产率，同时还应造成炉膛内良好的热交换条件，保证炉内温度均匀性、减少热损失和便于炉子维修等内温度均匀性、减少热损失和便于炉子

9、维修等。(一一)炉子装裁能力、加热能力和生产率炉子装裁能力、加热能力和生产率 炉膛尺寸通常按实际排料或统计的炉子装载能力或加热能力或炉膛尺寸通常按实际排料或统计的炉子装载能力或加热能力或生产率指标加以确定。生产率指标加以确定。炉子装载能力炉子装载能力(kg/m2)：指炉子单位面积炉底上所承受的炉料量。指炉子单位面积炉底上所承受的炉料量。此指标主要决定于炉底允许的承载能力、炉膛空间尺寸和炉子功率此指标主要决定于炉底允许的承载能力、炉膛空间尺寸和炉子功率 炉子加热能力炉子加热能力(kg/(m(kg/(m2 2 h)h)：指炉子在单位时间内单位炉底面积所能加指炉子在单位时间内单位炉底面积所能加热的金

10、属重量。热的金属重量。炉子生产率炉子生产率(kg/h)：指炉子在特定工艺和特定工件的情况下的生产量指炉子在特定工艺和特定工件的情况下的生产量 材料工程学院 金属材料系材料工程学院 金属材料系材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计(二二二二)炉底面积炉底面积炉底面积炉底面积 工件与电热元件或工件与炉膛前、后壁之间应保持一定距离，一般工件与电热元件或工件与炉膛前、后壁之间应保持一定距离，一般为为0.10.15m。常把用于布料的面积称为有效面积，它一般为炉底总面积常把用于布料的面积称为有效面积，它一般为炉底总面积A的的7085%大型炉取上限。炉底宽度大型炉取上限。炉底宽度B与长度与

11、长度L之比一般应保持在之比一般应保持在2/3l/2范围内。范围内。1实际排料法实际排料法Ll+(0.20.3)；Bb+(0.20.3)式中，式中，l、b为炉底布料区的长度和宽度为炉底布料区的长度和宽度(m)。2加热能力指标加热能力指标法法 式中，式中，p为炉子生产率为炉子生产率(kg/h)电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计(三三)炉膛高度炉膛高度 炉膛高度指炉底面至炉顶拱角的垂直距离。以辐射传热为炉膛高度指炉底面至炉顶拱角的垂直距离。以辐射传热为主的炉子，炉膛高度常比对流炉高，其目的在于增大辐射面积，主的炉子，炉膛高度常比对流炉高，其目的在于增大辐射面积，以强化换热过程和保证炉温均匀性。这类炉子

12、炉膛容积一般为以强化换热过程和保证炉温均匀性。这类炉子炉膛容积一般为加热件体积的加热件体积的2-4倍。倍。实际上，炉膛高度常决定于装料高度和电热元件的安装位实际上，炉膛高度常决定于装料高度和电热元件的安装位置，装料上方一般应保持置，装料上方一般应保持200300mm的空间。的空间。依统计资料，炉膛高度与宽度之比多数在依统计资料，炉膛高度与宽度之比多数在0.5-0.9范围内变范围内变动，近年来有降低炉膛高度的趋势，对上述比值常取中下限。动，近年来有降低炉膛高度的趋势，对上述比值常取中下限。井式炉的炉膛尺寸通常按工件和夹具的实际布置情况确定。井式炉的炉膛尺寸通常按工件和夹具的实际布置情况确定。工件

13、之间的距离一般不少于其直径或厚度，工件至电热元件的工件之间的距离一般不少于其直径或厚度，工件至电热元件的距离应保持距离应保持0.1-0.2m，距炉底和炉顶各距炉底和炉顶各0.15-0.25m。材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计二、炉体结构设计二、炉体结构设计 炉体结构包括炉壁，炉底，炉顶和炉门。(一一)炉底炉底 炉底起保持炉内热量和承载工件的作用，通常箱式电阻炉底起保持炉内热量和承载工件的作用，通常箱式电阻炉炉底结构是在炉底外壳钢板上用保温砖砌成方格子状，然炉炉底结构是在炉底外壳钢板上用保温砖砌成方格子状，然后在格子中填充松散的保温材料，在上面平铺后在格子中填充松散的保温

