热处理电阻炉设备.ppt

第二章 电阻炉,电阻炉是最主要的、应用最广的热处理设备优点：1)控温精度和自动化程度很高，准确度可达15；2)炉温均匀性好，波动范围小，可控制在35；3)热效率高，可达45%80%(煤气炉25%)；4)便于采用可控气氛；5)结构简单紧凑，体积小，便于组成流水线生产；6)其生产和热处理工艺的机械化、自动化、生产效率和生产质量高，劳动条件好，对环境污染较小。,2.1 热处理炉的基本类型,一 周期作业炉（一）周期作业炉（二）分类（1）通用性周期作业炉（2）处理大尺寸工件的周期作业炉（3）处理小尺寸工件的周期作业炉（4）周期作业化学热处理炉,二 连续作业热处理炉三 可控气氛热处理炉四 真空热处理炉五 新型炉子及其特点,（一）周期作业炉将一批工件装入炉内，经加热保温后取出，再进行下批工件加热的炉子。特点：（1）通用性强，可适应多种工艺要求，应用广泛（2）生产和热效率低，工件温度均匀性较差，工艺过程不易控制，产品质量稳定性差。,（二）、分类（1）通用性周期作业热处理炉可分为两大系列：（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉（ii）RJ系列化列间接加热井式电阻炉 特点：进炉、出炉都手工操作，工作条件差,间接加热箱式电阻炉,井式电阻炉,（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉a、高温箱式电阻炉：最高温度1300，SiC棒作电热元件。特点：、电热元件直接布置在炉膛两侧，且不遮蔽，极少布置于炉顶和炉底，工件加热依靠热辐射。、砌筑材料要求高，高铝砖或SiC制品。,目前生产的这类高温箱式电阻炉，配置炉罐、滴注式保护气氛，可实现少氧化或无氧化、无脱碳加热。,（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉,b、中温箱式电阻炉：额定温度950，合金电热元件Ni-Cr。特点：1）电热元件布置在炉子侧壁和炉顶，依靠辐射加热工件。2）炉衬采用密度不超过1.0g/cm3的轻质耐火粘土砖砌成，保温层采用珍珠岩保温砖并填以蛭石粉、膨胀珍珠岩颗粒等材料。,（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉,b、中温箱式电阻炉：额定温度950，合金电热元件Ni-Cr。特点：3）在耐火层和保温层间夹以硅酸铝耐火纤维作为炉衬。作用：炉衬变薄、重量减轻、炉衬蓄热量减少、热损失减少、降低炉子空载功率并缩短升温时间。4）较大的炉子采用温度分区控制，增进温度均匀性，还可设置风扇，以加快传热速度。5）炉底电热元件上方敷盖耐热钢制炉底板，其材料以铬锰氮居多。,（i）Rx系列间接加热箱式电阻炉,c、低温箱式电阻炉：650 有强制气流循环和远红外辐射加热炉，前者靠对流传热。,井式电阻炉,一般用于长形工件的加热，使用吊车非常容易将工件装出炉，长形工件在井式炉里加热的变形较小。炉膛截面多为圆形，由于炉体较高，一般置于地坑中，只露出地面600700mm。对于炉膛较深的井式电阻炉，为使炉温均匀，可分几个加热区，各区温度分别控制。由于井式炉密封性较好、散热面积小，因此热效率较高(高于箱式电阻炉)。,（ii）RJ系列化列间接加热井式电阻炉 a、高温井式电阻炉：最高温度1200b、中温井式热处理炉：最高温度950高、中温井式电阻炉的特点：（1）采用合金电热元件，布置在炉膛内壁与周边（2）工件悬挂，减少变形，利于起重机装卸。缺点：（1）炉温不易均均，炉口、炉底温度偏低。（2）热气上浮，散热很大。（3）装料量比同炉膛体积的箱式炉少，生产效率低,c、低温井式电阻炉：额定温度650在炉底或炉顶设置风扇，驱动气流沿料筐内外循环流动，主要用于回火。,（2）处理大尺寸工件的周期作业炉在箱式电阻炉的基础上改装，增设机械传动机构，便于工件装卸料，炉体较大、坚固。a、滚动底式炉在炉底上铺上两条带V型槽的耐热钢轨，在槽内放耐热钢球，料盘放在滚球上运动。常用于大、中型锻模加热。,b、台车式炉加热室呈长方箱式形，在其一端或两端设有炉门；活动炉底为一台车，可沿地面上的轨道运动。常用于铸、锻件退火和正火，固定渗碳。密封性差。,c、升降底式炉由固定加热室和活动炉底组成。炉体架空固定在支架上，炉口向下和炉底可升降的炉子。