热处理设备(2)课件.ppt

1、1Equipments for Heat Treatment 2电阻加热炉：电阻加热炉：将电流通入金属或非金属将电流通入金属或非金属电热元件，使其发出热量，借辐射与对电热元件，使其发出热量，借辐射与对流作用将热量传给被加热的工件，从而流作用将热量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定温度的炉子。使工件加热到规定温度的炉子。优点：优点：结构简单，操作方便，工作温度结构简单，操作方便，工作温度范围广泛，容易准确控制温度，炉膛温范围广泛，容易准确控制温度，炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作。易实现机械化和自动化操作。3电阻加热炉电阻加热

2、炉4电阻加热炉的分类电阻加热炉的分类按工作温度分类按工作温度分类v低温炉：低温炉：650v中温炉：中温炉：6501000v高温炉：高温炉：1000按炉膛介质分类按炉膛介质分类v自然介质炉自然介质炉v浴炉浴炉v可控气氛炉可控气氛炉v真空炉真空炉5按炉膛形状分类按炉膛形状分类v箱式炉箱式炉v井式炉井式炉v罩式炉罩式炉v直通式炉直通式炉按专门化程度分类按专门化程度分类v通用炉通用炉v专用炉专用炉日本的移动罩式热处理炉日本的移动罩式热处理炉6按工艺用途分类分类按工艺用途分类分类v退火炉退火炉v正火炉正火炉v淬火炉淬火炉v回火炉回火炉v渗碳炉渗碳炉v氮化炉氮化炉按作业规程分类按作业规程分类v周期式炉周期

3、式炉v连续式炉连续式炉v半连续式炉半连续式炉井式真空回火炉井式真空回火炉7一、周期作业式电阻加热炉一、周期作业式电阻加热炉工作特点工作特点 周期地分批处理工件，在加热过程中不进行周期地分批处理工件，在加热过程中不进行装料和出料操作，生产能力较低。装料和出料操作，生产能力较低。适用性适用性 适用于小规模生产的热处理车间。适用于小规模生产的热处理车间。主要炉型主要炉型 箱式炉、井式炉、台车式炉、罩式炉箱式炉、井式炉、台车式炉、罩式炉8(一一) 箱式电阻炉箱式电阻炉1、适用性、适用性 箱式电阻炉在机器制造厂热处理车间得到广箱式电阻炉在机器制造厂热处理车间得到广泛应用，适用于中小型零件的热处理，如退泛

4、应用，适用于中小型零件的热处理，如退火、正火、淬火、回火和固体渗碳等，特别火、正火、淬火、回火和固体渗碳等，特别是对单件和小批量生产的车间采用的更多。是对单件和小批量生产的车间采用的更多。 2、分类、分类低温炉：低温炉：650中温炉：中温炉：6501000（最常用最常用）高温炉：高温炉：100092、命名方式、命名方式 RX R电阻炉；电阻炉；X箱式炉；箱式炉；J井式炉；井式炉； T台车式炉台车式炉 RQX可通入保护气体的箱式电阻炉可通入保护气体的箱式电阻炉设计序号设计序号 功率功率KW 百分之最高工作温度百分之最高工作温度（取整数取整数）10113、中温箱式电阻炉、中温箱式电阻炉12结构特点

5、结构特点v炉壳、炉衬、加热元件以及配套电气控制系统。炉壳、炉衬、加热元件以及配套电气控制系统。v采用全部纤维炉衬，由矿渣棉纤维、岩棉纤维、采用全部纤维炉衬，由矿渣棉纤维、岩棉纤维、普通硅酸铝纤维做保温层，高纯硅酸铝纤维做普通硅酸铝纤维做保温层，高纯硅酸铝纤维做耐火层，可节能耐火层，可节能20%以上，缩短空炉升温时间。以上，缩短空炉升温时间。v加热元件：高电阻率铁铬铝或镍铬合金丝绕成加热元件：高电阻率铁铬铝或镍铬合金丝绕成螺旋体。螺旋体。缺点：冷炉升温慢，炉膛内温度不均匀，工缺点：冷炉升温慢，炉膛内温度不均匀，工件容易产生氧化和脱碳，操作不方便，特别件容易产生氧化和脱碳，操作不方便，特别是大型箱

