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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电炉温度过程控制系统设计.精品文档.新疆工业高等专科学校毕业设计(论文)电炉温度过程控制系统设计包晓倩系 别： 电气与信息工程 专业班级： 生产过程自动化08-23（2）班 指导教师： 魏 成 伟 完成日期： 2011 -09-11 校新疆工业高等专科学毕业设计（论文）任务书一、 题目：电炉温度过程控制系统设计二、 指导思想和目的：通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。三、 设计任
2、务或主要技术指标：四、 设计进度与要求：1）：布置设计任务，深入了解设计内容，阅读参考资料，学习有关内容。2）：调研与电炉温度控制有关的实际情况，确定芯片的型号数目及分布。3）：进行单片机选型，提出电炉温度系统的控制策略。4）：修改完善设计方案并绘制必须的图纸草图，编写设计说明书。5）：修改、打印设计说明书。总结，准备毕业答辩，完成答辩。五、 主要参考书及参考资料： 1 刘夏华 主编单片机及其应用设计,清华大学出版社出版社，1998年第1版。2 赵文忠 主编微机控制技术，中国电力出版社,1987年第2版。3 陈福祥 主编预测控制及应用，华中理工大学出版社，1995年第 2 版。专业班级：生产过
3、程自动化08-23(2)学生：包晓倩 指导教师：魏成伟 年 月 日教研室主任（签名）： 系（部）主任（签名）： 年 月 日新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）评定意见书设计（论文）题目： 电炉温度过程控制系统设计 专 题： 单片机的应用 设 计 者：姓名 包晓倩 专业 生产过程自动化 班级 08-23（2） 设计时间： 2011年 06月15 日2011 年 9 月10日指导教师：姓名 魏成伟 职称 副教授 单位 新疆工业高等专科学校 评 阅 人：姓名 职称 单位 评定意见：评定成绩：指导教师（签名）： 年 月 日评阅人（签名）： 年 月 日答辩委员会主任（签名）： 年 月 日（上页背面）毕业
4、设计评定意见参考提纲1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。电气与信息工程系毕业答辩情况记录表答辩人姓名包晓倩班 级08-23（2）专 业生产过程自动化设计题目电炉温度过程控制系统设计指导老师魏成伟答辩日期2011年 09 月 13日答辩时间时 分 时 分自述回答问题小结 答辩组长： 年 月 日摘 要电炉设备通常是成套的,包括电炉炉体,电力设备（电炉变压器、整流器、变频器等），开闭器，
5、附属辅助电器（阻流器、补偿电容等），真空设备，检测控制仪表（电工仪表、热工仪表等），自动调节系统，炉用机械设备（进出料机械、炉体倾转装置等）。其优点：炉内气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产品质量好等。本次设计主要以电阻炉的温度过程控制系统设计为例。采用了K型热电偶信号处理集成芯片MAX6675，改变了传统测温电路电路复杂、程序复杂、精度低等问题；采用时钟芯片可以对时间准确计时；采用先进PID控制算法控制 、精度高、超调小；整个设计电路简单、设定功能多、操作简单。经反复实验证明：其工作稳定性强、精度高、
6、实用性强、控制效果好、应用前景广。关键词：电炉设备 PID控制 芯片目 录1电炉的简介11.1电炉的构造11.2电炉的结构11.3电炉的优点11.4电炉的分类11.4.1电阻炉11.4.2感应炉21.4.3电弧炉31.4.4真空电弧炉41.4.5等离子炉41.4.6电子束炉41.4.7电热炉52电阻炉的温度过程控制系统62.1设计目的62.2电阻炉简介62.3电阻炉分类82.4电阻炉的加热机理82.5电阻炉的功率82.6电阻炉修理维护92.6.1围绕炉体的修理92.6.2加热元件的日常修理112.6.3故障修理112.6.4焊接工作中的注意事项122.6.5其他122.7电阻炉的优点142.8
