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1、1.1第五章第五章 热处理电阻炉的设计热处理电阻炉的设计 授课人：杨晓敏授课人：杨晓敏North University of ChinaCollege of Materials Science and Engineering2008.01.04 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 1.2教教学学提提示示教教 学学 要要 求求 ：了解热处理炉设计计算内容，掌握热处了解热处理炉设计计算内容，掌握热处理电阻炉结构设计以及电阻炉功率计算方法。理电阻炉结构设计以及电阻炉功率计算方法。了解了解电阻炉功率分配和电热元件的接线。掌握电热元件电阻炉功率分配和电热元件的接线。掌握电热元件材料特点，以及电热元
2、件计算思路。了解电热元件材料特点，以及电热元件计算思路。了解电热元件的安装。的安装。第五章第五章 热处理电阻炉的设计热处理电阻炉的设计 ：热处理电阻炉的设计是一项综合性的：热处理电阻炉的设计是一项综合性的技术工作。一台好的热处理电阻炉应能充分满足技术工作。一台好的热处理电阻炉应能充分满足热处理工艺的质量要求。热处理工艺的质量要求。1.3551 1 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552 2 电阻炉功率的计算电阻炉功率的计算553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线554 4 电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择555 5 电热元件的计算电热元件的计
3、算556 6 电热元件的安装电热元件的安装557 7 电阻炉的性能试验及技术规范电阻炉的性能试验及技术规范小结小结第五章第五章 热处理电阻炉的设计热处理电阻炉的设计1.4第五章第五章 热处理电阻炉的设计热处理电阻炉的设计1.5551 1 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一、炉型的选择一、炉型的选择炉型选择的原则：炉型选择的原则：（1 1）工艺技术要求）工艺技术要求（2 2）工件的特点）工件的特点（3 3）生产量的大小）生产量的大小（4 4）经济效益）经济效益（5 5）劳动条件）劳动条件1.6551 1 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（1 1）工艺技术要
4、求）工艺技术要求例：例：无氧化加热无氧化加热可选用真空炉或可控气氛热处理炉；可选用真空炉或可控气氛热处理炉；化学热处理化学热处理可选用渗碳炉、渗氮炉等。可选用渗碳炉、渗氮炉等。表面淬火表面淬火可选用表面淬火设备，如表面感应加热可选用表面淬火设备，如表面感应加热设备、表面火焰淬火设备等。设备、表面火焰淬火设备等。局部淬火局部淬火盐浴炉。盐浴炉。1.7551 1 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技术要求：技术要求：表面硬度表面硬度:HRC59:HRC59渗碳层深度渗碳层深度:1.3-1.7mm:1.3-1.7mm需要渗碳设备需要渗碳设备技术要求：技术要求：表面硬度表面硬度:HR
5、C58-62:HRC58-62淬硬层深度淬硬层深度:1.5-2.5mm:1.5-2.5mm需要表面淬火设备需要表面淬火设备1.8551 1 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（2 2）工件的特点）工件的特点例：长轴类工件为减少其热处理过程中的变形，例：长轴类工件为减少其热处理过程中的变形，常常选用井式炉；加工大中型铸、锻毛坯件的退常常选用井式炉；加工大中型铸、锻毛坯件的退火、正火、回火等处理宜选用台车炉；小型轴承火、正火、回火等处理宜选用台车炉；小型轴承钢球等则选用滚筒式炉；小型工、夹、模具和工钢球等则选用滚筒式炉；小型工、夹、模具和工件可选用盐浴炉等。件可选用盐浴炉等。（3
6、 3）生产量的大小）生产量的大小例：大批量同类工件的热处理，如轴承类可选用例：大批量同类工件的热处理，如轴承类可选用机械化自动程度较高的连续作业炉；产量小，工机械化自动程度较高的连续作业炉；产量小，工艺变化大的或多类单件生产的零件可选用周期作艺变化大的或多类单件生产的零件可选用周期作业炉。业炉。1.9551 1 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（5 5）劳动条件）劳动条件 选择设备应尽量防止对环境的污染，减选择设备应尽量防止对环境的污染，减轻劳动强度，提高机械化和自动化水平。轻劳动强度，提高机械化和自动化水平。（4 4）经济效益）经济效益 应选择节能效果较好的炉型，选用造应