14、材料，在上面平铺12层保温层保温砖，之后再铺一层轻质粘土砖，其上安置支撑炉底板或导轨砖，之后再铺一层轻质粘土砖，其上安置支撑炉底板或导轨的重质粘土砖和电热元件搁砖。的重质粘土砖和电热元件搁砖。材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计(二二)炉壁炉壁 炉壁主要为砌体，外部包以炉壳钢板。中、低温炉炉壁炉壁主要为砌体，外部包以炉壳钢板。中、低温炉炉壁炉壁主要为砌体，外部包以炉壳钢板。中、低温炉炉壁炉壁主要为砌体，外部包以炉壳钢板。中、低温炉炉壁砌体一般分两层，内层耐火层常由轻质粘土砖砌成，外层为砌体一般分两层，内层耐火层常由轻质粘土砖砌成，外层为砌体一般分两层，内层耐火层常由轻质粘土

15、砖砌成，外层为砌体一般分两层，内层耐火层常由轻质粘土砖砌成，外层为保温层，用保温材料构成。高温炉炉壁常采用三层，内层用保温层，用保温材料构成。高温炉炉壁常采用三层，内层用保温层，用保温材料构成。高温炉炉壁常采用三层，内层用保温层，用保温材料构成。高温炉炉壁常采用三层，内层用重质砖或高铝砖砌成，中层为过渡层，一般也用轻质砖砌筑。重质砖或高铝砖砌成，中层为过渡层，一般也用轻质砖砌筑。重质砖或高铝砖砌成，中层为过渡层，一般也用轻质砖砌筑。重质砖或高铝砖砌成，中层为过渡层，一般也用轻质砖砌筑。有的低温炉采用双层钢板内填保温材料的结构。有的低温炉采用双层钢板内填保温材料的结构。有的低温炉采用双层钢板内填

16、保温材料的结构。有的低温炉采用双层钢板内填保温材料的结构。炉壁尺寸应为标准砖尺寸（炉壁尺寸应为标准砖尺寸（炉壁尺寸应为标准砖尺寸（炉壁尺寸应为标准砖尺寸（23011365mm23011365mm）加砖缝厚度加砖缝厚度加砖缝厚度加砖缝厚度(一般一般一般一般2mm)2mm)的倍数的倍数的倍数的倍数 中温炉是中温炉是中温炉是中温炉是113mm113mm轻质粘土砖和轻质粘土砖和轻质粘土砖和轻质粘土砖和230mm230mm保温砖，高温炉是保温砖，高温炉是保温砖，高温炉是保温砖，高温炉是113mm113mm轻质高铝砖、轻质高铝砖、轻质高铝砖、轻质高铝砖、113mm113mm轻质粘土砖和轻质粘土砖和轻质粘土

17、砖和轻质粘土砖和230mm230mm保温砖保温砖保温砖保温砖 材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计(三三)炉顶炉顶 炉顶结构形式主要有拱顶和平顶两种。热处理炉炉顶结构形式主要有拱顶和平顶两种。热处理炉大都采用拱顶。大都采用拱顶。(四四)炉门炉门 炉门部分包括炉门洞口、炉门框和炉门。炉门部分包括炉门洞口、炉门框和炉门。炉门应保证炉子操作方便，炉口密封好炉门应保证炉子操作方便，炉口密封好(特别是可特别是可控气氛炉控气氛炉)和减少热损失。和减少热损失。材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计三、炉衬厚度计算三、炉衬厚度计算三、炉衬厚度计算三、炉衬厚度计算 炉衬炉衬

18、炉体砌层炉体砌层)厚度常以炉外壁面温度作为标准进行计算。厚度常以炉外壁面温度作为标准进行计算。设炉内壁温度为设炉内壁温度为t1，外壁温度为外壁温度为t270 C，室温室温t020 C，则通过则通过1m2炉壁的热炉壁的热流密度可由式流密度可由式(2-1)和附表可求得和附表可求得。采用单层炉衬结构时，其厚度为：采用单层炉衬结构时，其厚度为：采用双层炉衬结构时，热流密度为：采用双层炉衬结构时，热流密度为：其中：其中：材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计所以所以所以所以 因此，因此，因此，因此，式中，式中，式中，式中，当当当当t t1 1950950 C C，t t2 27070