7、电阻炉的缺点143电阻炉温度控制系统的特性及设计方案153.1 电阻炉温度控制系统的特性153.2 电路设计方案163.2.1主要性能参数163.2.2 功能引脚说明174电阻炉加热原理及加热方式的分类194.1电阻炉电加热原理194.2电阻炉加热方式的分类195电阻炉控制系统的硬件部分和软件部分205.1温度检测电路205.2时钟电路225.2.1 DS12887主要功能简介225.2.2原理及引脚说明225.3 键盘显示和报警电路245.3.1 TC1602概述245.3.2 8255芯片概述255.4控温电路255.5软件设计256炉温自动控制原理287主要的技术特性308电阻加热炉基本
8、结构及型式319用途32总 结33致 谢34参考文献351电炉的简介1.1电炉的构造电炉设备通常是成套的,包括电炉炉体,电力设备（电炉变压器、整流器、变频器等），开闭器，附属辅助电器（阻流器、补偿电容等），真空设备，检测控制仪表（电工仪表、热工仪表等），自动调节系统，炉用机械设备（进出料机械、炉体倾转装置等）。大型电炉的电力设备和检测控制仪表等一般集中在电炉供电室。 图1.1电炉构造1.2电炉的结构整套电炉设备包含中频电源柜，补偿电容，炉体（两个）及水冷电缆、减速机。炉体由炉壳、感应圈、炉衬、倾炉减速箱等四个部分组成，炉壳用非磁性材料制成，感应线圈是由矩形空心管制成的螺旋状筒体，熔炼时管内通冷
9、却水。线圈引出铜排与水冷电缆连通，炉衬紧靠感应圈，由石英砂打实烧结而成，炉体的倾动由倾炉减速箱直接转动。倾炉减速箱系二级涡轮变速，自锁性能好，转动平稳可靠，出现紧急断电时看收工倾炉，避免危险。可以通过选炉开关对两台炉体的倾炉减速箱电动机的控制进行选择，带有四芯橡皮线的开关盒能使操作者站在合适位置对炉体的倾动，复位进行点动控制。1.3电炉的优点同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产品质量好等。冶金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。19世纪末出现了
10、工业规模的电炉，20世纪50年代以来，由于对高级冶金产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、 感应炉（神光电炉）、 电弧炉、等离子炉、电子束炉等。1.4电炉的分类1.4.1电阻炉 以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不同而已。电阻炉的主要参数由额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺
11、寸。生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温控制精度及炉温均匀性等。本设计将从第二部分开始重点介绍电阻炉。1.4.2感应炉利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉。感应炉的基本部件是用紫铜管绕制的感应圈。感应圈两端加交流电压，产生交变的电磁场，导电的物料放在感应圈中,因电磁感应在物料中产生涡流,受电阻作用而使电能转变成热能来加热物料；所以，也可认为感应电热是一种直接加热式电阻电热。 感应电热的特点是在被加热物料中转变的电热功率（电流分布）很不均匀，表面最大，中心最小，称为趋肤效应。为了提高感应加热的电热效率，供电频率要合宜，小型熔炼炉或对物料的表面加热采用高频电，大型熔炼炉或对物料深透加
12、热采用中频或工频电。感应圈是电感量相当大的负载，其功率因数一般很低。为了提高功率因数，感应圈一般并联电容器，称为补偿电容。感应圈和物料之间的间隙要小，感应圈宜用方形紫铜管制作，管内通水冷却，感应圈的匝间间隙要尽量小，绝缘要好。感应加热装置，主要用于钢、铜、铝和锌等的熔铸，加热快，烧损少，机械化和自动化程度高，适合配置在自动作业线上。 a b A坩埚式无芯感应炉炉体 1感应圈 2熔池 3坩埚B熔沟式有芯感应炉炉体 1炉壳 2池热量 3熔池 4溶沟 6铁芯 图1.2 感应炉炉体结构示意图5感应圈工业上应用的感应熔化炉有坩埚炉(无芯感应炉)和熔沟炉(有芯感应炉),见图1.2感应炉炉体结构示意。坩埚用