6、式炉，操作劳动强度大。是大型箱式炉，操作劳动强度大。134、高温箱式电阻炉、高温箱式电阻炉14结构特点结构特点v结构与中温炉相似结构与中温炉相似v炉衬三层：高铝砖耐火层轻质粘土砖中间层炉衬三层：高铝砖耐火层轻质粘土砖中间层保温填料保温填料v炉墙厚、炉门深、炉底多用碳化硅或重质高铝炉墙厚、炉门深、炉底多用碳化硅或重质高铝砖制成砖制成v加热元件：碳化硅加热元件：碳化硅1350（铁铬铝铁铬铝1200）缺点：缺点：工件加热过程中氧化脱碳严重，不使工件加热过程中氧化脱碳严重，不使用保护气体或其它保护方法就无法使用，已用保护气体或其它保护方法就无法使用，已逐渐被盐浴炉和真空炉代替。逐渐被盐浴炉和真空炉代替

7、。用途：用途：高速钢或高温合金模具钢的淬火加热高速钢或高温合金模具钢的淬火加热.155、低温箱式电阻炉、低温箱式电阻炉 多用于回火，主要靠对流换热，我国无定型多用于回火，主要靠对流换热，我国无定型产品。产品。6、圆体箱式电阻炉、圆体箱式电阻炉 近年发展起来，外表面积小，蓄热少，热损近年发展起来，外表面积小，蓄热少，热损比比RX系列减少系列减少20%以上。以上。16圆圆体体箱箱式式电电阻阻炉炉17(二二) 井式电阻炉井式电阻炉1、适用性、适用性 井式电阻炉常用来井式电阻炉常用来加热细长工件加热细长工件，因为在吊，因为在吊挂状态下加热可以防止工件产生弯曲，小型挂状态下加热可以防止工件产生弯曲，小型

8、零件可以放在料框中再送入炉内加热，装炉零件可以放在料框中再送入炉内加热，装炉与出炉采用起重设备，操作方便。与出炉采用起重设备，操作方便。 2、特点、特点炉膛较深，上下散热条件不一样，为使炉膛炉膛较深，上下散热条件不一样，为使炉膛温度均匀，常分区布置电热元件，各区单独温度均匀，常分区布置电热元件，各区单独控制温度；控制温度；密封性好，散热面积小，热效率较高。密封性好，散热面积小，热效率较高。18193、高、中温井式电阻炉、高、中温井式电阻炉20结构特点结构特点v结构与箱式炉相似结构与箱式炉相似v炉壳、炉衬、加热元件、炉盖以及起闭机构炉壳、炉衬、加热元件、炉盖以及起闭机构缺点：缺点：装炉量少，生产

9、效率低。装炉量少，生产效率低。用途：用途：常用于质量要求较高的零件。常用于质量要求较高的零件。21224、低温井式电阻炉、低温井式电阻炉结构特点结构特点v结构与中温井式炉相似结构与中温井式炉相似v炉壳、炉衬、加热元件、导风筒、风扇、炉盖炉壳、炉衬、加热元件、导风筒、风扇、炉盖以及起闭机构以及起闭机构v主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流特点：特点：装炉量较高，炉内温度均匀，装出料装炉量较高，炉内温度均匀，装出料方便。方便。用途：用途：广泛用于零件的回火（广泛用于零件的回火（ 650 ）。）。235、井式气体渗碳炉、井式气体渗碳炉24结构特点结构特点v炉壳