7、选择节能效果较好的炉型，选用造价低的炉型以及生产效率高又能减少各种价低的炉型以及生产效率高又能减少各种工艺材料消耗的炉型。工艺材料消耗的炉型。1.10551 1 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二、炉膛尺寸的确定二、炉膛尺寸的确定 确确定定炉炉膛膛尺尺寸寸依依据据：工工件件尺尺寸寸、形形状状、技技术术要要求求、生生产产率率等等。还还要要考考虑虑炉炉内内温温度度均均匀匀性性、传传热热特特性性以以及及装装出出料料和和检检修修方方便便。一一般般在在保保证证有有足足够够的的生生产产效效率率的的前前提提下，应尽量减小炉膛尺寸。下，应尽量减小炉膛尺寸。以箱式炉为例：以箱式炉为例：炉膛尺
8、寸包括炉膛尺寸包括炉膛有效尺寸炉膛有效尺寸（指工（指工件实际摆放所占的面积作为炉底板件实际摆放所占的面积作为炉底板有效面积）宽度有效面积）宽度B B效效和长度和长度L L效效以及以及堆放工件的有效高度堆放工件的有效高度H H效效和和炉膛砌炉膛砌砖体内腔的尺寸砖体内腔的尺寸B BL LH H两个部分两个部分如图左图。如图左图。炉膛尺寸及砌体结构炉膛尺寸及砌体结构1.111 1、炉底面积、炉底面积实际排料法（炉子一次装炉量）实际排料法（炉子一次装炉量）：（对生产量不大、：（对生产量不大、工件尺寸较大而且形状特殊者）工件尺寸较大而且形状特殊者）551 1 炉型的选择和炉膛尺寸的确定炉型的选择和炉膛尺
9、寸的确定 原则：工件与电热元件或工件与炉膛前、后壁之原则：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，一般为间应保持一定距离，一般为0.10.10.15m0.15m。1.12加热能力指标法加热能力指标法:(:(当工件品种多且工艺周期不同时当工件品种多且工艺周期不同时，炉底，炉底面积可根据炉底单位面积的生产能力生产率面积可根据炉底单位面积的生产能力生产率P0表表51计计算算)p：炉子生产率；：炉子生产率；F1有效面积；有效面积；F炉底总面积炉底总面积。551 1 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 原则：装料的面积原则：装料的面积F1（有效面积）一般为总面积的（有效面
10、积）一般为总面积的7085。炉底宽度。炉底宽度B与长度与长度L之比一般应保持在之比一般应保持在2/3-1/2。1.13551 1 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 炉膛高度与宽度之比多数在炉膛高度与宽度之比多数在0.5-0.9范围内变动。范围内变动。对于渗碳、退火等工艺周期长的炉子，装料多，对于渗碳、退火等工艺周期长的炉子，装料多，取上限；淬火、正火等工艺周期较短的炉子，装取上限；淬火、正火等工艺周期较短的炉子，装料相对少一些，取下限料相对少一些，取下限。2 2、炉膛高度、炉膛高度1.14 炉衬一般由耐火材料和保温材料组成，设计时应注意以下炉衬一般由耐火材料和保温材料组成，
11、设计时应注意以下问题：问题：（1 1）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并与耐火砖、）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并与耐火砖、保温砖的尺寸相吻合，保温砖的尺寸相吻合，（2 2）为了减少炉衬蓄热量和缩短冷炉升温时间，在符合耐）为了减少炉衬蓄热量和缩短冷炉升温时间，在符合耐火、保温和机械强度的要求下，尽量采用轻质耐火材料；火、保温和机械强度的要求下，尽量采用轻质耐火材料；（3 3）保温材料的使用温度不能超过允许温度，否则将使保）保温材料的使用温度不能超过允许温度，否则将使保温性能降低；温性能降低；（4 4）炉衬外表面温升以保持在）炉衬外表面温升以保持在40406060为宜，否则会增大为宜，否
12、则会增大热损失和使环境温度升高。热损失和使环境温度升高。551 1 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三、炉体结构设计三、炉体结构设计 炉体包括炉墙、炉底、炉门、炉壳等。炉体包括炉墙、炉底、炉门、炉壳等。1 1、炉衬材料的选择、炉衬材料的选择1.15中低温炉炉墙砌体中低温炉炉墙砌体：炉壳钢板石棉板保温层（硅藻土：炉壳钢板石棉板保温层（硅藻土砖或蛭石粉填充料）内层耐火层（轻质粘土砖）。砖或蛭石粉填充料）内层耐火层（轻质粘土砖）。高温炉高温炉炉墙炉墙：炉壳钢板石棉板保温层轻质砖重质砖或高铝：炉壳钢板石棉板保温层轻质砖重质砖或高铝砖。砖。注：注：（1 1）炉墙通常采用标准砖砌筑，因