13、耐火材料或钢制成，容量从几公斤到几十吨。其熔炼特点是坩埚中熔体受电动力作用，迫使熔池液面凸起，熔体自液面中心流向四周而引起循环流动。这种现象称为电动效应，可使熔体成分均匀，缺点是炉渣偏向周边，覆盖性差。与熔沟炉比较，坩埚炉操作灵活，熔炼温度高，但功率因数低，电耗较高。熔沟炉的感应器由铁芯、感应圈和熔沟炉衬组成，熔沟为一条或两条带状环形沟，其中充满与熔池相联通的熔体。在原理上，可以把熔沟炉看作是次级只有一匝线圈而且短路的铁芯变压器。感应电流在熔沟熔体中流动，而实现电热转变。 生产中，每炉金属熔炼完毕后,不能把熔池放空,不然容易干枯，一定要保留一部分熔体作为下一炉的起熔体。熔沟温度比熔池高，又承受
14、熔体流动的冲刷，所以熔沟炉衬容易损坏，为便于维修，现代炉子的感应器制成便于更换的装配件。熔沟炉的容量从几百公斤到百余吨。熔沟炉供工频电，由于有用硅钢片制作的铁芯作磁通路，电效率和功率因数都很高。熔沟炉主要用于铸铁、铜、锌、黄铜等的熔化，还可作为混熔沪，用来贮存和加热熔体。1.4.3电弧炉利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉（图1.3电弧炉类型）。按加热方式分为三种类型:间接加热电弧炉。电弧在两电极之间产生，不接触物料，靠热辐射加热物料。这种炉子噪声大,效率低,渐被淘汰。直接加热电弧炉。电弧在电极与物料之间产生，直接加热物料；炼钢三相电弧炉是最常用的直接加热电弧炉（见电弧炉炼钢）。埋弧电炉，亦
15、称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料；常用于冶炼铁合金（见铁合金电炉），熔炼冰镍、冰铜（见镍、铜），以及生产电石（碳化钙）等。 间接加人电弧炉 直接加热电弧炉 埋弧电炉图1.3电弧炉类型1.4.4真空电弧炉是在抽真空的炉体中用电弧直接加热熔炼金属的电炉。炉内气体稀薄，主要靠被熔金属的蒸气发生电弧，为使电弧稳定，一般供直流电。按照熔炼特点，分为金属重熔炉和浇铸炉。按照熔炼过程中电极是否消耗（熔化），分为自耗炉和非自耗炉，工业上应用的大多数是自耗炉。真空电弧炉用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌（见真空冶金）。 电弧电热可以认为是弧阻电
16、热。电弧（弧阻）稳定是炉子正常生产的必要条件。交流电弧炉通常采用工频电,为使电弧稳定,炉子供电电路中要有适当的感抗，但是存在感抗会降低功率因数和电效率。降低电流频率是发展交流电弧炉的途径。弧阻阻值相当小，为获得必要的热量，炉子需要相当大的工作电流，因此炉子短网的电阻要尽量小,以免电路损耗过大。对于三相电弧炉,要使三相的阻抗接近一致，以免三相负荷不平衡。1.4.5等离子炉利用工作气体被电离时产生的等离子体来进行加热或熔炼的电炉。产生等离子体的装置，通常叫作等离子枪，有电弧等离子枪和高频感应等离子枪两类。把工作气体通入等离子枪中，枪中有产生电弧或高频(520兆赫)电场的装置,工作气体受作用后电离，
17、生成由电子、正离子以及气体原子和分子混合组成的等离子体。等离子体从等离子枪喷口喷出后，形成高速高温的等离子弧焰，温度比一般电弧高得多。最常用的工作气体是氩，它是单原子气体，容易电离，而且是惰性气体，可以保护物料。工作温度可高达20000;用于熔炼特殊钢、钛和钛合金、超导材料等。炉型有配置水冷铜结晶器炉、 中空阴极式炉、 配置感应加热的等离子炉、有耐火材料炉衬的等离子炉等（见等离子冶金）。1.4.6电子束炉图1.4 电子束炉示意图1炉壳 2灯丝 3阴极 4加速阳极5电子束 6物料 7阳极（水冷铜坩埚）用高速电子轰击物料使之加热熔化的电炉（图1-4电子束炉示意）。在真空炉壳内,用通低压电的灯丝加热