10、、炉衬、炉壳、炉衬、炉罐、炉罐、加热元件、加热元件、滴注器、滴注器、风扇、风扇、炉盖以及起闭机构、温度控制及炉盖以及起闭机构、温度控制及碳势控制装置碳势控制装置v主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流特点：特点：工件在炉罐内加热，速度较慢。工件在炉罐内加热，速度较慢。用途：用途：主要常用机械零件渗碳、渗氮及碳氮主要常用机械零件渗碳、渗氮及碳氮共渗等化学热处理。共渗等化学热处理。2526二、连续作业式电阻加热炉二、连续作业式电阻加热炉工作特点工作特点 炉膛是直通式的，有两个炉门，一个进料，炉膛是直通式的，有两个炉门，一个进料，一个出料。工作时，被加热工件从进

11、料门进一个出料。工作时，被加热工件从进料门进入炉膛内，沿着炉长方向移动，在移动中逐入炉膛内，沿着炉长方向移动，在移动中逐渐被加热，加热保温后从出料门出炉，因而渐被加热，加热保温后从出料门出炉，因而整个作业是连续的。如果间隔一定时间才装整个作业是连续的。如果间隔一定时间才装料与出料，即为料与出料，即为脉动作业脉动作业，也可将其视为连，也可将其视为连续作业。续作业。 炉膛：加热段保温段（炉膛：加热段保温段（冷却段冷却段）27优缺点优缺点 炉子的机械化与自动化程度较高，可以节省炉子的机械化与自动化程度较高，可以节省人力，提高产品质量；又可提高热效率，节人力，提高产品质量；又可提高热效率，节省电力消耗

12、；生产能力高。但设备投资费用省电力消耗；生产能力高。但设备投资费用高，且不易改变工艺。高，且不易改变工艺。适用性适用性 适用于处理大量生产的零件。适用于处理大量生产的零件。主要炉型主要炉型 输送带式炉、网带式炉、推杆式炉、震底式输送带式炉、网带式炉、推杆式炉、震底式炉、转底式炉、滚筒式炉等。炉、转底式炉、滚筒式炉等。28291、输送带式电阻炉、输送带式电阻炉30结构特点结构特点v工字钢、炉底板、输送带：工字钢、炉底板、输送带：耐热钢耐热钢v三段控温：三段控温：100kW40kW40kWv主动轮位于出料端，通过电机和减速器调节输送带速度主动轮位于出料端，通过电机和减速器调节输送带速度v从动轮设有

13、平衡重锤，调节输送带张紧程度从动轮设有平衡重锤，调节输送带张紧程度v出料端接冷却淬火槽出料端接冷却淬火槽特点：特点：tmax 875 温度过高和负荷过重时，易使输送带断裂温度过高和负荷过重时，易使输送带断裂用途：用途：适用于大批生产的中小型工件的热处理，适用于大批生产的中小型工件的热处理，如标准件、轴承套圈等；也可使用保护气进行光如标准件、轴承套圈等；也可使用保护气进行光亮或光洁热处理。亮或光洁热处理。31RC-65-2RC-65-2型传送带型传送带式电阻回火炉式电阻回火炉SL65-21ASL65-21A型传送带型传送带式电阻加热炉式电阻加热炉32炉底板及其上的工炉底板及其上的工件加速前进，当

14、速件加速前进，当速度达到一定值时，度达到一定值时，炉底板突然停止运炉底板突然停止运动，工件便借惯性动，工件便借惯性力克服摩擦力而继力克服摩擦力而继续向前移动一定距续向前移动一定距离，然后炉底板缓离，然后炉底板缓慢回复原位；慢回复原位；利用压缩空气利用压缩空气作动力，推动作动力，推动气缸中活塞作气缸中活塞作往复运动，从往复运动，从而带动炉底板而带动炉底板作往复运动；作往复运动；炉底板用耐热钢铸造炉底板用耐热钢铸造加工而成，整个炉底加工而成，整个炉底板为槽形；板为槽形； 一般适用于一般适用于950950以内的热处理；螺栓、垫圈等形状简单、以内的热处理；螺栓、垫圈等形状简单、不怕碰撞的中小型零件；正