炉底在地面装料后上升，将工件送入炉堂内并封闭炉口。密封性好，可通可控气氛，但需起重设备。用于可锻铸铁退火。,d、罩式炉有一开口向下的加热活动钟罩，一钟罩配有几个炉底座，对工件轮流加热和冷却。装料量大，热效率高，密封好，装卸料方便。但需用大型起重设备。适用于薄板、带钢、成卷型材等的热处理。这种炉子的应用日益广泛。,罩式电阻炉,（3）处理小尺寸工件的周期作业炉专为小尺寸工件加热设计。小尺寸零件装筐加热时常会堆积在一起影响加热速度和温度均匀性。所以：（i）应能将工件分散布置在炉中加热或加热过程中使工件不断翻转。（ii）小尺寸工件热容量小，容易降温小尺寸工件淬火加热后能迅速送入淬火槽内冷却装设机械传动机构。,(a)转筒式炉在炉膛内安装一筒状旋转炉罐，在加热过程中可不断转动。工件加热后，打开转筒口盖，然后使炉体与转筒一起倾斜将工件倒入淬火槽。可通可控气氛，渗碳，淬火正火。,(b)翻转炉底板式炉以耐热钢板作炉底，炉底板可翻转，炉膛一端与淬火槽相连。,（4）周期作业化学热处理炉井式气体渗碳炉井式炉膛+密封炉罐（马弗）炉罐的作用：保持炉内气氛的成分；防止炉气对电热元件和炉衬等的侵蚀；内设风扇，驱动炉气沿炉筐内外循环流动。适用于中、小零件的气体渗碳，以及渗碳后在炉内冷却。缺点：对直接淬火的渗碳件在出炉时表面会轻微脱碳和氧化；炉罐使加热速度减慢；炉罐高温强度不足，常在950以下。,风扇轴与炉内相通。要防止炉气的溢出并保证炉气的压力就要保证风扇轴与炉盖的密封。如图2-13所示的是活塞环式密封装置除了有石墨盘根外(盘根处再涂以二硫化钼高温润滑剂以阻止炉气的溢出)，还加有冷水套，防止风扇轴受热高温变形。,渗碳废气火苗短且外缘呈淡蓝色、有透明感，表明渗碳剂供量不足或炉子漏气。正常火苗高约250mm，炉压约240340Pa,（b）井式气体氮化炉最高使用温度一般为650，炉体结构与井式近似。炉罐通常采用不锈钢或搪瓷，禁用普钢普通钢易吸氮，使罐表面龟裂，并对氨分解起催化作用，增加氨消耗量，氨分解率不稳定，氮化无法控制。,(c)罩式气体氮化炉,（二）连续作业热处理炉1、连续作业热处理炉：指连续或间歇进行装料出料使工件顺序通过炉膛的炉子。特点：工件在炉内完成了加热（预热、升温、均温）保温，有时包括冷却的全部工艺操作。每个（每批）工件的处理条件基本相同生产效率高，产品质量稳定、生产成本低。设备费用较高，不易改变工艺，适用于品种单一的大批量生产。,2、分类（按传动机构）（1）推送式炉直通式的结构，一端安设推料机，将导轨上的零件间歇地推入炉内和推出炉外。动作可靠，推送力大，结构比较简单，但需要较大的动力设备。可用于大、中、小型工件的淬火、正火、退火、回火和化学热处理等多种用途。,气体渗碳炉（辐射管式推送式气体渗碳炉）工件运动：工件由炉子侧面推入前室，再从正面推入炉内，当被推到炉子末端后，被侧向推料机推到后室，随即进行淬火。工艺：加热、渗碳、扩散、降温保持等，要求各阶的温度和气氛各不相同炉子分成几个区段。区段长度：按料盘长度的倍数确定。加热区段为4个料盘等。区段之间温度和气氛相对独立，在区段交界处设拱门，防止各区段换热以及气氛相互混合。计算机控制。,（2）振底式炉设振动机构，使活动炉底板在炉膛内往复振动，借惯性力使工件连续向前移动。振动底板一直处于炉内，无需工夹具，炉子热效率高。依振动机构不同，可分为气动式、机械式和电磁振动式三种。,（3）传送带炉在直通式炉膛中装传送带，连续地将放在其上的工件送入炉内并通过炉膛送出炉外。优点：工件在运行过程中，加热迅速匀速，不受冲击震动，变形量小。缺点：承载能力小，使用温度低，传送带反复加热和冷却，热损失大。用途：中、小零件的中、低温加热。,（三）可控气氛热处理炉可控气氛热处理炉是我国重点发展的炉子。可控气氛热处理炉：可控气氛或保护气氛，实现工件无氧化，无脱碳加热。,1、可控气氛炉应具备的条件（1）、炉膛严格密封密封形式：炉体密封和炉罐密封两类。（a）炉体密封包括炉壳、炉门、电热元件引出孔，热电偶孔、风扇轴孔，推料机械伸出炉外的孔洞等处的密封。仅应用于电阻炉。控制电热元件受气氛侵蚀。(b)炉罐密封密封效果好，但会降低传热效果和增加炉罐材料消耗，炉子工作温度也受限制。(c)兼具上述两种采用辐射管加热器，防止炉气侵蚀元件和火焰破坏炉内气氛。,（2）炉内保持正压防止炉外空气侵入引起爆炸，保证炉内气氛稳定。措施：以一定压力供入足够的可控气体，保证可控气氛充满炉膛。