18、阴极，使之发射电子，电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动，轰击位于阳极的金属物料，使电能转变成热能。因为电子束可经电磁聚焦装置高度密集，所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。 工业上用的电炉分类为两类：周期式作业炉和连续式作业炉。 周期式作业炉分为：箱式炉、密封箱式炉，井式炉，钟罩炉，台车炉，倾倒式滚筒炉。 连续式作业炉分为：窑车式炉，推杆式炉，辊底炉，振底炉，转底炉，步进式炉，牵引式炉，连续式滚筒炉，传送带式炉等。其中传送带式炉可分为：有网带式炉、冲压链板式炉、铸链板式炉等。1.4.7电热炉电热炉可使用金属发热体或非金属发热体来产生热源，其构造
19、简单，用途十分广泛是它的主要特色，可广泛应用於退火、正常化、淬火、回火、渗碳及渗碳氮化等。主要的金属发热体包括Ni-Cr电热线（最常见，最高用至1200）、Mo-Si合金及W、Mo等纯金属；非金属发热体包括SiC（最常见，最高可加热至1600）、LaCrO3及石墨棒（真空或保护气氛下可加热至2000）。2电阻炉的温度过程控制系统2.1设计目的本次设计主要以电阻炉的温度过程控制系统设计为例。电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行
20、炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。本文介绍的温度控制系统的主要技术指标有：温控范围：01000；恒温时间：24小时；控制精度：；超调量1%。2.2电阻炉简介以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热功率集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。这种电阻炉可以把物料加热到很高的温度，例如碳素材料石墨化电炉，能把物料加热到超过2500。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或通保护气体电阻加热炉，在
21、粉末冶金中，常用于烧结钨、钽、铌等制品。采用这种炉子加热时应注意：为使物料加热均匀，要求物料各部位的导电截面和电导率一致；由于物料自身电阻相当小，为达到所需的电热功率，工作电流相当大，因此送电电极和物料接触要好，以免起电弧烧损物料，而且送电母线的电阻要小，以减少电路损失；在供交流电时，要合理配置短网，以免感抗过大而使功率因数过低。电阻炉热效益不高时他的一个缺点。 大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体，由它把热能传给炉中物料（图2.1 间接加热电阻炉）。 图2.1 间接加热电阻炉1电热体 2物料 3炉衬这种电炉炉壳用钢板制成，炉膛砌衬耐火材料，内放物料
22、。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。根据需要，炉内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压220伏或380伏，必要时配置可调节电压的中间变压器。小型炉（10千瓦）单相供电，大型炉三相供电。对于品种单一、批料量大的物料，宜采用连续式炉加热。炉温低于700的电阻炉,多数装置鼓风机，以强化炉内传热，保证均匀加热。用于熔化易熔金属（铅、铅铋合金、铝和镁及其合金等）的电阻炉，可做成坩埚炉；或做成有熔池的反射炉，在炉顶上装设电热体。电渣炉是由溶渣实现电热转变的电阻炉（见电渣重熔）。电阻炉是利用电流通过电热体元件将电能转化为热能来加热或者熔化工件和物料的热加工设备。 电
23、阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。炉体由炉壳、加热器、炉衬（包括隔热屏）等部件组成。电气控制系统包括电子线路、微机控制、仪表显示及电气部件等。辅助系统通常指传动系统、真空系统、冷却系统等，虽炉种的不同而已。电阻炉的主要参数由额定电压、额定功率、额定温度、工作空间尺寸。生产率、空炉损耗功率、空炉升温时间、炉温控制精度及炉温均匀性等。利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工作炉。电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、粉末冶炼烧结、和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等。 自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又