15、火、回火处理，也可向炉内通入不怕碰撞的中小型零件；正火、回火处理，也可向炉内通入保护气氛进行光亮或光洁热处理。保护气氛进行光亮或光洁热处理。 2、振底式电阻炉、振底式电阻炉33推杆将料盘推杆将料盘推入炉内；推入炉内；复杂工件放复杂工件放入料盘内；入料盘内；三段式加热，电热体三段式加热，电热体置于侧墙或炉顶；置于侧墙或炉顶；特点：特点：炉膛长度有限，否则料盘过多易发生料盘起拱，工件脱炉膛长度有限，否则料盘过多易发生料盘起拱，工件脱落；料盘本身热损失大；结构复杂；落；料盘本身热损失大；结构复杂；适用性：适用性：适用于中小型零件的淬火、正火、回火、渗碳处理。适用于中小型零件的淬火、正火、回火、渗碳处

16、理。3、推杆式电阻炉、推杆式电阻炉3435一、炉型的选择一、炉型的选择工件的特点（形状、尺寸、重量）工件的特点（形状、尺寸、重量）技术要求技术要求产量大小产量大小劳动条件、机械化和自动化水平劳动条件、机械化和自动化水平节省能源节省能源炉子性能炉子性能其它：建造、维修、投资等其它：建造、维修、投资等目标：优质、高效、低耗、清洁、灵活目标：优质、高效、低耗、清洁、灵活36二、炉膛尺寸的确定二、炉膛尺寸的确定 炉膛尺寸根据工件的形状、尺寸、技术要炉膛尺寸根据工件的形状、尺寸、技术要求，装卸料方式、操作方法和生产率来决定，求，装卸料方式、操作方法和生产率来决定，同时还应考虑造成炉膛内的热交换条件，保同

17、时还应考虑造成炉膛内的热交换条件，保证炉内温度均匀性；减少热损失和便于电热证炉内温度均匀性；减少热损失和便于电热元件、炉内构件更换以及炉子维修等。元件、炉内构件更换以及炉子维修等。37箱式炉炉膛尺寸箱式炉炉膛尺寸有效尺寸有效尺寸 B效效L效效H效效砌砖内腔尺寸砌砖内腔尺寸 BLH38(一一) 炉底面积的确定炉底面积的确定根据炉子一次装料量根据炉子一次装料量v批量不大，工件尺寸较大且形状特殊。批量不大，工件尺寸较大且形状特殊。v根据炉子一次装料量，将工件实际摆放面积作为根据炉子一次装料量，将工件实际摆放面积作为炉底有效面积；工件之间，工件与电热体之间要炉底有效面积；工件之间，工件与电热体之间要有

18、间隙；工件与炉门之间有间隙。有间隙；工件与炉门之间有间隙。v炉膛长度炉膛长度 LL10.20.3（m）v炉膛宽度炉膛宽度 BB10.20.3（m）vL1、B1为炉子有效长度和有效宽度（为炉子有效长度和有效宽度（m），）， B1 / L12/31/239根据炉底强度指标计算根据炉底强度指标计算v工件加热周期和装炉量不明确时，可以按炉底强工件加热周期和装炉量不明确时，可以按炉底强度度h（kg/m2h）指标粗略计算。）指标粗略计算。v炉底有效面积炉底有效面积 A1P/h（m2）v炉底实际面积炉底实际面积 AA1/K（m2）vP炉子生产率（炉子生产率（ kg/h ），），vK炉底面积利用系数，炉底面积

19、利用系数，K=0.70.85v根据炉底面积和炉底长度与炉底宽度比（约根据炉底面积和炉底长度与炉底宽度比（约3:2），再确定长度和宽度。），再确定长度和宽度。v炉底宽度炉底宽度AB32炉底强度：炉底强度：单位面积生产率，单位面积生产率，即炉子单位时间内单位炉底面即炉子单位时间内单位炉底面积所能加热的金属重量。积所能加热的金属重量。4041(二二) 炉膛高度的确定炉膛高度的确定炉膛高度：炉底面至炉顶拱角的距离。炉膛高度：炉底面至炉顶拱角的距离。炉膛高度没有严格的计算方法，炉膛高度没有严格的计算方法，H/B0.520.9，一般取，一般取0.8v小炉子取大值，大炉子取小值；小炉子取大值，大炉子取小值；