在废气排出口设置水封，控制炉内压力。炉门设置装料前室及火帘装置，隔绝空气侵入，防止炉气外溢。,（3）强制炉气循环运动保证气氛和温度均匀产品质量一致。采用风扇（4）装设安全装置可控气氛多损数毒和有爆炸的危险。正确操作安防爆孔安全装置：在管路上设单向阀，截止阀，火焰逆止阀，压力测定器以及安全报警器等。（5）炉内构件抗气氛侵蚀炉衬采用含Fe1%的抗渗碳砖。,2、密封式箱式可控气氛炉（1）构成：前室、加热室、装有推拉料机构的炉前装料台。（2）电加热辐射以垂直方式安在炉膛两侧，炉顶设风扇。特点：（1）工件在可控气氛中加热、渗碳并在同一设备内淬火，克服了加热和淬火分别在两个设备中进行的缺点，既保证产品质量又改善劳动条件和减少环境污染。（2）炉子可实现机械化和自动化操作，便于与其它设备组成流水生产线。如光亮淬火炉、密封式渗碳炉。用于渗碳、氮化、淬火、正火和退火等多种热处理工艺的多用炉等。,可控井式氮化炉,（四）真空热处理炉1、真空热处理炉的工作特点真空热处理炉是炉膛或炉罐内保持真空的炉子。真空：105pa（1at）的低压空间按压强可分为 低真空（13313.3pa）中真空（13.31.3310-2pa）高真空（1.3310-21.3310-4pa）超高真室（1.3310-4pa）特点：工件在中、高真空中加上基本上不氧化、不脱碳。工件在高、超高真空下加热，合金元系和气体有探发和脱气的可能，甚至促使其氧化物分解，获得光亮表面。热交换主要靠辐射换热进行。炉罐或炉壁承受很大的外部压力。,2、外热式真空热处理炉（1）指有真空炉罐的炉子，加热装置配在炉罐外间接加热工件，大多采用电阻加热，也可采用感应加热或燃料加热。（2）炉型：箱式、井式、升降式、水平管式、双重真空式等。（3）问题：炉罐材料的可靠性。（4）炉罐材料：具有较高的高温强度，较小的膨胀系数，合金成分不易挥发、良好的焊接性和高温抗氧化性。根据炉温选择炉罐材料。（5）优点：结构简单，排气量少，易达到高真空，不存在真空放电问题，对电热元件无特殊要求。,NL系列预抽真空气氛炉,井式真空回火炉,ZR系列真空炉,双室真空箱式炉,五 新型热处理炉及其特点,RX3-S系列少氧化箱式电阻炉,RX3-S系列少氧化箱式电阻炉 特点 1.用0.6超轻质耐火砖和陶瓷纤维等混合炉衬，大大缩短起始加热时间，显著节能达20%-30%。2.特殊的炉门及滚轮密封，加上炉门内置电热丝，炉门密封良好，炉温均匀。3.专门的滴注系统和排气装置。4.双热电偶控制：一支供测试炉温，一支供过热保护。5.采用特殊的耐热达1400的金属加热元件，替代普遍的变压器和硅碳棒，操作方便，价格低廉。,微机控制箱式多用炉机组,微机控制箱式多用炉机组是一种高效、经济实用的新炉型采用滴控和氮基气氛技术，运行成本低、热处理质量好采用微机技术，对炉子的温度、气氛及工艺流程作精确的自动控制，并进行数据处理，实时显示和打印功能,用途该机组适用于机械零件的渗碳、碳氮共渗及光亮淬火等热处理。如：1.汽车、拖拉机齿轮、曲轴、钢套及摩托车零件；2.航空发动机、兵器零件；3.柴油机、铁路机车及工程机械零件；4.尤其适用于大批量生产的零部件、薄壁工件以至实心工件，5.不同表面碳浓度及表面渗层深度，并要求精确控制的各类工件。,特点（机组）1.自动化程度高，工艺软件输入微机即自动完成预定工艺参数（含碳势）的控制和工艺（程序动作，亦可手动或分段控制，并设有过程停止及屏幕显示，操作灵活方便）2.结构新颖，动作可靠，炉温均匀，碳势控制精度高。3.计算机具有温度、时间、气氛、层深等多种函数关系的数学模型及多种专用和通用软件。4.不需要深挖地基，安装方便，定位容易，可靠。5.成套性强，零件从金加工进入前清洗-加热（渗碳等）-淬火-回火-后清洗全部自动或手动完成。,微机控制系统1.组成：管理微机系统（上位机）、程序控制微机系统（下位机）2.温控功能：多用炉、淬火油温度、回火炉温度、清洗液温度进行精确实时控制 3.工艺气氛控制 安全装置1.超温保护2.自动充氮装置 3.火帘装置4.冷却水失压保护和断水报警 5.微机系统的连接信号全部采用光电隔离，抗干扰功能强,井式回火炉,RQ4-D系列微机控制井式多用炉,RQ4-D系列微机控制井式多用炉用途化学热处理：可控渗碳，碳氮共渗，液体氮碳共渗及多元共渗等。特点 1.可配用微机碳势控制柜，实现炉温、碳势、时间、有机液流量的自动控制及记录满足多种热处理工艺。