24、用于实验室小电炉。随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。工作温度在 650以下的为低温炉；6501000为中温炉;1000以上为高温炉。在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型。可控气氛炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉。 电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳
25、定性。常用的材料有金属和非金属两大类。金属电热元件材料有镍铬合金、铬铝合金、钨、钼、钽等，一般制成螺旋线、波形线、波形带和波形板。非金属电热元件材料有碳化硅、二硅化钼、石墨和碳等，一般制成棒、管、板、带等形状。电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小和炉温要求而定。 电阻炉与火焰炉相比，具有结构简单、炉温均匀、便于控制、加热质量好、无烟尘、无噪声等优点，但使用费较高。 2.3电阻炉分类工业电阻炉的分类：工业电阻炉分二类，周期式作业炉和连续式作业炉。 周期式作业炉分为：箱式炉、密封箱式炉，井式炉，钟罩炉台车炉，倾倒式滚筒炉。 连续式作业炉分为：窑车式炉，推杆式炉，辊底炉，振底炉，转底炉，步进式炉
26、，牵引式炉，连续式滚筒炉，传送带式炉等。其中传送带式炉可分为：有网带式炉、冲压链板式炉、铸链板式炉等 2.4电阻炉的加热机理电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。电阻炉和火焰比，热效率高，可达5080，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。2.5电阻炉的功率电阻炉的功率是根据电阻炉的热平衡原则确定的，通过热平衡计算，可以比较精确地算出电阻炉的功率。电炉所需的功率应包括炉子蓄热，工件加热需要热量、工件保温需要的热量、气氛裂解所需的热量，热损失等。其中炉子蓄热由电炉的规格、构造和主要尺寸、炉衬厚度，材料导热系数决定。一般
27、地说，炉子越大，炉子蓄热越大，反之亦然。工件加热需要热量、工件保温需要的热量由炉子的产量、工件的性质和规格尺寸、工作温度、时间决定。炉子的产量越大，功率越大，反之亦然。气氛裂解所需的热量，由气氛的性质决定。热损失的热量，包括进料口部位、落料口部位的散热和其它部位的辐射损失等。炉子功率计算有利用热平衡原则确下的理论计算法、经验计算法。理论计算法，主要参数是产量、温度、升温时间。经验计算法常用三种：根据炉膛容积和工作温度计算功率或根据炉膛内表面积和工作温度计算功率或根据相同品种的炉子产量的类比推算功率。一般计算功率，经一种方法为主，以另一种或二种方法验算并进行修正。功率确定之后，根据电阻炉的分区情
28、况，进行功率分配，选定加热元件的形式，选用材料，计算其参数，包括冷态电阻、电源电压、线径、长度。具体选材料要考虑材料的抗氧化性、抗高温性、抗渗碳性、加工艺性，表面负荷等。带状加热元件承受的表面负荷比丝状加热元件大一点，最高可增加50。 2.6电阻炉修理维护2.6.1围绕炉体的修理砖砌炉常见故障主要是加热体和砌体的局部修理；盐浴炉常见故障是漏盐和电极腐蚀；真空炉常见故障是加热体损坏和炉体泄漏。针对常见故障现象和原因，应注意砌筑炉体时的方法、结构和选材。 (1)整体筑炉 普通热处理电阻炉整体筑炉时，砖砌炉的原砌搁加热体高铝搁砖尺寸处应留下插搁砖的槽。日常的修理主要是换炉丝搁砖和炉丝。 对盐浴炉故障