19、 C C，t ta a2020 C C时，按上述公式的关系可作出不时，按上述公式的关系可作出不时，按上述公式的关系可作出不时，按上述公式的关系可作出不同耐火层和保温层厚度与接触面温度的关系图同耐火层和保温层厚度与接触面温度的关系图同耐火层和保温层厚度与接触面温度的关系图同耐火层和保温层厚度与接触面温度的关系图 ，如图，如图，如图，如图。材料工程学院 金属材料系图图 耐火层与保温层厚度的匹配关系及接触面的温度耐火层与保温层厚度的匹配关系及接触面的温度(q645W/m2)磷酸珍珠岩制品磷酸珍珠岩制品10090080070060050040030020010007030020010010020030

20、0400炉外壁温度炉外壁温度70 C炉内壁温度炉内壁温度950 C接接触触面面温温度度(C)保温层厚度保温层厚度/mm粉煤灰空心微珠砖粉煤灰空心微珠砖耐火层厚度耐火层厚度/mm三级矿渣棉三级矿渣棉珍珠岩珍珠岩耐火纤维耐火纤维硅藻土硅藻土蛭石蛭石QR0.6QR0.8QR1.0QR1.3材料工程学院 金属材料系材料工程学院 金属材料系电阻炉炉衬砌筑原则电阻炉炉衬砌筑原则 砌砖体的尺寸为砖尺寸的整数倍（包括砖逢）。砌砖体的尺寸为砖尺寸的整数倍（包括砖逢）。砌砖体的尺寸为砖尺寸的整数倍（包括砖逢）。砌砖体的尺寸为砖尺寸的整数倍（包括砖逢）。与与与与电热元件接触的高铝砖电热元件接触的高铝砖电热元件接触的

21、高铝砖电热元件接触的高铝砖AlAl2 2OO3 3含量不低于含量不低于含量不低于含量不低于6060，FeFe2 2OO3 3含量小于含量小于含量小于含量小于1.51.5。可控气氛内壁耐火砖必须为一级品。可控气氛内壁耐火砖必须为一级品。可控气氛内壁耐火砖必须为一级品。可控气氛内壁耐火砖必须为一级品。灰缝：炉墙和炉底不大于灰缝：炉墙和炉底不大于灰缝：炉墙和炉底不大于灰缝：炉墙和炉底不大于2mm2mm，炉顶不大于炉顶不大于炉顶不大于炉顶不大于1.5mm1.5mm，可控气氛炉不大于可控气氛炉不大于可控气氛炉不大于可控气氛炉不大于1mm1mm。粘土砖和轻质粘土砖应用粘土火泥浆，高铝砖用高铝火泥浆砌筑。粘

22、土砖和轻质粘土砖应用粘土火泥浆，高铝砖用高铝火泥浆砌筑。粘土砖和轻质粘土砖应用粘土火泥浆，高铝砖用高铝火泥浆砌筑。粘土砖和轻质粘土砖应用粘土火泥浆，高铝砖用高铝火泥浆砌筑。炉衬砖逢必须相互交错。炉衬砖逢必须相互交错。炉衬砖逢必须相互交错。炉衬砖逢必须相互交错。砌砖体必须要留有膨胀缝。砌砖体必须要留有膨胀缝。砌砖体必须要留有膨胀缝。砌砖体必须要留有膨胀缝。隔热层用硅藻土砖时必须干砌，缝隙用隔热填料填满。隔热层用硅藻土砖时必须干砌，缝隙用隔热填料填满。隔热层用硅藻土砖时必须干砌，缝隙用隔热填料填满。隔热层用硅藻土砖时必须干砌，缝隙用隔热填料填满。金属预埋件必须与砌砖体同时安装。金属预埋件必须与砌砖

23、体同时安装。金属预埋件必须与砌砖体同时安装。金属预埋件必须与砌砖体同时安装。除特殊情况外重质砖不得与炉壳直接接触，以减少热损失除特殊情况外重质砖不得与炉壳直接接触，以减少热损失除特殊情况外重质砖不得与炉壳直接接触，以减少热损失除特殊情况外重质砖不得与炉壳直接接触，以减少热损失。电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计四、空气循环炉的气体流量和压力四、空气循环炉的气体流量和压力四、空气循环炉的气体流量和压力四、空气循环炉的气体流量和压力 以对流换热为主的低温炉，炉气流速和流量显著以对流换热为主的低温炉，炉气流速和流量显著影响炉内对流换热系数和温度均匀性，而气流压力则影响炉内对流换热系数和温度均匀性，而气