13、此炉墙尺寸应为炉墙通常采用标准砖砌筑，因此炉墙尺寸应为标准砖尺寸（标准砖尺寸（23023011311365mm65mm）加砖缝厚度（一般为）加砖缝厚度（一般为2mm2mm）的）的倍数。见附表倍数。见附表1818。（2 2）为防止炉墙反复热胀冷缩，大型炉的粘土砖炉墙，每）为防止炉墙反复热胀冷缩，大型炉的粘土砖炉墙，每米长度应留米长度应留5 56mm6mm膨胀缝，各层之间应错开。膨胀缝，各层之间应错开。551 1 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2 2、炉墙、炉墙保温材料保温材料轻质耐火砖轻质耐火砖1.17 包包括平顶、拱顶和吊顶。括平顶、拱顶和吊顶。炉膛宽度小于炉膛宽度小于4
14、00600mm的小型炉，可采用平顶。电的小型炉，可采用平顶。电热元件常布置在炉顶与炉底上。热元件常布置在炉顶与炉底上。炉膛宽度小于炉膛宽度小于3.5-4m采用拱顶。采用拱顶。拱顶常采用轻质楔形砖拱顶常采用轻质楔形砖与标准直角砖混合砌筑，上部填充轻质保温制品，拱角（受与标准直角砖混合砌筑，上部填充轻质保温制品，拱角（受拱顶重量及其受热产生的膨胀力拱顶重量及其受热产生的膨胀力形成推力作用于拱角）采用形成推力作用于拱角）采用重质砖。重质砖。跨度特别大的炉子采用吊顶。跨度特别大的炉子采用吊顶。551 1 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 3 3、炉顶炉顶 拱角砖拱角砖支撑砖支撑砖保
15、温材料保温材料错砌错砌 环砌环砌 外壳钢板（外壳钢板（612mm）石棉板保温材料（硅藻土砖砌成）石棉板保温材料（硅藻土砖砌成方格子，在方格子中填充蛭石或硅藻土粉）方格子，在方格子中填充蛭石或硅藻土粉）12层硅藻土砖轻层硅藻土砖轻质耐火砖质耐火砖+重质耐火砖和电热元件搁板砖。重质耐火砖和电热元件搁板砖。4 4、炉底炉底1.21 炉门框的大小取决于工件的尺寸大小，要保证炉门框的大小取决于工件的尺寸大小，要保证装、出炉操作方便。炉门框的宽度与高度之比，一装、出炉操作方便。炉门框的宽度与高度之比，一般与炉膛相同。炉门框结构通常是在铸造或钢板焊般与炉膛相同。炉门框结构通常是在铸造或钢板焊接框架内重质砖砌
16、筑，可控气氛炉常用耐热钢制造。接框架内重质砖砌筑，可控气氛炉常用耐热钢制造。551 1 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 5 5、炉门框、炉门框1.22 结构特点和要求：炉门一般比炉门框稍大，边结构特点和要求：炉门一般比炉门框稍大，边缘重叠缘重叠9595130mm130mm，炉门边缘与炉门框要重叠；要有，炉门边缘与炉门框要重叠；要有足够厚的保温层；炉门要压紧炉门框；炉门下缘常足够厚的保温层；炉门要压紧炉门框；炉门下缘常楔入工作台上的砂槽内等。楔入工作台上的砂槽内等。结构通常是在铸铁框架保温砖耐火砖，炉结构通常是在铸铁框架保温砖耐火砖，炉门上应设置窥视口。门上应设置窥视口。5
17、51 1 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 6 6、炉门、炉门1.23 (1)砌砖体尺寸应是砖尺寸砌砖体尺寸应是砖尺寸(230、113、65等等)的整数倍的整数倍(还应计入灰缝尺寸还应计入灰缝尺寸)。在砌砖体高度方向上绝不能用砍削砖。在砌砖体高度方向上绝不能用砍削砖的办法来满足砌砖体尺寸。的办法来满足砌砖体尺寸。(2)与铁铬铝电热元件接触的高铝质搁砖、引出套管等的与铁铬铝电热元件接触的高铝质搁砖、引出套管等的Al2O3不得低于不得低于60%，Fe2O3含量应小于含量应小于15，表面不得有，表面不得有熔洞和渣蚀。熔洞和渣蚀。(3)可控气氛炉内壁的耐火砖，必须是一级品，可控气氛
18、炉内壁的耐火砖，必须是一级品，Fe2O3含含量应不大于量应不大于1%。(4)耐火砖炉衬的灰缝：炉墙和炉底不大于耐火砖炉衬的灰缝：炉墙和炉底不大于2mm，炉顶，炉顶不大于不大于15mm，可控气氛炉不大于，可控气氛炉不大于1 mm。551 1 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 7 7、对炉衬砌筑的一般要求对炉衬砌筑的一般要求1.24552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算 (5)(5)、炉衬的砖缝必须相互交错，、炉衬的砖缝必须相互交错，错开量应以砖长的错开量应以砖长的1/2为宜。炉墙拐角处砌筑必须相互咬合。为宜。炉墙拐角处砌筑必须相互咬合。(6)、砌砖体必须留膨胀缝。每米砌砖体
19、的膨胀、砌砖体必须留膨胀缝。每米砌砖体的膨胀统一般规定为：粘土砖和硅藻土砖为统一般规定为：粘土砖和硅藻土砖为5-6mm。高铝砖为高铝砖为810 mm。(7)、隔热层用硅藻土砖时必须干砌。砖缝空隙用、隔热层用硅藻土砖时必须干砌。砖缝空隙用干燥的隔热填科填满。干燥的隔热填科填满。(8)、固定在砌体内的金属预埋件应在砌砖时同时、固定在砌体内的金属预埋件应在砌砖时同时安装。安装。(9)、除炉口等待殊情况下，不得用重质耐火砖砌、除炉口等待殊情况下，不得用重质耐火砖砌筑在与炉壳直接接触的部位，以减少热损失筑在与炉壳直接接触的部位，以减少热损失。1.25552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算计算电阻炉功率