29、漏盐和电极腐蚀，采用浇筑法解决炉体漏盐；针对电动机易腐蚀，将炉体浇筑成两体，即电极单独浇筑成一个阶梯形的块，电极腐蚀后，只拆除需更换电极部分。 (2)砖砌炉方式 采取针对性修理，注意较大砖砌炉的后墙、侧墙、炉门拱、炉膛拱顶等彼此之间不要互相咬合压死，这样局部损坏时不用扒炉整体重砌，可对以上几部分单独修理。 如炉子拱脚不一定要支在侧墙上，可支在炉子两侧钢结构的拱脚梁上，使炉墙不受拱顶的力，对炉墙和拱顶都有好处。但考虑拱脚梁的受热膨胀，要留有空隙。砌拱顶砖时，从两侧拱脚同时向中心对称砌筑。拱顶锁砖不得砍削，锁砖应准确地按拱顶的中心线进行分布。 对炉体外露、温度有急剧变化和活动的部分，如炉门、炉门拱
30、等，应采取以下方法：砌炉时兑高模数水玻璃，增加烧结后的炉门、炉口整体性，并在其外漏部分用高温粘合剂粘贴上耐火纤维毡条(根据对炉子气氛的影响和炉子的工作温度选择粘合剂和耐火纤维种类)。在砌炉门时，将炉门平放在地面，从两端向中间砌，最后一层砖“挤”进去。 如果炉墙是用两种或两种以上的砖砌筑时，当墙的每一种砖单独砌，则犹如一组单墙。经过多次加热和冷却，不同种砖砌的炉墙易分离。为保持炉墙的整体性和稳固性，采取每隔58层，在砌砖层高度相同重合的地方，内外墙互相拉固的砌筑法，即将耐火砖的一半插入另一砖层中，或用金属锚固件固定。 设计炉衬时，炉衬的每层炉丝搁砖应“嵌”在炉衬墙中，不要压死。在搁砖断裂时，可换
31、搁砖。最底层的炉丝高铝搁砖炉底直接砌成一体，不悬空。 砌体要求错缝砌筑、泥浆饱满、横平竖直，砌体砌好以后不能有内外串通气体。砌砖必须跟着准线走，俗语“上跟线，下跟楞，左右相跟要对平”，不要“游顶走缝”。砌在墙上的砖必须放平，且砖缝不能一边厚、一边薄产生倾斜。半砖厚的墙完全用顺砖砌筑；一砖厚的墙用顶顺砖砌筑；一砖半厚的墙用一列顶砌、一列顺砌的砖来砌筑；两砖厚的墙采用一层是由两列顺砖的砖和他们中间的一列顶砖，另一层由两列顶砖砌筑。在砌的过程中，要经常检查砌砖层的水平，全面检查砌墙的垂直和平整。 砖缝是砌体最薄弱的地方，其位置应避开砌体的受力部位、隔热砖层和炉子骨架。砖缝以耐火泥浆填满，干砌时以耐火
32、粉料填满，使耐火砌体成为一个整体。膨胀缝不能贯通砌体，不能有冒火、漏气等现象，要上下左右错开留设。膨胀缝处塞耐火纤维、石棉制品等，不要掉入泥浆、碎砖等杂物。砌体内有金属构件时，要在金属构件和砌体之问留出膨胀缝。 引出棒用耐火管必须对正炉壳上的孔，如果孔的中心高度不对，一般可适量磨去支撑炉丝搁砖的粘土砖下部。炉丝搁砖采用高铝材质，高铝砖 Fe2O31.5。氧化铁在450550时，是促进气氛中一氧化碳析出碳黑反应的催化剂。碳黑沉积在砖中后使其体积胀大，从而导致砌体的强度下降和早期破坏。 轻质耐火砖的使用温度要低于该砖烧结温度70100，以免产生大的重烧收缩而引起砖缝裂开和砖的破裂。对于炉底和拱基等
33、承受较大负荷的部分，要用耐火粘土砖砌。箱式炉炉门口砖因工件进出易损坏，底层砖可用重质高铝砖。 （3）砌炉时其他注意事项 环境温度方面严格按照工业炉砌筑工程施工及验收规范的有关要求。对关键之处可预砌，检验各项技术参数，在合适后再正式砌。 对局部进行的针对性修理时，拆除要保证砌体不修理部分的完整和不松动，消除砌体倒塌，或个别砖块掉落的可能。 炉内拆修部分浇水时，可用细水喷溅，要避免使水积存在炉内和流到不需进行修理的部位；留用的旧砌体要找平、找齐；如有阶梯形凸台，要认真清理干净；要注意新旧砌体间的结合，当旧泥浆粘接牢固，不易除去，在咬砌阶梯形砖体时必须使用稀泥浆；对于低洼不平的地方，可用带碎砖的浓稠
34、泥浆填堵。 拔取断裂搁砖时，不能直接拔取已经断头的搁砖，首先拔取断头附近完好的一块搁砖，左右摇晃，轻轻取出，最后再取断头搁砖。不能用硬物强敲硬取，以免炉衬产生裂缝。修换耐火管时，首先拆除绝缘体，取走引出棒，然后用专门的钩子轻轻敲击管子，使其松动，插入管子末端，将其钩出。注意别弄碎硅藻土砖。 在砌墙过程中，如有停歇或砌砖有暂时性的阻障时，不要留垂直的插口，要将砌层砌成阶梯形的退台或探出形的错台。砌好的墙不能用砸砖调整的方法，墙有较大偏差，应拆掉重砌。砍砖要砍得整齐准确，泥浆要随拌随用。 砌时要注意选砖。对将要砌在同一层的砖进行挑选，要尽量选择外形尺寸相同的砖(国标规定一级砖的质量要求允许砖的尺寸