24、流压力则是驱动气流循环的动力。是驱动气流循环的动力。炉气流速和流量的计算步骤是：(1)根据工件装炉量、加热温度和时间等要求，确定所根据工件装炉量、加热温度和时间等要求，确定所需的对流换热系数需的对流换热系数 c；(2)再由对流换热系数公式求出所需的气流速度；再由对流换热系数公式求出所需的气流速度；(3)根据气流速度和炉膛截面积求出气体流量；根据气流速度和炉膛截面积求出气体流量；(4)根据炉温均匀性的要求核算所计算的气体流量是否根据炉温均匀性的要求核算所计算的气体流量是否满足要求。满足要求。材料工程学院 金属材料系电阻炉的结构设计电阻炉的结构设计对流换热系数对流换热系数对流换热系数对流换热系数

25、c c ：气流速度：气流速度：气流速度：气流速度：炉膛内的气体流量炉膛内的气体流量炉膛内的气体流量炉膛内的气体流量 q qvgvg 等于气流速度等于气流速度等于气流速度等于气流速度 v v 乘炉膛有效截面积乘炉膛有效截面积乘炉膛有效截面积乘炉膛有效截面积 f f，即，即，即，即工件与炉气的温差决定于炉气沿炉膛长度所失去的热量工件与炉气的温差决定于炉气沿炉膛长度所失去的热量工件与炉气的温差决定于炉气沿炉膛长度所失去的热量工件与炉气的温差决定于炉气沿炉膛长度所失去的热量Q QL L和气体流量和气体流量和气体流量和气体流量q qvgvg。气流循环次数的概念气流循环次数的概念气流循环次数的概念气流循环

26、次数的概念 ：指每秒钟的炉气流量与炉膛容积的比。指每秒钟的炉气流量与炉膛容积的比。指每秒钟的炉气流量与炉膛容积的比。指每秒钟的炉气流量与炉膛容积的比。材料工程学院 金属材料系材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率计算电阻炉的功率计算 一、热平衡计算法一、热平衡计算法一、热平衡计算法一、热平衡计算法(一一一一)热处理电阻炉的主要能量支出项热处理电阻炉的主要能量支出项热处理电阻炉的主要能量支出项热处理电阻炉的主要能量支出项 工件吸收的热量工件吸收的热量Q件件 炉壁散失的热量炉壁散失的热量Q散散 砌体蓄热量砌体蓄热量Q蓄蓄 炉内气体外溢的热损失炉内气体外溢的热损失Q溢溢对外辐射的热损失对外辐射的热损失

27、Q辐辐 可控气体的热损失可控气体的热损失Q控控 金属构件直接伸出炉外金属构件直接伸出炉外的短路损失的短路损失Q短短辅助构件热损失辅助构件热损失Q辅辅 电能消耗电能消耗Q供供 其它热损失其它热损失Q它它 电阻炉的功率计算电阻炉的功率计算电阻炉主要支出项目的计算方法如下：电阻炉主要支出项目的计算方法如下：1加热工件所需热量加热工件所需热量Q件件式式中中，P件件为为炉炉子子的的生生产产率率(kg/h)；t1、t2为为工工件件加加热热的的初初始始和和终终了了温温度度(C)，c1、c2为工件在为工件在t1和和t2时的比热容时的比热容(kJ/kg C)。若以加热阶段作为热平衡计算时间单位时，若以加热阶段作

28、为热平衡计算时间单位时，Q件应为，件应为，式中，式中，G装装为一次装炉料重量为一次装炉料重量(kg)；加加为加热阶段时间为加热阶段时间(h)。材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率计算电阻炉的功率计算2.加热辅助构件所需热量加热辅助构件所需热量Q辅辅 3加热控制气体所需热量加热控制气体所需热量Q控控 4通过炉衬的散热损失通过炉衬的散热损失Q散散 5通过开启炉门或炉壁缝隙的辐射热损失通过开启炉门或炉壁缝隙的辐射热损失Q辐辐材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率计算电阻炉的功率计算6通过开启炉门或炉壁缝隙的溢气或吸气热损失通过开启炉门或炉壁缝隙的溢气或吸气热损失Q溢溢或或Q吸吸 7砌体蓄热量砌体蓄热量