2.也可配用红外线CO2 分析控制仪，达到自动控制和记录炉气的碳势之目的。,3.结构先进，特别适用于有不同技术要求的各种金属零件的小批量生产。4.特殊密封结构，气氛及热损失小，炉气压力可保持在150mm水柱。5.滴注系统设计先进，有滴量指示器、显示器及控制器。6.由先进节能炉衬组成，加热快，节能20%。7.特制炉盖和用电动液压开启，操作安全可靠。8.配上真空系统可实现脉冲式可控渗碳。,RN-K系列微机控制井式渗氮炉,特点 1.该系列电炉与KRN-W微机氮势控制柜配套，可以自动进行炉气氮势、温度、时间、气体流量和液体流量控制及记录。2.特殊的双层密封及循环风扇机组，氮势均匀性优于0.1%，炉压大于250毫米水柱。3.先进的节能炉衬，快速加热，节能达20%。4.快冷风扇系统，大大缩短生产周期。5.配上真空等装置可实现脉冲式可控渗氮。,高温网带式热处理炉机组,结构：由高温加热炉、高温网带和网带传动机构、气冷室、保护气体发生器及电控柜等部分组成。工件在高温马弗罐内随网带移动而加热，随即进入冷却段马弗罐（气冷室），在水冷套传热和气流冲刷的作用下快速冷却，达到光亮热处理的目的。,特点 1.纲带材料采用特种高温合金，使用寿命长，网带运行为无级调速，运行平衡，生产率高。2.马弗罐采用高温耐热钢板，并用特种焊接工艺，工作寿命长。3.连续式生产，工作温度高，保护气成份稳定，处理零件表面光亮，变形微小。.采用微机控制数显仪表，具有PID调节，控温精度高，工艺参数易于控制。,微机保护气氛链带炉机组,组成 前清洗机、上料机构、链带式加热炉、淬火油槽、后清洗机、回火炉、电气传动控制柜、温度控制柜以及高纯度制氮机,用途大批量生产的轴承内、外圈及垫圈、螺栓、螺母等标准件的光亮（或光洁）淬火及回火热处理有一定载重量的零件光亮淬火、回火、渗碳及碳氮共渗。,特点 1.生产过程全部自动化，可采用多种微机控制，生产效率高，载重量比纲带炉大2倍；2.链带采用高温耐热钢板冲压成形，使用寿命长；3.传动系统为无级变速，工艺过程易于调整，链带传送平稳可靠，维修方便；4.淬火炉采用电辐射管加热，特殊的密封措施，节能效果显著，便于维修；5.清洗机具有清洗、漂洗、冷却及热风烘干等功能；6.采用99.999%氮气加少量氢气或甲醇裂解气，保护效果好，无爆炸危险；7.温度和气氛采用微机控制，并设置有关显示、记录及报警系统，可按设定程序调节和操作，并设有手动设置。,网带式热处理炉及机组,由网带式加热炉，淬火油槽，保护气氛发生器（或滴注系统）、网带式清洗机、网带式回火炉及控制柜组成。,结构：由网带式加热炉，淬火油槽，保护气氛发生器（或滴注系统）、网带式清洗机、网带式回火炉及控制柜组成。用途批量生产的中小型零件在保护气氛下光洁淬火或薄层渗碳和碳氮共渗热处理，高温网带炉适用于不锈钢零件、餐具、刀具等的淬火或固溶处理。,特点 1.结构新颖、网带运行平衡，热处理后表面光洁，硬度均匀，变形小。2.连续式生产，无级调速，工艺参数易于控制。3.马弗罐及纲带寿命长，节能。4.全过程程序寿命长，省能。5.实现光亮淬火，薄层渗碳或碳氮共渗。6.温度PID调节，控温精度高，工作环境清洁。,用途1.供金属材料在真空状态下进行钎焊、除气等或对合金钢制零件进行真空-退火，回火等热处理。2.供金属材料，陶瓷材料，硬质合金粉末冶金制品在惰性或中性气氛中进行烧结钎焊等。3.供各种合金钢、工模具，量刃具的高温渗碳和油淬气冷等热处理。,特点 1.以钼丝或石墨作发热元件，全金属隔热屏，水冷炉壁，性能稳定。2.双室炉采用大型复合式闸门隔开，可缩短辅助时间，安全可靠。3.新型电机引出装置及炉胆移动机构，加热室维修更换方便。4.气体分配器设计合理，能使气流高速均匀喷向工件，热交换器效率高，冷却质量好。5.渗碳炉设有渗碳气氛供给系统和炭黑处理系统，炉内气氛循环均匀，稳定，工艺再现性好。6.淬火槽上方设有强力循环风扇，底部设有搅拌器和加热器，保证淬火质量。7.各炉型均采用晶闸管或磁性调压器调功，智能化仪表PID控温，上下限报警，PC机程控，屏幕显示，自动化程度高。8.完备的安全保障措施，操作安全方便。