20、的方法计算电阻炉功率的方法：热平衡计算法热平衡计算法：综合考虑：综合考虑了影响功率的各种因素，了影响功率的各种因素，结果比较准确。结果比较准确。经验计算法经验计算法：简单，局简单，局限性大，仅限某种类型限性大，仅限某种类型的炉子。的炉子。1.26电阻炉热支出项目示意图电阻炉热支出项目示意图一、热平衡计算法一、热平衡计算法 热平衡计算法基本原理：根据炉子输入总功率（收入项）应热平衡计算法基本原理：根据炉子输入总功率（收入项）应等于各项能量消耗（支出项）总合原则确定炉子功率方法。等于各项能量消耗（支出项）总合原则确定炉子功率方法。1 1、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1
21、.27（1 1）、加热工件所需热量）、加热工件所需热量Q Q件件（有效热量）（有效热量）P炉子的生产率（炉子的生产率（kg/h）t1、t2工件入炉前加热的初始和终了温度。工件入炉前加热的初始和终了温度。c1、c2工件在工件在t1、t2时的比热容时的比热容kJ/(kg.)G装装一次装炉重量一次装炉重量kg加加加热阶段时间加热阶段时间h（工件入炉后加热到最终加（工件入炉后加热到最终加热温度热温度t2所需加热时间）所需加热时间）552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算若以加热阶段作为热平衡时间单位时：若以加热阶段作为热平衡时间单位时：根据炉子生产率计算：根据炉子生产率计算：1.28（2）、加热辅助构
22、件（料筐、工夹具、支承架、炉底）、加热辅助构件（料筐、工夹具、支承架、炉底板及料盘）所需要热量板及料盘）所需要热量Q辅辅552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算p辅辅每小时加热辅助构件的重量每小时加热辅助构件的重量kg/h；t1、t2辅助构件加热的初始和终了温度；辅助构件加热的初始和终了温度；c1、c2辅助构件在辅助构件在t1、t2时的比热容时的比热容kJ/(kg.)1.29（3）、加热控制气体所需热量）、加热控制气体所需热量Q控控 V控控控制气体的用量控制气体的用量m3/ht1、t2控制气体入炉前温度和工作温度。控制气体入炉前温度和工作温度。C控控控制气体在在控制气体在在t1t2的平均比热容
23、的平均比热容kJ/(kg.)552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算1.30（4）、通过炉衬的散热损失）、通过炉衬的散热损失Q散散 此项热损失是指炉膛内热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到此项热损失是指炉膛内热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到大气中的热损失。大气中的热损失。炉墙加热阶段：砌体蓄热量近似代表加热阶段的热损失。炉墙加热阶段：砌体蓄热量近似代表加热阶段的热损失。炉体处于稳定态传热时，通过双层炉衬的散热损失：炉体处于稳定态传热时，通过双层炉衬的散热损失：552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算1.31（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 3.6时
24、间系数时间系数F炉门开启面积炉门开启面积(正常工作时，炉门开启高度为炉膛正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半高度的一半)或缝隙面积；或缝隙面积；t炉门开启率（即平均炉门开启率（即平均1小时内开启的时间），对小时内开启的时间），对常开炉门或炉壁缝隙而言常开炉门或炉壁缝隙而言t=1；若每小时开启；若每小时开启6分钟，分钟，t6/60=0.1552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算1.32（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 对于一般箱式电阻炉，开启炉门时，通常以加热吸对于一般箱式电阻炉，开启炉门时，通常以加热吸入的冷空气所
25、需要的热量作为该项热损失，即入的冷空气所需要的热量作为该项热损失，即552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算一般电阻炉：一般电阻炉：（7）、砌体蓄热量）、砌体蓄热量Q蓄蓄 砌体蓄热量是指炉子从室温加热至工作温度并且达到稳定砌体蓄热量是指炉子从室温加热至工作温度并且达到稳定状态时炉衬本身所吸收的热量。对双层砌体可按下式计算状态时炉衬本身所吸收的热量。对双层砌体可按下式计算：注：炉子并非在每一生产周期都从室温开始加注：炉子并非在每一生产周期都从室温开始加 热，热，Q蓄蓄应视具体情况而定。应视具体情况而定。1.34（8）、其它热损失）、其它热损失Q它它 包括：未考虑到的各种热损失及一些不易精确计算包