29、Q蓄蓄 8.其它热损失其它热损失Q它它 此项热损失可取上述各项热损失总和的某一近似百分数，通常对密封此项热损失可取上述各项热损失总和的某一近似百分数，通常对密封箱式炉为箱式炉为1520%，对机械化炉为，对机械化炉为25%，对敞开式盐浴炉为，对敞开式盐浴炉为3050%材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率计算电阻炉的功率计算(二二二二)炉子所需功率炉子所需功率炉子所需功率炉子所需功率 1.连续作业的炉子功率连续作业的炉子功率 其安装功率其安装功率(kW)应为：应为：炉子的热效率炉子的热效率 可由下式求得可由下式求得：2周期作业的炉子功率周期作业的炉子功率 其热损失主要项目是加热工件和辅助构件所需的

30、热量和炉砌体的蓄其热损失主要项目是加热工件和辅助构件所需的热量和炉砌体的蓄热量。炉子实际的蓄热损失量与炉子冷却阶段、装卸料阶段和停炉期间热量。炉子实际的蓄热损失量与炉子冷却阶段、装卸料阶段和停炉期间造成炉体降温的程度有关。在加热阶段的其它热损失应视具体炉型和工造成炉体降温的程度有关。在加热阶段的其它热损失应视具体炉型和工艺规程而定。艺规程而定。材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率分配和电热元件接线电阻炉的功率分配和电热元件接线一、电阻炉的功率分配一、电阻炉的功率分配q对小型箱式炉：均匀分布在炉侧壁和炉底。对小型箱式炉：均匀分布在炉侧壁和炉底。q对较大箱式炉：炉门口端约对较大箱式炉：炉门口端约1

31、/41/3的部位适当加大功率的部位适当加大功率q对一般热处理炉，单位炉壁功率负荷一般控制在对一般热处理炉，单位炉壁功率负荷一般控制在1530kW/m2，但但是不能超过是不能超过35kW/m2。q井式炉由于炉口散热量较大以及热气上浮，往往炉口和炉底的温度井式炉由于炉口散热量较大以及热气上浮，往往炉口和炉底的温度容易偏低，所以深度较大的井式炉炉膛上下各部分常常分区配给不容易偏低，所以深度较大的井式炉炉膛上下各部分常常分区配给不同的功率来控温。同的功率来控温。材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率分配和电热元件接线电阻炉的功率分配和电热元件接线二、电阻炉的电压选择二、电阻炉的电压选择q一般电阻炉采用车

32、间电网供电（一般电阻炉采用车间电网供电（380V），），只有部分小只有部分小型炉采用型炉采用220V。（。（当电热元件表面功率负荷相同时，当电热元件表面功率负荷相同时，采用较高的电压可以降低电热元件的总重量）采用较高的电压可以降低电热元件的总重量）q电阻炉在以下情况下需要降压供电电阻炉在以下情况下需要降压供电q采用硅碳棒等非金属电热元件采用硅碳棒等非金属电热元件q吸热型可控气氛炉吸热型可控气氛炉q采用电阻温度系数较大的电热元件时采用电阻温度系数较大的电热元件时q为保证人身安全为保证人身安全q真空热处理炉常采用电阻较小的碳质电热元件，为防止真空真空热处理炉常采用电阻较小的碳质电热元件，为防止真空

33、放电采用低压（放电采用低压（100V）供电供电材料工程学院 金属材料系电阻炉的功率分配和电热元件接线电阻炉的功率分配和电热元件接线二、电阻炉接线形式的选择二、电阻炉接线形式的选择 q尽量保持三相平衡。除功率较小炉子尽量保持三相平衡。除功率较小炉子(25kW)可采用单相供电外可采用单相供电外q每组元件的功率要适中。习惯上用丫形或三角形每组元件的功率要适中。习惯上用丫形或三角形 形接线。形接线。q保护电热元件。保护电热元件。q使用中改变接法。使用中改变接法。材料工程学院 金属材料系电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择一、电热元件材料的基本性能要求一、电热元件材料的基本性能要求q 较高的熔点和高

34、温强度较高的熔点和高温强度 q 良好的高温抗氧化性，能长时稳定工作良好的高温抗氧化性，能长时稳定工作 q 较大的电阻率和较小的电阻温度系数较大的电阻率和较小的电阻温度系数 q 较小的膨胀系数较小的膨胀系数 q 较好的塑性较好的塑性 q 良好的抗蚀性良好的抗蚀性 二、金属电热元件材料二、金属电热元件材料q 镍镍铬系材料铬系材料 Cr20Ni80、Cr15Ni60、Cr20Ni80Ti3和和Cr23Nil8等等牌号牌号q 铁铬铝系材料铁铬铝系材料 1Cr13Al14、0Cr13Al6Mo2、0Cr25Al5、0Cr27Al7Mo2 0Cr25Al6Re和和Cr23Al6CoZr等牌号等牌号 q 高