20、v作业周期长的炉子，如退火和渗碳炉，装料较高，作业周期长的炉子，如退火和渗碳炉，装料较高，炉膛应高些；炉膛应高些；v作业周期短的炉子，如淬火和正火装料一般不能作业周期短的炉子，如淬火和正火装料一般不能太高，炉膛要求低一点；太高，炉膛要求低一点；v一般情况下，要保证炉料上部有一般情况下，要保证炉料上部有200300mm的的空间，有利于辐射和对流传热。空间，有利于辐射和对流传热。42(三三) 砌体及外形尺寸的确定（砌体及外形尺寸的确定（炉体结构设计炉体结构设计）炉体：炉体：包括炉墙、炉底、路顶和炉门，通常包括炉墙、炉底、路顶和炉门，通常由耐火材料和隔热材料砌筑。由耐火材料和隔热材料砌筑。砌体：砌体

21、：一般分为耐火层和保温层，各层厚度一般分为耐火层和保温层，各层厚度与炉温和功率大小有关。与炉温和功率大小有关。设计砌体应考虑的问题：设计砌体应考虑的问题：v教材教材P71: (1)(4)431、炉墙、炉墙 炉墙主要为砌砖体，外部为炉壳钢板，炉壳与保温炉墙主要为砌砖体，外部为炉壳钢板，炉壳与保温层之间有层之间有510mm石棉板。石棉板。中、低温炉中、低温炉vt 300，钢板保温材料钢板，钢板保温材料钢板v300 t 700，轻质粘土砖蛭石粉或硅藻土砖保温，轻质粘土砖蛭石粉或硅藻土砖保温材料钢板材料钢板v700 t 1000，耐火层保温层，耐火层保温层高温炉：高温炉：1000 4.0 m (拱顶结

22、构侧压力过大时采用拱顶结构侧压力过大时采用)v平顶：平顶：B 0.40.6 m463、炉底、炉底结构：结构：从下到上依次为钢板、硅藻土和蛭石从下到上依次为钢板、硅藻土和蛭石粉、硅藻土或轻质砖、耐火砖粉、硅藻土或轻质砖、耐火砖特点：特点：要求较高的耐压强度，砌层厚度也常要求较高的耐压强度，砌层厚度也常比炉墙厚。比炉墙厚。4、炉门、炉门炉门口：炉门口：大小主要由工件尺寸决定，应保证大小主要由工件尺寸决定，应保证工件进出炉操作方便，但稍小于炉膛尺寸；工件进出炉操作方便，但稍小于炉膛尺寸；因炉门口常受到冲击、碰撞和摩擦，故炉门因炉门口常受到冲击、碰撞和摩擦，故炉门口常采用重质砖砌筑。口常采用重质砖砌筑

23、。47炉门炉门v关闭严密，保温性能好；关闭严密，保温性能好；v重量轻，启动灵活；重量轻，启动灵活；v强度好，经常开关不易损坏；强度好，经常开关不易损坏；v炉门比炉门口稍大，边缘重叠炉门比炉门口稍大，边缘重叠95130mm；v炉门上有窥视孔炉门上有窥视孔炉门框炉门框v常用铸造或钢板焊接制造常用铸造或钢板焊接制造485、炉架与炉壳、炉架与炉壳承受各种作用力，增加强度和密闭性；承受各种作用力，增加强度和密闭性；炉架用钢和槽钢焊接而成；炉架用钢和槽钢焊接而成；炉壳常用炉壳常用35mm钢板焊接而成。钢板焊接而成。49一、确定功率的考虑因素一、确定功率的考虑因素炉子生产率炉子生产率升温时间升温时间炉膛尺寸

