以電能為熱源,通過導(dǎo)體的電阻產(chǎn)生熱量,使工件或金屬材料升溫的一種工業(yè)爐設(shè)計。電阻爐用于工件或金屬材料的加熱、熱處理、釬焊,以及干燥和烘烤等。
電阻爐的分類 有不同的分類方法,有時還將幾種分類方法混合、交錯使用。
按熱能產(chǎn)生方式 分為直接加熱式和間接加熱式。前者電流直接通過工件使之加熱,不需要電熱元件,加熱速度很快,但對工件的電阻率和幾何形狀有一定要求。后者電流通過電熱元件或?qū)щ娨后w,產(chǎn)生的熱量以不同傳熱方式間接加熱工件。工業(yè)電阻爐絕大多數(shù)屬于后一類。
按作業(yè)方式 分為間歇式和連續(xù)式。
間歇式電阻爐在加熱過程中不進(jìn)行裝、出料操作,它按爐溫分成低溫、中溫、高溫三類。低溫和中溫的界線大致在600~700℃。(1)低溫電阻爐包括各種干燥爐(箱)、回火爐、多種有色金屬的熱處理爐和加熱爐。主要以對流方式將物料加熱,有爐內(nèi)氣流自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種。低溫電阻爐在中國一般用鐵鉻鋁合金做電熱元件。(2)中溫電阻爐一般是指爐溫為700~1250℃、主要以輻射方式傳熱的電阻爐,供鋼的淬火、正火和退火使用。爐型很多,只有少數(shù)幾種,例如箱式爐、臺車式爐、井式爐和罩式爐等已經(jīng)系列化,并由電爐廠生產(chǎn)。(3)高溫電阻爐是指爐溫超過1200~1250℃、在氧化性氣氛中不能使用金屬電熱元件的電阻爐。除通氫的鉬絲爐外,用得最多的是硅碳棒箱式電爐。二硅化鉬電爐可以用到1600℃。
連續(xù)式電阻爐在使用時工件從進(jìn)料口入爐,沿爐長移動同時按工藝要求加熱到規(guī)定溫度,有的爐子在加熱后還要保溫甚至爐冷,然后從出料口移到爐外,整個作業(yè)是連續(xù)(包括脈動)的。它適用于大批量生產(chǎn)。按爐溫分成低溫、中溫、高溫三類,或按爐長分成不同的溫度區(qū)。爐襯和電熱元件的結(jié)構(gòu)和間歇式電阻爐基本相同,低溫爐或低溫區(qū)往往采用強制循環(huán)方式。各類連續(xù)式電阻爐在結(jié)構(gòu)上的差別主要來自工件輸送方式的不同,所以經(jīng)常按輸送特點命名,如傳送帶式、推送式、震底式、輥底式、滾筒式(鼓形)、步進(jìn)式、轉(zhuǎn)底式、傳送鏈?zhǔn)胶蜖恳綘t等。幾座連續(xù)式電阻爐及其配套設(shè)備聯(lián)合起來組成一套機械化自動化的聯(lián)合機組,可以具有很高的生產(chǎn)能力。最常見的是將淬火爐、淬火槽、清洗機、回火爐以及裝出料機構(gòu)和連鎖裝置組合在一起。有的連續(xù)式爐,僅均熱段用電熱,其它各段用燃料作熱源,從而降低了產(chǎn)品成本。
按爐內(nèi)氣氛或介質(zhì) 分為:普通(氧化性氣氛)電阻爐、可控氣氛電阻爐、真空電阻爐和電熱浴爐四類。冶金工業(yè)常用后三類。
可控氣氛電阻爐,是工件在可控氣氛中加熱以保護(hù)工件不致氧化和脫碳,或按工藝要求進(jìn)行化學(xué)熱處理以改善其性能(見工業(yè)爐可控氣氛選擇)的爐子,如光亮退火爐、滲碳爐等。實際上現(xiàn)代化的、特別是用于大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)電阻爐,絕大多數(shù)都是這類電爐。它可以再分為間歇式和連續(xù)式兩種。