26、括：未考虑到的各种热损失及一些不易精确计算的热损失，如炉衬砖缝不严、炉子长期使用后保温材料的热损失，如炉衬砖缝不严、炉子长期使用后保温材料隔热性能和炉子密封性能降低以及热电偶、电热元件引隔热性能和炉子密封性能降低以及热电偶、电热元件引出杆热短路等造成热损失。出杆热短路等造成热损失。此项热损失可取上述各项热此项热损失可取上述各项热损失总和的某一近似百分数。损失总和的某一近似百分数。密封箱式炉为密封箱式炉为15-20%机械化炉为机械化炉为25%敞开式盐浴炉为敞开式盐浴炉为30-50%552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算2、炉子所需功率、炉子所需功率(1)连续作业炉或长时间在恒温下工作的周期作业
27、炉（如淬连续作业炉或长时间在恒温下工作的周期作业炉（如淬火用箱式炉），可不考虑砌体的蓄热损失。火用箱式炉），可不考虑砌体的蓄热损失。总的热量支出为：Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q吸+Q它 炉子的功率应有一定储备，安装功率为：K功率储备系数炉子的热效率为：1.36周期作业炉空炉升温时间周期作业炉空炉升温时间：552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算 一般周期作业式电阻炉空炉从室温升到额定温一般周期作业式电阻炉空炉从室温升到额定温度需要度需要3 38 8小时，若升温时间太长，则说明功率不小时，若升温时间太长，则说明功率不够，需将够，需将P P安加到满足空炉升温时间数值安加到满足空炉升温时间
28、数值。(2)周期作业炉周期作业炉1.37二、经验计算法二、经验计算法1 1、类比法、类比法 与同类炉子相比较，当炉膛尺寸和炉体结与同类炉子相比较，当炉膛尺寸和炉体结构确定后，依据生产率、升温时间等方面的具构确定后，依据生产率、升温时间等方面的具体要求，与性能较好的同类炉子相比较，而确体要求，与性能较好的同类炉子相比较，而确定新设计炉子的功率。如果所设计的炉子与参定新设计炉子的功率。如果所设计的炉子与参考炉子在尺寸、炉衬材料的选择以及技术指标考炉子在尺寸、炉衬材料的选择以及技术指标等方面有所不同，可依据实际情况适当增减。等方面有所不同，可依据实际情况适当增减。552 2 电阻功率的计算电阻功率的
29、计算类比法、经验公式法类比法、经验公式法1.382 2、经验公式法：适用于周期作业封闭式电阻炉、经验公式法：适用于周期作业封闭式电阻炉552 2 电阻功率的计算电阻功率的计算1.39553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 一、电阻炉的功率分配（保证炉内温度均匀、按工艺一、电阻炉的功率分配（保证炉内温度均匀、按工艺要求分区分布炉温）要求分区分布炉温）箱式电阻炉：箱式电阻炉：（1）小箱式炉，电热元件一般布置在炉侧壁和炉底，）小箱式炉，电热元件一般布置在炉侧壁和炉底，有的也安在炉顶。有的也安在炉顶。（2）较大的箱式炉，炉门口端约）较大的箱式炉，炉门口端约1/4-1/3的部位
30、应适的部位应适当加大功率，或在炉门上另装一组电热元件。当加大功率，或在炉门上另装一组电热元件。（3）电热元件引出杆常从炉后壁引出，后壁不便布）电热元件引出杆常从炉后壁引出，后壁不便布置元件。置元件。（4）一般热处理炉，单位炉壁上的功率负荷控制在）一般热处理炉，单位炉壁上的功率负荷控制在1535kw/m2。1.40553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 井式电阻炉井式电阻炉：深度较大的井式炉炉膛上下各部常分：深度较大的井式炉炉膛上下各部常分区配给不同的功率并分区控温。区配给不同的功率并分区控温。1.41553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 连
31、续作业电阻炉连续作业电阻炉 加热区的功率应当是最大，均热区的功率降低，加热区的功率应当是最大，均热区的功率降低，保温区的功率最小。保温区的功率最小。1.42二、电阻炉的电压选择二、电阻炉的电压选择 1 1、一般电阻炉均采用车间电网电压，即、一般电阻炉均采用车间电网电压，即380V380V供电，供电，只有部分小型炉采用只有部分小型炉采用220V220V。2 2、当电热元件表面功率负荷相同时，采用较高的电、当电热元件表面功率负荷相同时，采用较高的电压，可降低电热元件的总重量，但此时电热元件较细长，压，可降低电热元件的总重量，但此时电热元件较细长，在炉膛内较难于布置。在炉膛内较难于布置。553 3