24、炉膛尺寸炉子结构炉子结构工件的工艺规程工件的工艺规程操作方法操作方法50二、经验法确定功率二、经验法确定功率 特点：简便、快捷、局限性特点：简便、快捷、局限性1、经验公式法、经验公式法 最常用的经验公式是按炉膛容积确定功率最常用的经验公式是按炉膛容积确定功率51首先计算出炉膛容积，首先计算出炉膛容积，再根据炉子工作温度再根据炉子工作温度确定炉子功率。确定炉子功率。没有考虑没有考虑炉子升温炉子升温速率速率曲线曲线适用于容积适用于容积 2时，时， (m2)井式电阻炉井式电阻炉vA均均(A外外A内内) / ln(A外外/A内内) (m2) A外、外、A内炉衬的内外表面的散热面积内炉衬的内外表面的散热

25、面积对炉墙、炉顶、炉底各部分应分别计算散热对炉墙、炉顶、炉底各部分应分别计算散热损失，然后求得热损失的总和。损失，然后求得热损失的总和。外内均AA A60Q散散的近似计算的近似计算 当当t060时，中、高温电炉可对时，中、高温电炉可对Q散散进行近似进行近似计算：计算：Q散散qA总总(12502500)A总总 （kJ/h) 式中：式中： A总总炉壳的总外表面积炉壳的总外表面积 m2 q热流密度热流密度kJ/hm2，与炉壳表面状况、外壁，与炉壳表面状况、外壁温度有关。刷银粉漆的外壳，温度有关。刷银粉漆的外壳，t050时取上限。时取上限。615、砌体的蓄热量、砌体的蓄热量Q蓄蓄 Q蓄蓄指炉子从室温加

26、热到工作温度并达到稳定状态时炉指炉子从室温加热到工作温度并达到稳定状态时炉衬本身所吸收的热量，衬本身所吸收的热量，连续作业炉或长时恒温工作炉连续作业炉或长时恒温工作炉不考虑此项。不考虑此项。 Q蓄蓄V11 (C1 t1 C1t0)V22 (C2 t2 C2t0) (kJ)式中：式中：V1、V2耐火层和保温层的体积（耐火层和保温层的体积（m3）1、2耐火层和保温层的密度（耐火层和保温层的密度（kg/m3）t1 、t2 耐火层和保温层在炉子工作温度时的平均温度（耐火层和保温层在炉子工作温度时的平均温度（）C1 、C2 耐火材料和保温材料在耐火材料和保温材料在t1 和和t2 时时的比热的比热( kJ

27、/kg )C1、C2耐火材料和保温材料在室温耐火材料和保温材料在室温(t0)下的比热下的比热( kJ/kg )Q蓄蓄是衡量周期作业炉工作性能的重要指标。是衡量周期作业炉工作性能的重要指标。626、通过开启炉门的辐射热损失、通过开启炉门的辐射热损失Q辐辐式中参数见式中参数见P775.67黑体辐射系数黑体辐射系数炉门开启时间比率炉门开启时间比率v常开炉门，常开炉门，1v炉门平均炉门平均1小时开启小时开启0.2小时，小时，0.2炉门关闭时，热损失按炉墙散热损失计算。炉门关闭时，热损失按炉墙散热损失计算。6 . 310010067. 54241ATTQ 辐63648、其它热损失、其它热损失Q它它Q它它

28、( 0.51.0 ) Q散散 (kJ/h)或或 Q它它10% Q总总 (kJ/h)非连续式作业炉非连续式作业炉 Q总总 Q件件Q辅辅Q控控Q散散 Q蓄蓄Q辐辐Q溢溢Q它它连续式作业炉连续式作业炉 Q总总 Q件件Q辅辅Q控控Q散散 Q辐辐Q溢溢Q它它65理论功率：理论功率：P总总Q总总 / 3600 (kW) (1kW=3600kJ/h)额定功率：额定功率：PK P总总 （K功率储备系数）功率储备系数）v周期作业：周期作业：K1.31.5v连续祖业：连续祖业：K1.21.3热效率：热效率：Q件件 / Q总总100% 电阻炉一般为电阻炉一般为30%80%空炉升温时间（箱式电炉）空炉升温时间（箱式电