35、熔点金属和铂高熔点金属和铂 Mo、W和和Ta (熔点分别为熔点分别为2625 C、3370 C和和3000 C)材料工程学院 金属材料系电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择非金属电热材料非金属电热材料 q 碳化硅电热元件碳化硅电热元件 q该该元元件件主主要要成成分分为为SiC，含含量量在在97-98%以以上上，通通常常制制成成棒棒状状，称称为为硅硅碳碳棒棒；在在氧氧化化性性介介质质中中，可可在在1350 C下下长长期期工工作作。该该材材料料具具有有高高的的电电阻阻率率，在在800 C以以下下为为负负值值、800 C以以上上为为正正值值；在在加加热热、冷冷却却过过程程中，氧化硅反复破裂和形成

36、使氧化加深，电阻值增高。中，氧化硅反复破裂和形成，使氧化加深，电阻值增高。q 二硅化钼电热元件二硅化钼电热元件 q是一种耐高温而又不明显老化的电热元件，最高使用温度可达是一种耐高温而又不明显老化的电热元件，最高使用温度可达17001800 C，高温下允许采用较高的表面负荷率；其电阻值随温度升高而高温下允许采用较高的表面负荷率；其电阻值随温度升高而呈直线增长，因此在低温时可以较大的功率加热而缩短炉子升温时间；呈直线增长，因此在低温时可以较大的功率加热而缩短炉子升温时间；温度高于温度高于1350 C时会软化而失去刚性，故不宜水平安装时会软化而失去刚性，故不宜水平安装。q 碳系电热元件碳系电热元件

37、q石墨，碳粒和各种碳质制品都属于碳系电热元件。应用最多的是石墨石墨，碳粒和各种碳质制品都属于碳系电热元件。应用最多的是石墨电热元件，石墨熔点很高电热元件，石墨熔点很高(超过超过3600 C可升华可升华)，常应于，常应于14002500 C之间的炉子，最高达之间的炉子，最高达3600 C，一般制成管状和带状使一般制成管状和带状使用。用。材料工程学院 金属材料系电热元件的计算（金属电热元件）电热元件的计算（金属电热元件）q 电热元件的尺寸电热元件的尺寸 q 元件的电阻和长度元件的电阻和长度q 设炉子共有设炉子共有n个元件，炉子的安装功率为个元件，炉子的安装功率为P安安 则每个元件的功率则每个元件的

38、功率 p pP安安/nq电热元件的允许表面负荷率和长度电热元件的允许表面负荷率和长度 PW允A10-8 A10SL L105P2t/W允U2q线状和带状电热元件尺寸线状和带状电热元件尺寸 S 为电热元件周长；为电热元件周长；为电热元件周长；为电热元件周长；f f 为截面积为截面积为截面积为截面积材料工程学院 金属材料系材料工程学院 金属材料系电热元件的计算（金属电热元件）电热元件的计算（金属电热元件）所以每个元件的长度可由下式求得所以每个元件的长度可由下式求得所以每个元件的长度可由下式求得所以每个元件的长度可由下式求得每根电热元件重量为每根电热元件重量为或或所以：所以：所以：所以：L L总总总

39、总n nL L MM总总总总n nMM电热元件的计算（金属电热元件）电热元件的计算（金属电热元件）带状电热元件带状电热元件令令电电阻阻带带的的宽宽度度为为b(mm)，厚厚度度为为a(mm)，且且b/a=m(一一般般电电阻阻带带m=812)，则：则：f=a b=m a2 f0.94a b0.94m aS2(ab)2(m1)aS1 2(ab)2(m1)aSf2m(m1)a3S1f11.88m(m1)a3 所以无轧制圆角时所以无轧制圆角时有轧制圆角时有轧制圆角时材料工程学院 金属材料系电热元件的计算（金属电热元件）电热元件的计算（金属电热元件）元件宽度为元件宽度为 bma每个元件的长度为每个元件的长