真空電阻爐是加熱時爐內(nèi)保持一定真空度的爐子。按真空度的不同,分低真空(15~1.5Pa)、中度真空(1.5~1.5×10-3Pa)、高真空(1.5×10-3~1.5×10-5Pa)和超高真空(1.5×10-5Pa以下)等四類。按爐溫分成低溫、中溫、高溫(>1250~3000℃)三類。大多數(shù)是間歇作業(yè)式,只有少量是連續(xù)式和半連續(xù)式。大量使用的真空電阻爐屬于外熱式(有罐式),其爐體和普通電阻爐并無明顯區(qū)別,爐內(nèi)有真空容器(即爐罐,或稱馬弗),罐內(nèi)放置工件并抽成真空。爐罐直徑超過1m,溫度為750~900℃的爐子,爐罐外的爐膛空間也需抽成低真空。另一種是內(nèi)熱式真空電阻爐,整個加熱室和保溫層(或隔熱屏)都密封在水冷真空容器內(nèi)。和可控氣氛電阻爐相比,真空爐除了具有類似功能外(10~1Pa的真空度相當(dāng)于光亮退火所需的一50~一55℃的露點),還有明顯的除氣效果,其缺點是加熱、爐冷都比較慢,溫度均勻性較差。冶金工業(yè)中經(jīng)常采用的真空一可控氣氛組合式電阻爐消除了這一缺點:待爐料上吸附的氣體離開爐膛后就解除真空,改成可控氣氛循環(huán),通常用在罩式爐之類的間歇作業(yè)式爐上。連續(xù)式爐是在裝出料臺架和前室之前增設(shè)一段和料長相稱的真空脫氣室。
電熱浴爐是利用液體進(jìn)行加熱的爐子,有鹽浴爐、堿浴爐、油浴爐、鉛浴爐等,其中以鹽浴爐用得最多。鹽浴爐按熱源位置分外熱式和內(nèi)熱式兩種,外熱式鹽浴爐使用圓形或方形鹽槽,工作溫度低于850℃,結(jié)構(gòu)簡單,不需要變壓器。內(nèi)熱式鹽浴爐使用管狀電熱元件(低于550℃)或電極(600~1300℃)加熱,后者又稱電極鹽浴爐。電極鹽浴爐不需要耐熱鋼和電熱合金(電極用低碳鋼);鹽液受電磁攪拌,溫度均勻;但需要變壓器。其中埋入式電極鹽浴爐因電極不占鹽槽內(nèi)部空間,比插入式電極鹽浴爐可節(jié)電約30%;埋入式電極形狀稍復(fù)雜,但使用壽命較長。
電阻爐的設(shè)計內(nèi)容 包括熱工工藝設(shè)計、電熱元件及有關(guān)部件設(shè)計、爐體構(gòu)件和輔助設(shè)備設(shè)計三部分。
熱工工藝設(shè)計 其內(nèi)容包括:根據(jù)工藝需要正確選擇爐型;根據(jù)裝爐工件、必要的夾具或料盤、電熱元件及其支承件等所需空間和必需的間隙確定爐膛尺寸;根據(jù)爐溫、作業(yè)制度和爐內(nèi)氣氛選定爐襯的結(jié)構(gòu)尺寸和材質(zhì);根據(jù)爐子產(chǎn)量和熱損失大小,用指標(biāo)、經(jīng)驗公式估算或作熱平衡計算,確定爐子的額定功率。估算雖然簡便,但局限性較大。普通箱式爐和井式爐的估算見表,其中爐膛容積按名義尺寸計算:箱式爐為爐口寬度、爐口高度和爐膛深度的乘積,井式爐按爐口直徑和爐膛深度計算,要求升溫快的取較大值?;蚋鶕?jù)爐溫t(℃)、冷爐升溫時間τ(h)、爐膛內(nèi)表面積F(m2),按下式估算:
式中P為爐子額定功率,kw;K為安全系數(shù),取1.2~1.3;C為系數(shù),磚砌爐襯約取25,耐火纖維爐襯約取18。熱平衡計算方法和火焰爐相同。

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