29、炉）Q蓄蓄 / 3600P (h)66四、功率的分配四、功率的分配 为使炉膛温度均匀或者按一定的工艺要求分为使炉膛温度均匀或者按一定的工艺要求分布炉温，需将功率恰当地分配在炉内各部分布炉温，需将功率恰当地分配在炉内各部分.1、箱式炉、箱式炉小型箱式炉：小型箱式炉：L1m 功率平均分布在两侧墙和炉底上功率平均分布在两侧墙和炉底上大型箱式炉：大型箱式炉：炉门口增加功率，炉门口增加功率，P115 125%P均均单位表面负荷：单位表面负荷：1535kW/m2，一般为，一般为2025kW/m2672、井式炉、井式炉没有强制对流时，适当增加炉口及炉底功率没有强制对流时，适当增加炉口及炉底功率分区控温：炉深

30、分区控温：炉深(H) / 直径直径(D)vH/D1，1个加热区个加热区vH/D2，2个加热区个加热区vH/D3，3个加热区个加热区3、连续作业电阻炉、连续作业电阻炉 加热区加热区均热区均热区保温区保温区68 电热体是电阻炉的关键部位，关系到炉子性电热体是电阻炉的关键部位，关系到炉子性能好坏和寿命长短。能好坏和寿命长短。一、电热体材料的性能要求一、电热体材料的性能要求1、材料应具有高的电阻率材料应具有高的电阻率 电阻率愈大，发出同样功率所用的电热体材电阻率愈大，发出同样功率所用的电热体材料愈少；另外电阻率高，电热体的截面可选料愈少；另外电阻率高，电热体的截面可选择粗些，可使其寿命延长。择粗些，可

31、使其寿命延长。692、材料的电阻温度系数要小材料的电阻温度系数要小 电阻温度系数是指电阻随温度升高所增大电阻温度系数是指电阻随温度升高所增大(正值正值)或减少或减少(负值负值)的数值。的数值。 具有正值的，对炉温影响不大；具有负值的具有正值的，对炉温影响不大；具有负值的电阻温度系数的电热体，由于炉温升高会使电阻温度系数的电热体，由于炉温升高会使炉子的功率增加，还会把电热体烧坏。此时炉子的功率增加，还会把电热体烧坏。此时炉子要安装炉子要安装调压器供电调压器供电，以便调整炉子功率。，以便调整炉子功率。703、材料应具有足够的耐热性与高温强度材料应具有足够的耐热性与高温强度 电热体的工作温度一般比炉

32、温高出很多，要电热体的工作温度一般比炉温高出很多，要使其在高温下能正常工作，必须具有良好的使其在高温下能正常工作，必须具有良好的高温强度和化学稳定性。高温强度和化学稳定性。4、材料的热膨胀系数要小、材料的热膨胀系数要小 电热体的热膨胀系数大，温度升高时电热体电热体的热膨胀系数大，温度升高时电热体要增长，可能造成短路；如果电热体长时工要增长，可能造成短路；如果电热体长时工作时，长度增加很多，则安装时要留出膨胀作时，长度增加很多，则安装时要留出膨胀余地。余地。715、材料应有良好的加工性材料应有良好的加工性 电热体材料应易于进行加工，能制成备种形电热体材料应易于进行加工，能制成备种形状，易于焊接。

33、状，易于焊接。 6、材料成分符合国家资源情况，来源容易，、材料成分符合国家资源情况，来源容易，成本低成本低72二、常用电热体材料及特点二、常用电热体材料及特点1、金属电热体材料金属电热体材料铁铬铝系合金铁铬铝系合金v我国最广泛便用的电热体材料；我国最广泛便用的电热体材料；v常用牌号：常用牌号：1Cr13Al14、Crl7Al5、0Cr25Al5，0Crl3Al6Mo2、0Cr27Al7Mo2等，其中等，其中1Crl3Al4用于中低温电阻炉，用于中低温电阻炉，0Crl3Al6Mo2及及0Cr25Al5用用于高中温电阻炉。近年来我国又研制多种高温铁于高中温电阻炉。近年来我国又研制多种高温铁铬铝合金