32、功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 1.43 3 3、电阻炉在以下几种情况下需要调压、降压供电：电阻炉在以下几种情况下需要调压、降压供电：（1）采用）采用SiC棒作电热元件棒作电热元件，需调压供电，适应电热，需调压供电，适应电热元件使用中不断老化。元件使用中不断老化。（2 2）吸热型可控气氛炉：此气氛下，炉壁会沉积碳黑，）吸热型可控气氛炉：此气氛下，炉壁会沉积碳黑，电压较高时，靠近壁面的电热元件易透过碳黑沉积层发电压较高时，靠近壁面的电热元件易透过碳黑沉积层发生短路。生短路。（3 3）电阻温度系数较大的电热元件，需配调压器。）电阻温度系数较大的电热元件，需配调压器。（4 4）
33、真空炉内采用电阻较小的碳质电热元件，且为防）真空炉内采用电阻较小的碳质电热元件，且为防止发生真空放电，采用低压（止发生真空放电，采用低压（小于小于100V）。553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 1.44三、电阻炉接线形式的选择三、电阻炉接线形式的选择电阻炉接线形式的选择一般原则：电阻炉接线形式的选择一般原则：1 1、尽量保持三相平衡；、尽量保持三相平衡；2 2、每组元件的功率要适中；、每组元件的功率要适中；3 3、保护电热元件；、保护电热元件；4 4、使用中改变接法。、使用中改变接法。553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 1.451 1
34、、尽量保持三相平衡、尽量保持三相平衡 除功率较小的炉子外（小于除功率较小的炉子外（小于25KW25KW），可采用），可采用单相供电，皆宜三相供电。单相供电，皆宜三相供电。炉子功率炉子功率252575KW75KW，采用星形接法；，采用星形接法；炉子功率大于炉子功率大于75KW75KW，分两组或多组的星形和，分两组或多组的星形和三角形接法。三角形接法。553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 2 2、每组元件的功率要适中、每组元件的功率要适中 通常每组功率为通常每组功率为303075KW75KW。1.46553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 两组
35、星形两组星形 三角形三角形1.473 3、保护电热元件、保护电热元件 碳化硅棒在使用过程中会逐渐老化，电阻增碳化硅棒在使用过程中会逐渐老化，电阻增大。若把老化的碳化棒与电阻较小的碳化棒串联大。若把老化的碳化棒与电阻较小的碳化棒串联使用，则在电阻较大的碳化棒上产生较大的功率，使用，则在电阻较大的碳化棒上产生较大的功率，愈趋老化；若并联使用，小电阻的碳化硅棒上功愈趋老化；若并联使用，小电阻的碳化硅棒上功率较大，会使并联的元件寿命趋于一致。率较大，会使并联的元件寿命趋于一致。553 3 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 1.484 4、使用中改变接法。、使用中改变接法。553 3
36、 功率的分配及电热元件的接线功率的分配及电热元件的接线 1.49一、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1 1、较高的熔点和高温强度；、较高的熔点和高温强度；2 2、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；3 3、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；4 4、较小的膨胀系数；、较小的膨胀系数；5 5、较好的塑性；、较好的塑性；6 6、良好的抗蚀性。、良好的抗蚀性。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.501 1、较高的熔点和高温强度、较高的熔点和高温强度 电热元件在工作温度中，应能保持不熔化
37、，电热元件在工作温度中，应能保持不熔化，不挥发，不发生明显的蠕变和坍塌。不挥发，不发生明显的蠕变和坍塌。2 2、良好的高温抗氧化性、良好的高温抗氧化性 要求电热元件具有较高的耐氧化界限温度。要求电热元件具有较高的耐氧化界限温度。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.513 3、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554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.524 4、较小的膨胀系数、较小的膨胀系数电热元件在开炉、停炉和炉温波动时，会发生热胀冷缩。电热元件在开炉、停炉和炉温波动时，会发生热胀冷缩。对热膨胀系数较大的元件，应留有充分的膨胀