,全纤维双头台车式电阻炉,用途：各种金属机件和材料的回火、均温淬火等热处理用温度：950特点1)电炉设有热风搅拌装置使炉温均匀，工件受热均匀；(2)电炉装载量大、生产率高，适用于各种类型的机件回火、预热用；(3)、电炉炉衬采用全纤维结构，提高炉体保温性能，节约能源，降低生产成本；(4)、电炉装御料方便，操作条件好；(5)、炉门为前后双开式，只装料台车轮流操作，节约能源并提高效率，操作方便；(6)、电炉设有连锁保护装置，可防止因误操作而发生的故障及事故；(7)、无污染，环保效益好。,炉衬采用全纤维结构，相对砖式炉膛节能60%左右加热元件采用高温电阻合金丝绕制成带状和螺旋状，分别吊挂在炉侧、炉门、后墙及安放台车搁丝砖上，并用高铝瓷钉固定，安全简洁。台车框架采用型钢焊接成形，其钢性保证在满负荷下不变形。使用时只台车轮流进出，有效去除空炉能源浪费，节能效果非常明显。,铝合金淬火炉（立式）,主要技术参数额定温度 650 控温精度 1 有效工作尺寸 由用户提供要求淬火转移时间 8-12 秒(可调)淬火槽容积 根据用户要求设计淬火液温度 6090(可调),设备特点（1）温度均匀度实现用户要求的温度均匀度，是以循环风机、导风罩板、炉膛结构、电热功率的分配及电热元件的布置、控制方式与过程、炉门结构等关联设计来保证。（2）先进的机械系统系统的先进性由设计、元器件选型及质量、加工制造质量来保证的。机械系统运行平稳、可靠，设备处于低噪音、低振动工作状态。（3）完善的控制系统体现在100650均可实现精确控温、系统稳定可靠、操作简便、避免人为误操作、功能齐全等方面。（4）淬火转移时间迅速、可调炉底对开式炉门、倍速升降机构、先进的液压机械系统，使得淬火转移迅速、可靠，时间可以根据用户工艺要求调整。,2.2非标电阻炉设计,根据设计的原始资料进行电阻炉的结构设计，包括炉膛尺寸的确定、炉体结构的设计、功率确定、电热元件设计及安装。,一 炉体结构与加热（1）炉膛尺寸确定热处理件的形状、尺寸技术要求装料方式操作方法生产率热交换条件保证炉内温度均匀性，减少热损失，便于维修等。,2.2.1 概述,（2）炉子装载能力，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生产率指标加以确定。装载能力（kg/m2）:指单位面积炉底上所承受的炉料量。主要决定于炉底容许的承载能力，炉膛空间尺寸、炉子功率。,加热能力kg/cm2.h：炉子在单位时间内单位炉底面积所能加热的金属重量。确定方法：将炉子加热到某一试验温度并达到热稳定后，装入炉料，炉温能在1h内将其加热到试验温度的装炉量（kg/m2.h）生产率：P0=M：炉子装炉量Ae：有效炉底面积：工件加热时间,二、热处理电阻炉功率计算热平衡计算法和经验计算法两种1、热平衡计算法：根据炉子的输入总功率=各项能量消耗总和的原则确定炉子功率的方法。,2、主要能量支出项,炉子能量消耗Q件 Q散 Q蓄 Q溢 Q辐 Q控 Q短 Q辅 Q供 Q它,（3）不同炉子的能量消耗对连续作业炉炉子热制度稳定，Q蓄是一次性的损失，设计时可忽略 周期炉炉子热制度受周期性操作的影响 退火炉，渗碳炉等加热阶段所需功率最大，保温阶段次之，冷却和装卸料阶段无需供热。,（4）功率储备：Q计为维持炉子正常工作所必不可少的热量支出，在生产实际中还必须考虑某些具体情况，如炉子长期使用后炉衬局部损坏引起热损失增加，电压波动，电热元件老化引起炉子功率下降，以及工艺制度变更要求提高功率等，所以要求有功率储备。,三、热处理电阻炉的技术经济指标（一）分为两类满足工艺要求的指标如炉子的额定功率、额定温度、生产率、炉膛尺寸、温度均匀性等满足节能要求的指标炉子热效率、空载功率、炉外壁温升、砌体蓄热量、空炉升温时间等。,（二）炉子热效率指加热工件的有效热量占炉子总耗热量的百分数，常用来衡量炉子热能利用率的大小。提高方法：减小炉子热损失提高加热工件的有效热。一般3080%，要求40%以上。,（三）空载功率：指没有装料的炉子升温至额定温度并已达到热稳定状态后的功率消耗。空载热损失：炉壁散热、炉门散热、外伸构件散热、炉壁缝隙溢气热损失等。降低空载功率方法：提高炉衬的砌造质量和保温能力,（四）炉外壁表面温升指炉子在额定温度下的热稳定状态时，外壁温度与环境之差，是炉子保温性能的指标。对Rx：炉壁、炉顶50，炉门50,（五）砌体蓄热量决定于炉衬材料的体积密度，比热容、加热温度。使用后与炉子的停炉时间有关。,（六）空炉升温时间指经烘干的、没有装炉料的炉子从冷态（室温状态）加上额定电压（金属电热元件电阻炉）或额定功率（硅碳棒电阻炉）达到额定温度所经历的时间。