35、偏差是2mm)。要检查砖面，观察外形、颜色，检查尺寸公差、扭曲、缺角、缺棱、熔洞、渣蚀及裂纹等，其表面必须平滑、不应有裂纹、渣蚀和玻璃化，没有缺棱掉角，其断而组织必须均匀一致，不应有大的杂物，不允许有孔隙、裂纹和层状组织，各熟料颗粒不应脱落和破裂，不能受潮。把烧结良好、无缺陷的砖块，摆在正手端面，砌在炉膛里面。缺棱掉角的或经过加工的砖面，不能砌于炉膛直接与火焰、钢液或炉渣接触的地方(不应朝向炉膛或是与炉气接触的地方)，以及承受重力的部位。 2.6.2加热元件的日常修理（1）加热元件的损坏 普通热处理电阻炉非真空炉加热元件主要采用铁铬铝(如OCr25Al7Mo2)和镍铬合金(如Cr20Ni80)
36、，真空炉主要是钼质加热元件。 真空炉钼质加热元件损坏时，更换钼加热带局部损坏的部分。将损坏部分截掉，取一节和原尺寸相同的钼片，用23mm厚的钼片两面夹住，配打螺钉孔，再用钼螺钉拧紧。 在日常检查中发现钼片有变形、下坠、倒伏等现象时，可用喷灯烘烤使其变软，用外力恢复其应有形状及相关尺寸，再用钼丝吊起捆绑固定。 合金的正常损坏，主要是氧化变细变脆、搭接短路、过烧或被介质侵蚀等现象。镍铬合金比铁铬铝合金使用寿命长，带状较丝状为长，连续工作比间断工作为长。 镍铬合金塑性好，拉拔、绕制容易，经高温加热也不易脆化，便于返修和焊接。铁铬铝合金电阻系数较大，电阻温度系数较小，与镍铬合金相比可节约材料，且功率稳
37、定，耐热性能也较高，具有较强的抗渗碳和耐硫、耐各种碳氢气体的能力，只是加工性能稍差，拉拔、绕制比较困难，安装时在炉外调整合适，必要的弯曲和压缩应用气焊烤校；热膨胀系数较大(高温强度低和蠕变伸长大)，安装要留有余地；焊接时要尽量缩短时间，以缩短热影响区的长度。 2.6.3故障修理 加热体长期工作会出现变软、膨胀、下坠、先倒伏搭接、后熔断(融)等现象。为使炉丝在高温下具有一定的强度，防止软化、倒塌或下垂，首先要设计好炉丝的结构尺寸，如螺旋形电阻丝，要注意合金元件直径、螺距和螺旋中径等。加热体安装要紧靠炉衬，在搁砖上要放平，适当留有其膨胀空间。小钩位置要合适，一般 400600mm一个，并能牢固钩住
38、防止趴下。此外，为防止炉丝间接触，要垫隔离片。可用95瓷等耐高温材料做成的薄片隔离电阻丝，防止搭接。尤其炉膛搁砖层与层之间的转换处(在砌炉时，搁砖与前后端墙之间一般留50mm空隙，用于电阻丝的转弯和安装)，要预先垫上瓷片，或炉丝套上瓷管(瓷管要顶到头)。高温炉不能用硅藻土砖锯的薄片垫在炉丝中间，因硅藻土质砖耐热较差，只能用在900以下，在高温炉中易溶解变质。 对出现倒伏趋势的炉丝，检查炉丝小钩是否发挥作用(架设电阻丝带的炉钩必须砌牢、压住、塞紧，不得松动)，并可用气焊或喷灯烘烤炉丝等使其变软，再恢复其原有形状和尺寸，以及在炉丝中穿套瓷管(瓷管中可穿芯棒)等。如果同时使用两根瓷管，瓷管端头必须紧
39、靠。 加热体对一般断头可直接焊补，对于倒塌严重，不能整直的，局部过烧部分损坏严重的，一般可采用换补一段的方法，不必因其中局部不合格就整套报废，要注意用于补焊的电阻丝的材料、直径、螺距及长度等要符合原技术要求，新补的电阻丝不能有裂纹、锈蚀等缺陷，要疏密均匀。使用旧的电阻丝时，电阻丝不能有明显的粗细不均、氧化腐蚀、裂纹变形和老化变脆等现象。旧引出棒不能有严重的氧化和腐蚀现象。 2.6.4焊接工作中的注意事项 合金元件的焊接与一般金属结构的焊接不同，它要求焊接接头部分能承受外力而不至折断。焊接方式主要用对焊和插合焊补，也可用钻孔焊、铣槽焊、对焊、搭焊等。焊前要清理合金表面的氧化皮、铁锈或其他污垢，用
40、砂布将焊接部分的金属基体暴露出来。温度要掌握好，避免夹渣、气孔和焊不透等现象。更换合金元件较多时，焊好后要测量一下整个炉子的冷态电阻和三相电流平衡，进行适当调整，使其符合原设计要求。 修理镍铬合金时，首先将其折断以了解元件氧化情况。氧化严重时，银白色的铁芯很细，补焊时容易烧断，即使勉强补焊，也使用不了多久；氧化不太严重，可用搭接法；如还比较新，可用对接法。一般多用气焊，镍铬电阻丝作焊丝。采用对接法时，要用中性焰，火焰体积要小，焰心要直，热量要集中；采用搭接焊法时，搭接长度，电阻丝不小于直径的10倍；电阻带不小于带宽1倍。镍铬合金元件与引出棒之间的焊接采用搭焊或对焊。加热过的铁铬铝合金不允许在冷