38、余地。对热膨胀系数较大的元件，应留有充分的膨胀余地。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.535 5、较好的塑性、较好的塑性以便于加工成形和维修；以便于加工成形和维修；6 6、良好的抗蚀性。、良好的抗蚀性。在选择电热元件时，应注意对各种气体介质的抗蚀在选择电热元件时，应注意对各种气体介质的抗蚀能力，在腐蚀性气氛中工作时，应降低其使用温度。能力，在腐蚀性气氛中工作时，应降低其使用温度。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.54二、二、采用电热元件材料及特性采用电热元件材料及特性1 1、金属电热元件材料、金属电热元件材料 镍铬系材料镍铬系材料 铁铬铝系材料铁铬铝
39、系材料 纯金属纯金属554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.55纯金属纯金属 优点优点：钼最常用。熔点高，塑性很好，可：钼最常用。熔点高，塑性很好，可作成线状、带状和圆筒状的电热元件。作成线状、带状和圆筒状的电热元件。缺点缺点：高温易氧化，晶粒变粗，性质变脆，：高温易氧化，晶粒变粗，性质变脆，需在氢气、氨分解气或在真空中使用。电阻温需在氢气、氨分解气或在真空中使用。电阻温度系数大。价格昂贵，热处理炉中使用较少。度系数大。价格昂贵，热处理炉中使用较少。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.56镍铬系材料镍铬系材料 牌号牌号：Cr20Ni80Cr20Ni80、Cr
40、15Ni60Cr15Ni60、Cr20Ni80Ti3Cr20Ni80Ti3、Cr23Ni18Cr23Ni18 组织为组织为：奥氏体奥氏体 优点：优点：抗高温氧化性强抗高温氧化性强、具有、具有较高的高温强度较高的高温强度，且经高温，且经高温加热后其机械性能不发生很大变化，具有加热后其机械性能不发生很大变化，具有良好的塑性和焊接良好的塑性和焊接性性等。等。缺点：缺点：电阻率小，电阻温度系数大，不抗硫蚀，不抗渗电阻率小，电阻温度系数大，不抗硫蚀，不抗渗碳，价格昂贵。碳，价格昂贵。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.57554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 铁铬铝系材
41、料铁铬铝系材料 牌号牌号：1Cr13Al141Cr13Al14、0Cr13Al6Mo20Cr13Al6Mo2、0Cr25Al50Cr25Al5、0Cr27Al7Mo20Cr27Al7Mo2 组织为组织为：铁素体铁素体 优点：优点：高温抗氧化性强高温抗氧化性强。抗硫蚀抗硫蚀，电阻率较大电阻率较大，电阻温度系电阻温度系数较低数较低。价格较便宜价格较便宜，常使用。，常使用。缺点：缺点：塑性较差，经高温加热，晶粒粗大，性脆，难于维修；塑性较差，经高温加热，晶粒粗大，性脆，难于维修；高温强度低，易塌陷。高温强度低，易塌陷。附表附表12 常见的金属电热元件材料性能。常见的金属电热元件材料性能。1.582
42、2、非金属电热材料：、非金属电热材料：碳化硅电热元件碳化硅电热元件二硅化钼电热元件二硅化钼电热元件碳系电热元件碳系电热元件554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.59碳化硅电热元件碳化硅电热元件主要成分主要成分:SiCSiC（97979898）优点：优点：氧化介质下长期工作（氧化介质下长期工作（13501350）、电阻率、电阻率大。大。缺点：缺点：易老化（调压）；易于氢气和水蒸汽发生易老化（调压）；易于氢气和水蒸汽发生作用，缩短寿命；材质脆、强度低。作用，缩短寿命；材质脆、强度低。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.60 二硅化钼电热元件二硅化钼电热元件 主
43、要成分：二硅化钼主要成分：二硅化钼 特点：耐高温、不易老化；最高使用温度特点：耐高温、不易老化；最高使用温度1700170018001800；电阻温度系数大；电阻温度系数大；13501350会软会软化，失去刚性；在空气、氧化，二氧化碳气氛化，失去刚性；在空气、氧化，二氧化碳气氛中有较长的寿命；含硫和氢的气氛中会破坏表中有较长的寿命；含硫和氢的气氛中会破坏表面氧化膜，宜将使用温度降低到面氧化膜，宜将使用温度降低到1350 1350。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.61碳系电热元件碳系电热元件 碳系电热元件包括石墨、碳粒和各种碳碳系电热元件包括石墨、碳粒和各种碳质制品。（石