常在炉衬未达到热稳定态之前达到。,减小空炉升温时间的措施：提高炉壁单位面积的功率。采用热导率小，密度低，比热容小的耐火材料和保温材料减缓炉衬传热过程，减少散热和蓄热损失Rx3或RQ3（气体渗碳炉）2.53.0h，炉小，取下限。,四电阻炉的节能,1)尽可能的使用耐火纤维作炉衬。2)炉衬内壁上及工件表面喷涂高红外辐射率(黑度)的涂料。强化内壁的吸收以及辐射性能和工件吸收内壁辐射的能力，缩短炉子和工件的升温时间，一般可节能5%10%。,3)炉子外壳喷涂银灰色油漆或刷银粉，散热量可下降约22%。炉壳内壁衬一层薄石棉板，既可吸收耐火材料散发出来的水蒸气、避免炉壳内壁发生锈蚀，又可降低热损失。4)电阻炉内安装强辐射元件，既提高了炉子内壁的辐射面积，又提高了辐射率，可提高16%36%。,5)在电阻丝布置允许的条件下，尽量降低箱式电阻炉炉膛高度，缩短空炉升温时间，提高工件加热速度。6)加强炉子密封，1cm2小孔的热损失比炉壳表面的热损失大50倍左右，大孔可大到100倍以上。因井式电阻炉的密封性大于箱式电阻炉，故其热效率也高于箱式电阻炉。7)用圆形炉膛比箱式炉膛的炉外壁表面积、散热量、温度及能耗均降低约7%左右，有一定的节能作用。另外，圆形炉膛可强化炉膛对工件均匀传热效果，不加风扇时温度均匀性可达5，加风扇和导风系统时温度均匀性可达1.5。,8)尽量加装风扇，以加强炉气的对流传热，特别是化学热处理炉。9)尽可能使用高质量的耐热钢制作的尺寸小、结构强度大的工装夹具。10)采用比例控制使炉温与设定点较好地吻合，可及时根据炉况调整热负荷而节能。11)采用晶闸管、固态继电器、磁性调压器等先进的控制技术。,12)其他方面，如炉门上安装电热元件，采用辐射管加热元件，实施热装炉及提高炉温进行快速加热，炉底不与地基接触。在炉膛顶部、炉底板下部布置电热元件，达到上下两面均匀加热等。,2.2.2电阻炉结构设计,1 炉底面积：防止工件装、出料时碰撞电热元件，保证工件温度的均匀性，工件与电热元件、工件与炉膛前、后壁应保持一定的距离（0.10.15m）。用于布料的面积称为有效面积。,一、炉膛尺寸的确定,炉底面积的确定实际排料法 L=l+(0.20.3)；B=b+(0.20.3)L：炉底长度；l：布料区的长度；B：炉底宽度；b：布料区的宽度,一、炉膛尺寸的确定,加热能力指标法 A=Ae/（7085%），A为炉底总面积 B=(1/22/3)L P：炉子生产率（Kg/h）,2 炉膛高度炉膛高度指炉底面至炉顶拱角的垂直距离。高、中温电阻炉的炉膛高度比低温炉高；周期作业的退火炉和渗碳炉的炉膛应高一些。对短固期作业的（淬火炉和正火炉以及强制气流循环的炉子）：低一些。根据统计资料，炉膛高度H与炉膛宽度B之比多在0.50.9范围内变动目前则多取中、下限数值，即H/B为0.60.7左右。,井式电阻炉炉膛尺寸的确定 多按照排料法，工件之间的距离一般小于其直径或厚度，工件至电热元件的距离应保持0.10.2m，距炉口砖下沿和炉底0.150.25m,二、炉体结构设计,炉体包括炉底、炉墙、炉顶、炉门和炉壳。1.炉底 炉底承受着工件、墙和炉顶的压力。在炉壳的底板上用硅藻土砖侧砌成方格子，然后在方格子中填充散状的蛭石粉或珍珠岩后，再平铺12层硅藻土砖，之后再铺一层轻质粘土砖，其上砌筑支撑炉底或导轨的重质粘土砖和炉底电热元件搁砖。炉底砖缝(灰缝)应小于3mm。,2.炉墙（1）中、低温电阻炉：炉墙一般为二层。内层为耐火层，由轻质耐火粘土砖砌成，外层为绝热层，由硅藻土砖、蛭石粉或珍珠岩组成（2）高温电阻炉：炉墙结构为三层。内层由重质耐火粘土砖或高铝砖砌成，中层为过渡层，一般也用轻质耐火粘土砖砌成外层采用硅藻土砖砌筑。炉墙砖缝(灰缝)应小于2mm。,2.炉墙,（3）当炉子工作温度低于500炉衬只有绝热层，炉壳由内外层钢板焊成，钢板层间填充保温材料作保温层。炉墙砌体厚度：以保证必要的强度和保持炉温的能力，尽量减少蓄热和散热损失，尺寸可根据经验确定，也可通过传热学公式计算得到。另外，还应注意硅酸铝耐火纤维的使用。,3.炉顶 拱顶和平顶一般电阻炉炉顶结构形式为拱顶炉宽大于4m的电阻炉常采用吊装平顶炉膛宽度很小的炉子(如15kW箱式电阻炉)则采用整砖平顶。,4.炉门部分包括炉门孔、炉门和炉门框。炉门孔的截面尺寸应小于炉膛截面尺寸，以减少散热损失并保护电热元件。炉门孔的砖砌体经常受到工件摩擦撞击，故多采用密度较大的重质耐火砖砌筑。