40、度为 每个元件的重量为每个元件的重量为 所需电热元件的总长和总重为所需电热元件的总长和总重为 L总总=nL M总总=nM 材料工程学院 金属材料系电热元件的结构尺寸电热元件的结构尺寸 线状电热元件通常绕制成螺旋形，螺旋柱长度线状电热元件通常绕制成螺旋形，螺旋柱长度线状电热元件通常绕制成螺旋形，螺旋柱长度线状电热元件通常绕制成螺旋形，螺旋柱长度L L柱可由柱可由柱可由柱可由下式确定：下式确定：下式确定：下式确定：h h（2-42-4）d d 材料工程学院 金属材料系电热元件的结构尺寸电热元件的结构尺寸 电热元件螺旋直径的选择除考虑绕制的要求和安装位置的尺寸外，电热元件螺旋直径的选择除考虑绕制的要

41、求和安装位置的尺寸外，电热元件螺旋直径的选择除考虑绕制的要求和安装位置的尺寸外，电热元件螺旋直径的选择除考虑绕制的要求和安装位置的尺寸外，还应考虑螺旋的刚度，可保证在工作温度下不倒伏。当还应考虑螺旋的刚度，可保证在工作温度下不倒伏。当还应考虑螺旋的刚度，可保证在工作温度下不倒伏。当还应考虑螺旋的刚度，可保证在工作温度下不倒伏。当d d大于大于大于大于3mm3mm时，时，时，时，D D与与与与d d有如下关系。对有如下关系。对有如下关系。对有如下关系。对FeCrAlFeCrAl系合金，系合金，系合金，系合金，t tg g 100010001000 C C时，时，时，时，D D=(46)=(46)

42、d d，对，对，对，对Cr-NiCr-Ni系合金，系合金，系合金，系合金，t tg g 750950950 C C时，时，时，时，D D=(56)=(56)d d。电热元件的螺旋柱尺寸，亦可根据其在炉膛内布置部位的尺寸确定，电热元件的螺旋柱尺寸，亦可根据其在炉膛内布置部位的尺寸确定，电热元件的螺旋柱尺寸，亦可根据其在炉膛内布置部位的尺寸确定，电热元件的螺旋柱尺寸，亦可根据其在炉膛内布置部位的尺寸确定，先选定先选定先选定先选定L L柱，再选定柱，再选定柱，再选定柱，再选定D D值，然后计算值，然后计算值，然后计算值，然后计算h h，看其是否在上述范围内。如，看其是否在上述范围内。如，看其是否在上

43、述范围内。如，看其是否在上述范围内。如不合适，再适当调整不合适，再适当调整不合适，再适当调整不合适，再适当调整D D值，但应注意，在确定值，但应注意，在确定值，但应注意，在确定值，但应注意，在确定L L柱时，应考虑到元件柱时，应考虑到元件柱时，应考虑到元件柱时，应考虑到元件的热膨胀量，对普通箱式电阻炉，每一行元件应留的热膨胀量，对普通箱式电阻炉，每一行元件应留的热膨胀量，对普通箱式电阻炉，每一行元件应留的热膨胀量，对普通箱式电阻炉，每一行元件应留3050mm3050mm膨胀空膨胀空膨胀空膨胀空隙。隙。隙。隙。线状元件亦可制成波纹形，其结构尺寸如图线状元件亦可制成波纹形，其结构尺寸如图线状元件亦

44、可制成波纹形，其结构尺寸如图线状元件亦可制成波纹形，其结构尺寸如图5-165-16所示。对所示。对所示。对所示。对FeCrAlFeCrAl元元元元件，波纹深度件，波纹深度件，波纹深度件，波纹深度H H=150250mm=150250mm，对，对，对，对CrNiCrNi元件，元件，元件，元件，H H=200300mm=200300mm；波；波；波；波纹间距纹间距纹间距纹间距H H 3 3d d；=1020=1020 ；L L (1/41/6)(1/41/6)HH 材料工程学院 金属材料系电热元件的结构尺寸电热元件的结构尺寸 带状元件皆制成波纹形，其外形及结构尺寸如图所示。通常带状元件皆制成波纹形

45、其外形及结构尺寸如图所示。通常带状元件皆制成波纹形，其外形及结构尺寸如图所示。通常带状元件皆制成波纹形，其外形及结构尺寸如图所示。通常波纹深度波纹深度波纹深度波纹深度h h 10 10b b;波纹间距波纹间距波纹间距波纹间距h h=(1030)=(1030)a a；弯曲半径；弯曲半径；弯曲半径；弯曲半径r r=(48)=(48)a a；波纹体长度；波纹体长度；波纹体长度；波纹体长度L L波为：波为：波为：波为：材料工程学院 金属材料系电热元件尺寸和重量与其影响电热元件尺寸和重量与其影响 以上三式表明，每个电热元件的直径以上三式表明，每个电热元件的直径以上三式表明，每个电热元件的直径以上三式表