44、墨电热元件）质制品。（石墨电热元件）石墨使用最多；石墨使用最多；常在中性气氛或真空中常在中性气氛或真空中使用；使用；1400140025002500的炉子，最高达的炉子，最高达36003600；热膨胀系数小；热导率大；易加工；耐急；热膨胀系数小；热导率大；易加工；耐急冷急热性好，价格低廉；冷急热性好，价格低廉；554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.62温度温度（加热元件温度炉膛温度（加热元件温度炉膛温度100200）一般炉温小于一般炉温小于1000，选用，选用NiCr系，系，FeCrAl系系炉温在炉温在10001200，选用，选用FeCrAl系系炉温大于炉温大于1200，选用
45、纯金属或非金属，选用纯金属或非金属。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.63三、电热元件的表面负荷率三、电热元件的表面负荷率 1 1、定义：电热元件的表面负荷率、定义：电热元件的表面负荷率W W指元件单指元件单位表面积上所发出的电功率（位表面积上所发出的电功率（W/cmW/cm2 2）。）。2 2、允许表面负荷率：、允许表面负荷率：W W越高，发出热量越多，越高，发出热量越多，元件温度越高，元件材料用量减少元件温度越高，元件材料用量减少,元件使用寿命元件使用寿命降低。降低。表面负荷率有一个允许的数值（允许表面负表面负荷率有一个允许的数值（允许表面负荷率）。荷率）。554 4
46、电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.64 影响影响W W允允因素：因素：1 1、元件材料的特性元件材料的特性 2 2、散热条件、散热条件 散热条件越好，电热元件越不易超温，允许的散热条件越好，电热元件越不易超温，允许的表面负荷率也越大。表面负荷率也越大。（1 1）炉膛温度低的，散热条件好；）炉膛温度低的，散热条件好；（2 2）敞露型的元件散热条件优于封闭型的；）敞露型的元件散热条件优于封闭型的；（3 3）炉侧壁的元件散热条件优于炉底板下的；）炉侧壁的元件散热条件优于炉底板下的；（4 4）螺旋型的电热元件的螺距越大，散热条件越好。）螺旋型的电热元件的螺距越大，散热条件越好。3 3、腐蚀
47、作用、腐蚀作用 炉内有控制气体或腐蚀气体时，炉内有控制气体或腐蚀气体时，W W允允应取低值。应取低值。554 4电热元件材料及其选择电热元件材料及其选择 1.66555 5 电热元件的电热元件的设计设计 电热元件的计算电热元件的计算（1 1）电热元件的尺寸）电热元件的尺寸（2 2）结构形状和尺寸）结构形状和尺寸（3 3）碳化硅：确定其数目和端电压）碳化硅：确定其数目和端电压1.67555 5 电热元件的电热元件的设计设计一、金属电热元件的计算一、金属电热元件的计算1 1、电热元件的尺寸、电热元件的尺寸 （1 1）、基本要求）、基本要求电热元件应具有一定电阻值，保证炉子所需电热元件应具有一定电阻
48、值，保证炉子所需功率；功率；满足不超过允许表面负荷率，保证电热元件满足不超过允许表面负荷率，保证电热元件使用寿命。使用寿命。（2 2）、元件的电阻和长度）、元件的电阻和长度1.69555 5 电热元件的电热元件的设计设计（3 3）、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（4 4）、线状和带状电热元件尺寸）、线状和带状电热元件尺寸a a、直径为直径为d的线状的线状电热元件：电热元件：直径、长度，质量直径、长度，质量元件的直径：元件的直径：1.71每个元件的重量为：每个元件的重量为：555 5 电热元件的计算电热元件的计算元件的长度：元件的长度：（4 4）、影响电热元件尺
49、寸和重量的因素）、影响电热元件尺寸和重量的因素 每个电热元件的直径，长度和质量都是元件功率每个电热元件的直径，长度和质量都是元件功率p、端电压端电压U、表面负荷率、表面负荷率W允允和工作温度下材料的电阻率和工作温度下材料的电阻率t等参数的函数。等参数的函数。变化参数元件直径d元件长度L元件质量G增大P增大增长增加增大U减小增长减小增大W允减小减短减小改用t较大的材料增大减短增加b、带状电热元件、带状电热元件宽和厚、长度、质量宽和厚、长度、质量 每个电热元件的长度为：每个电热元件的长度为：电热元件宽为电热元件宽为b，厚为，厚为a每段电热元件的质量为：每段电热元件的质量为：4 4、电热元件的结构尺
50、寸（线状和带状）、电热元件的结构尺寸（线状和带状）D：高温下，螺旋圈易倒伏，造成短路，：高温下，螺旋圈易倒伏，造成短路，使元件过早损坏，应增加刚度，使元件过早损坏，应增加刚度，D应选应选小一些；小一些；h：节距愈大，散热条件越好，可以降：节距愈大，散热条件越好，可以降低电热元件温度，提高寿命，但过大，低电热元件温度，提高寿命，但过大，L大，不易安装大，不易安装。所以。所以h(24)d 线状电热元件通常绕制成螺旋状，结构尺寸的设计：线状电热元件通常绕制成螺旋状，结构尺寸的设计：（1）、螺旋拄尺寸：螺旋柱长度（）、螺旋拄尺寸：螺旋柱长度（L柱柱）、螺旋节径）、螺旋节径（D)、螺旋节距（、螺旋节距（