,5.炉壳 炉壳常由35mm钢板焊接而成，对可控气氛热处理炉必须连续焊接，焊后用煤油检漏。构架及炉壳焊后应内外喷涂防锈漆，外层再刷银粉，以增加美观和防锈能力，并减少辐射热损失。,2.2.3 电阻炉功率的确定及电热元件接线,一、电阻炉功率的理论计算法,理论计算法的原理是炉子总功率(热量收入)应等于热量支出的总和。1.热量支出项目1)加热金属工件的有效热效。2)炉衬散失的热量衬。3)炉墙积蓄的热量蓄。4)通过炉门和缝隙溢出热气损失的热量溢。5)炉门和缝隙辐射出的热量辐。6)炉内工夹具、支架等所消耗的热量夹。7)加热可控气氛所需的热量控。,8)其他热损失其他，指炉膛中某些金属构件通过炉衬所造成的热损失，如电热元件引出棒、热电偶管以及机械构件、炉罐等所造成的热损失(通常也叫做热短路热损失短)以及其他难以估计的热损失，一般为上述总热损失的1.11.3倍。热量支出的总和总为：,2.确定功率将总换算成功率P：,K安全系数，考虑到电压波动、电热元件老化、强化加热制度以及其他难以估计的情况，一般周期作业炉K=1.21.5，连续作业炉K=1.21.3。在电阻炉设计中，有两项重要指标可检验设计和使用的效果，即炉子效率、炉子空载热损失空载。,二、电阻炉功率的经验计算法,1.类比法 类比法是与同类炉子相比较的方法，即将所设计的炉子的炉膛尺寸、砌体的材料和尺寸、生产率及热处理工艺等技术条件与相类似的炉子进行对比，并进行相应的换算和适当的调整，从而确定新炉子的功率。类比法除了可直接确定炉子的功率外，还是校验理论计算法和经验计算法所得功率正确性的有效方法。,2.按炉膛容积确定功率 依据经验统计，普通箱式电阻炉和井式电阻炉的炉膛容积V和功率P之间的关系如图2-14所示，图中斜线12、23、34、45分别对应1200、1000、700、400炉温与炉膛容积、功率之间的关系。,三、炉子功率分配和电热元件接线,1.功率的分配(1)箱式、台车式电阻炉1）炉膛长度不超过1m的小型箱式炉，可将功率平均分布。2）功率小于100kW的不必分段布置功率，但可在温度较低或需要加大功率处，将电热元件排得密些。3）较大型箱式及台车式炉，应在炉门上布置一定电热元件。4）新型箱式炉后墙亦安装了电热元件。在炉口一端约占炉膛长度1/31/4处加大平均功率的15%25%左右，在加大功率处也可将电热元件排布得密些。,(2)井式电阻炉电热元件一般只布置在炉内壁四周，炉底一般不布置电热元件。在炉膛深度方向上，应采取功率相同的数个加热区，每区的高度约略等于炉膛的直径。,(3)连续式作业电阻炉根据工件加热的要求，计算出炉内加热、保温等各段功率，但炉子两端的进出料段应各加大平均功率的20%左右。,2.电阻炉的接线 我国供电系统中大多采用线电压为380V的三相供电电压。决定炉子接线时，必须同时考虑功率、电压、相数等量。,2.电阻炉的接线（1）当炉子功率小于25kW时，采用220V串联或380V串联联结（2）当炉子功率为2575kW时，采用三相380V星形联结或三相220V 三角形联结。（3）当炉子功率大于75kW时，可将电热元件分成两组或两组以上的三相380V星形联结或三相220V三角形联结，每组功率以3075kW为宜，即每相功率在1025kW之间。目的：每一电热元件的功率不至于过大，便于调节炉温并保持其均匀性，而且电热元件的尺寸也比较合适，便于布置安装。,2.2.3电热元件的材料选择、计算与安装,一、电热元件材料应具有的性能,(1)高的耐热性和高温强度电热元件的工作温度应比炉膛温度高100200在高温长时间工作时不氧化、不变形、不熔化、不倒塌。,(2)高的电阻率在电热元件端电压一定，炉子的功率一定时，电热元件的电阻率越大，所使用电热元件的长度就会越短，既能节约材料又便于安装。,(3)小的电阻温度系数电热元件的电阻率会随温度的变化而变化，因而在不同温度下炉子的功率也会不同。选择电阻温度系数小的电热元件，可保持比较稳定的功率。电热元件电阻值随温度变化的规律，可用式(2-2)来表示：,(4)较小的热膨胀系数电热元件的热膨胀系数不能太大，而且在设计安装电热元件时，应留有一定的膨胀余量。(5)良好的加工性加工性指电热元件的成型能力和可焊接的能力。(6)抵抗不良气氛侵蚀的能力(7)低成本,二、常用电热元件的材料及其性能,包括金属材料和非金属材料两大类,1.金属电热元件 分为合金类铁铬铝系、镍铬系及高熔点金属三类。