41、态下弯曲、拉伸或剧烈振动，若需整形或展开螺距必须加热至暗樱红色进行。用电弧焊，焊条用稀土铁铬铝焊条，采用插合补焊和间断式焊接方法，以控制其受热范围和过热程度。也可用铣槽焊、钻孔焊和铣槽冷焊方法。铁铬铝合金元件与引出棒之间一般用钻孔焊。 如果一层炉丝搁砖中间会有一两块断裂或不绝缘，当用一根直的电阻丝，跨过断裂或不绝缘的炉丝搁砖，直接焊接，会造成该组炉丝电阻小，工作时从外观看，就比其他炉丝红，使用寿命变短。可采用在新换的炉丝中穿套瓷管，瓷棒(瓷管穿芯棒)垫起悬空，架在两搁砖间，象架桥一样，跨过断砖的方法或在不绝缘搁砖上垫瓷片的方法，这样不改变炉丝原有参数。 2.6.5其他对炉体进行较大面积的修砌后
42、，要烘炉。烘炉前，要用摇表检测设备的绝缘，一般不小于2M。砖砌炉烘炉分三个阶段：水分排出期O200，是泥浆中的水分和砌体中潮气的排出期，必须打开炉门，同时保温时间较长。砌体膨胀期是砌体开始膨胀及膨胀变形期，这时升温不超过50/h。保温期600以上，每升高100200，要保温一段时间，过急易损坏砌体。 (1)编制使用维护操作规程，建立运行记录和修理档案，统计运行累积工作时间，加强日常维护，掌握设备技术状态变化趋势，及早发现故障损坏苗头，避免属于事故抢修性质的热修，并根据炉子负荷和工作状况，提前有针对性地准备修理用料，编制修理工艺。如合金元件的使用寿命长短与工作温度、炉内介质、元件质量及操作情况等
43、许多因素有关，其波动寿命600010000h。 真空炉一般在春秋季节泄漏故障较多，长期闲置时泄漏故障易发生。我厂采取每月一次测压升率(在常温下，关闭所有真空阀，停止真空系统运转，1Omin后读一个数，1h后再读一个数，两数之差是压升率的数值)，掌握设备泄漏变化趋势，如真空设备连续停机一个礼拜，要空运转一次。 在真空系统检漏时，除用真空泥糊堵外，也可用医用针管吸乙醚射剑所怀疑的漏点处，观察真空表读数有无变化。也可制作留有插真空硅管孔的盲板，分段封堵真空管路，进行检漏。扩散泵有积炭可用化学酸洗的方法清洗。， (2)砖砌炉修好后的使用初期要经常进行检查，检查使用后的炉表温度和炉子温度是否过高、加热体
44、是否存在过热烧断、温度不均或发白等现象。对于三相高温电炉，以及电阻炉容量超过100kW时，每相、每一个加热区都应安装有电流表，发现炉温与仪表指示不正常，及时分析处理。 (3)不能超负荷使用没备，合金元件的最高使用温度是指元件在干燥空气中允许的本身表面温度，并不是指加热物质的温度或电热元件周围的温度。要注意电热元件本身的温度一股比它周围的介质温度或被加热温度高100。 (4)要避免热处删产品，尤其足铜、铝、锌、锡、铅等与电加热元件接触，无论是细粉、熔液或蒸汽等，防止在电加热体表面侵蚀形成“麻坑”，截面变小，最后过热而烧断。 (5)测炉温均匀性时，应注意测温触点的定位捆绑方式，以及离加热元件的远近
45、。 炉内经常(至少每月)用毛刷、扫帚或压缩空气、吸尘器等清洁炉膛和搁砖，要防止炉内氧化皮等杂质掉在电热元件上，发生短路，甚至烧坏搁砖。底板、坩埚、炉罐等耐热钢构件每使用一段时间，最好吊起敲击，清除其氧化皮。氧化铁皮等杂质如不及时清除，就会熔融与耐火砖发生反应，使炉丝熔化。 (6)炉子升温后，不能长时间开启炉门。当温度高于400时，不得急剧冷却。对于电热元件在温度高、冷热变化大情况下，容易引起氧化掉皮。对于钼加热炉，EI常使用维护中注意应冷却至200以下方可停送保护气。 (7)引出棒与线夹子应接触良好，引出棒与夹子接触而应光滑。引出棒不能有发红现象，供电时线夹子的升温最高不超过60。注意由于升温停炉时的热胀冷缩以及蠕变伸长等，引出棒接线夹子的螺栓容易发生氧化松动，形成虚接短路，要定期检查拧紧。2.7电阻炉的优点热效率高。电阻炉不需要燃烧气体，没有派出因燃烧气体而产生的废气造成的热损失。炉膛室内热强度高，能达到较高的温度，是高熔点金属得熔化。能满足工件在各种工艺樊为中的要求，并使之成为可控。能用质量流量计对所控气氛进行检测。 由保护气氛来保证炉内气氛的清洁。比如保护气氛改为真空，可以将炉内的残余气体抽走，保护气氛改为氢气，各种可随之运出。高纯度的氢气，气含氧量可小于0.1ppm，气露点小于70能够满足工作空间温度场均匀分布和恒温的精度要求。比如在48