46、明，每个电热元件的直径d d，长度工和重量，长度工和重量，长度工和重量，长度工和重量MM都是元件都是元件都是元件都是元件功率功率功率功率P P、端电压、端电压、端电压、端电压U U、表面负荷率、表面负荷率、表面负荷率、表面负荷率WW允和工作温度下材料的电阻率允和工作温度下材料的电阻率允和工作温度下材料的电阻率允和工作温度下材料的电阻率 t t等参数的函数。各参数单独变化对等参数的函数。各参数单独变化对等参数的函数。各参数单独变化对等参数的函数。各参数单独变化对d d、L L和和和和MM的影响趋势如表所示的影响趋势如表所示的影响趋势如表所示的影响趋势如表所示 材料工程学院 金属材料系电热元件尺寸

47、和重量与其影响电热元件尺寸和重量与其影响变化参数变化参数变化参数变化参数元件直径元件直径元件直径元件直径d d元件长度元件长度元件长度元件长度L L元件质量元件质量元件质量元件质量MM增大增大增大增大P P增大增大增大增大增长增长增长增长增加增加增加增加增大增大增大增大U U减小减小减小减小增长增长增长增长减小减小减小减小增大增大增大增大WW允允允允减小减小减小减小减短减短减短减短减小减小减小减小改用改用改用改用 t t较大的较大的较大的较大的材料材料材料材料增大增大增大增大减短减短减短减短增加增加增加增加材料工程学院 金属材料系碳化硅电热元件的计算碳化硅电热元件的计算 根据炉膛尺寸选择硅碳棒

48、的规格，并依下式计算每根棒的功根据炉膛尺寸选择硅碳棒的规格，并依下式计算每根棒的功根据炉膛尺寸选择硅碳棒的规格，并依下式计算每根棒的功根据炉膛尺寸选择硅碳棒的规格，并依下式计算每根棒的功率率率率 根据炉子的安装功率根据炉子的安装功率根据炉子的安装功率根据炉子的安装功率P P安和每根硅碳棒的功率安和每根硅碳棒的功率安和每根硅碳棒的功率安和每根硅碳棒的功率P P棒确定硅碳棒棒确定硅碳棒棒确定硅碳棒棒确定硅碳棒的数量（根）的数量（根）的数量（根）的数量（根）计算出来的计算出来的计算出来的计算出来的n n值一般不是整数，应增为整数，还应取为偶值一般不是整数，应增为整数，还应取为偶值一般不是整数，应增为

49、整数，还应取为偶值一般不是整数，应增为整数，还应取为偶数，以便在炉内对称布置。如为三相接法，应当是数，以便在炉内对称布置。如为三相接法，应当是数，以便在炉内对称布置。如为三相接法，应当是数，以便在炉内对称布置。如为三相接法，应当是3 3的倍的倍的倍的倍数。数。数。数。计算硅碳棒的端电压（计算硅碳棒的端电压（计算硅碳棒的端电压（计算硅碳棒的端电压（V V）确定电压调节范围确定电压调节范围确定电压调节范围确定电压调节范围 材料工程学院 金属材料系材料工程学院 金属材料系电热元件的安装电热元件的安装 电电电电热热热热元元元元件件件件安安安安装装装装于于于于炉炉炉炉壁壁壁壁上上上上的的的的方方方方式式

50、式式d)e)f)c)a)b)电热元件的安装电热元件的安装a)b)c)d)电热元件安装在炉顶的方式电热元件安装在炉顶的方式电热元件安装在炉顶的方式电热元件安装在炉顶的方式材料工程学院 金属材料系思考题思考题确定炉膛尺寸时应考虑哪些因素。确定炉膛尺寸时应考虑哪些因素。确定炉膛尺寸时应考虑哪些因素。确定炉膛尺寸时应考虑哪些因素。设计炉衬结构时应注意哪几方面问题。设计炉衬结构时应注意哪几方面问题。设计炉衬结构时应注意哪几方面问题。设计炉衬结构时应注意哪几方面问题。比较箱式电阻炉各项热支出项目所占比例，分析他比较箱式电阻炉各项热支出项目所占比例，分析他比较箱式电阻炉各项热支出项目所占比例，分析他比较箱式