,2.非金属电热元件非金属电热元件主要有以下三类：(1)碳化硅电热元件主要成分为SiC，元件形状为棒状，故称为硅碳棒。硅碳棒材质脆，强度低，易断裂，安装使用过程中要特别注意。,(2)二硅化钼电热元件主要原料是硅粉和钼粉，用粉末冶金方法烧结压制而成。电阻温度系数很大，为了保证炉子功率不变，应配备变压器。,2.非金属电热元件,(3)碳系电热元件石墨、碳粒和各种碳制品都属于碳系电热元件石墨电热元件应用最广，可应用于炉温为14002500的高温炉。石墨热膨胀系数小，热导率大，抗热性好，一般制成管状和带状使用。,三、电热元件的表面负荷率,电热元件的表面负荷率：指电热元件单位表面积上所发出的电功率，单位为kW/m2，以英文字母W表示。电热元件的表面负荷率越高，发出的热量就越多，元件本身的温度就越高，其所用元件材料的数量就越少。但表面负荷率过高，电热元件会因温度过高，氧化加速而缩短使用寿命，甚至产生变形、倒塌、熔化。在计算电热元件尺寸时，表面负荷率应有一个允许的数值，称为允许表面负荷率W允。W允的确定与元件的材料、工作温度、散热条件等因素有关。,元件的材质不同，其W允也不同。元件工作的温度越高，W允的数值应选的越低元件的散热条件越好，则W允的数值可选越高。0Cr25Al5在1300工作时W允的下限数值为57kW/m2。,四、电热元件的计算,仅介绍合金电热元件的计算1.电热元件尺寸的公式计算法 设某电阻炉有n个电热元件，炉子的安装功率为P安(kW)，则每个电热元件的功率为：,假设电热元件的端电压为U，则可求出其在工作温度下的电阻值Rt：,Rt又可表示为,Rt又可表示为,式中l电热元件截面周长(mm)。整理后可得：,2.电热元件尺寸的图表计算法图2-16是0Cr25Al5线状电热元件的计算图表，适用于各种常用的电阻炉及1.57mm的电热元件。现举例说明该图的用法。已知45kW箱式电阻炉电源电压为380V，采用三相两组串联星形联接，求电热元件的直径和长度。,五 电热元件的结构尺寸,螺旋形线状电热元件结构尺寸图d：元件直径 D：螺旋直径 h：螺旋节距 L柱：螺旋柱长度,螺旋直径：应满足绕制工艺、安装空间尺寸以及元件高温结构强度的要求。当线状电热元件的直径d3mm时，螺旋直径D与d的关系见表。,线状电热元件的螺旋直径D,螺旋节距h：h=（2-4）d元件螺旋柱长度L柱可由下式确定：,六、电热元件的安装,1.电热元件的安装方式 应有利于提高炉子的加热能力，元件的使用寿命并便于炉子的操作和电热元件的维修。线状电热元件在炉内的安装方式a)侧墙安装法b)炉底安装法c)炉顶安装法线状,六、电热元件的安装,带状电热元件在炉内的安装方式,2.电热元件引出端的结构通过引出棒穿过炉墙引出（1）引出棒的材料一般为不锈钢，与电热元件端部焊接在一起。（2）截面积应为元件截面积的三倍以上：防止引出棒温度过高。（3）电热元件引出端应与金属壳绝缘。（4）应保证炉体密封和拆装方便。,3.电热元件的焊接 电热元件之间、电热元件与引出棒之间采用直接焊接连接。铁铬铝合金：焊接性较差，焊接时易形成不易消除的粗大晶粒，因此，要快速焊接，以限制受热范围及过热程度，一般采用电弧焊，最好采用氩弧焊。镍铬合金：焊接性能好，可采用电弧焊或氧乙炔焊，焊接时所用焊条应与电热元件材料相同，但对铁铬铝合金元件，炉温低于950时，可用镍铬合金焊条。,a，b)线状铁铬铝元件间的焊接c）线状镍铬元件之间的焊接d)带状铁铬铝和镍铬元件间的焊接,电热元件与引出棒的焊接与引出棒的材料有关。当采用不锈钢材料的引出棒时：线状铁铬铝元件与引出棒一般采用钻孔焊，也可采用铣槽焊，图2-22；带状铁铬铝元件与引出棒之间的焊接一般采用铣槽焊线状及带状镍铬元件与引出棒多采用搭焊。为保证焊接区电热元件强度，搭焊时端部应留有510 mm的不焊接区,设计一台箱式中温电阻炉，已知：1）工件的材料及类型：碳钢及低合金钢的中小型毛坯或工件。2）热处理工艺：淬火，正火及调质。3）实际生产率：G=170Kg/h。4）最高工作温度：9505）生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产，处理批量为多品种小批量。,步骤一：炉膛尺寸的确定步骤二：炉衬材料及尺寸的确定步骤三：功率的确定步骤四：功率分布与接线方法步骤五：金属电热元件的计算步骤六：电热元件的安装尺寸,