34、，如铬铝合金，如0Cr27Al7Mo2，Cr23Al6CoZr及及Cr21Al7N6等，使用温度可达等，使用温度可达1300 以上，可以上，可以代替硅碳棒。以代替硅碳棒。73优点：优点：电阻率较大，电阻温度系数较小；功电阻率较大，电阻温度系数较小；功率稳定；耐热性也较好，还有较强的抗渗碳、率稳定；耐热性也较好，还有较强的抗渗碳、耐硫、耐各种碳氢气体侵蚀的能力，成本低；耐硫、耐各种碳氢气体侵蚀的能力，成本低；符合我国的资源条件。符合我国的资源条件。缺点：缺点：高温加热后晶粒粗大，脆性大。高温加热后晶粒粗大，脆性大。747576铁铬铝合金电热体在使用时应注意的问题铁铬铝合金电热体在使用时应注意的问

35、题v铁铬铝合金塑性较差，拉丝，绕制及弯曲成型比较困铁铬铝合金塑性较差，拉丝，绕制及弯曲成型比较困难，特别是截面粗的材料；难，特别是截面粗的材料；v铁铬铝合金经高温加热后，晶粒容易长大，材质变脆，铁铬铝合金经高温加热后，晶粒容易长大，材质变脆，容易折断，不便返修。另外可焊性较差，焊接时应尽容易折断，不便返修。另外可焊性较差，焊接时应尽量缩短时间，防止热影响区的扩大。量缩短时间，防止热影响区的扩大。v铁铬铝合金膨胀系数较大，安装电热体时应留有余地铁铬铝合金膨胀系数较大，安装电热体时应留有余地;v铁铬铝合金抗氟、氯、氮、氨及其化合物腐蚀的能力铁铬铝合金抗氟、氯、氮、氨及其化合物腐蚀的能力较差，应避免

36、与氰化物和碱土金属接触。这类电热体较差，应避免与氰化物和碱土金属接触。这类电热体的支承件最好用氧化铝或氧化镁材料制造。在电阻炉的支承件最好用氧化铝或氧化镁材料制造。在电阻炉中这种合金电热体一般均放置在高铝搁砖上。中这种合金电热体一般均放置在高铝搁砖上。77镍铬合金镍铬合金v常用牌号：常用牌号：Cr20Ni80、Crl5Ni60v优点：优点：这种合金的塑性好，拉拔与绕制均容易，这种合金的塑性好，拉拔与绕制均容易，经高温加热也不脆化；镍铬合金具有较好的抗氮经高温加热也不脆化；镍铬合金具有较好的抗氮气能力，常用于含氮气氛的电阻炉中；气能力，常用于含氮气氛的电阻炉中；v缺点：缺点：镍铬合金的电阻率较小

37、，电阻温度系数大，镍铬合金的电阻率较小，电阻温度系数大，比重也比铁铬铝合金低；另外，其抗渗碳能力不比重也比铁铬铝合金低；另外，其抗渗碳能力不如铁铬铝合金；镍铬合金价格较贵，限制它大量如铁铬铝合金；镍铬合金价格较贵，限制它大量使用。使用。78纯金属电热体纯金属电热体v材料主要用高熔点金属，如材料主要用高熔点金属，如钼（钼（应用最应用最广广）、钨，钽、铂）、钨，钽、铂等。等。v优点：优点：熔点很高，塑性好。熔点很高，塑性好。v缺点：缺点：电阻率较小，但电阻温度系数却很电阻率较小，但电阻温度系数却很大，所以在升温过程中，电热体的功率变大，所以在升温过程中，电热体的功率变化较大，使用时必须安设调压器。

38、另外，化较大，使用时必须安设调压器。另外，须在须在H2、分解氨、惰性气体或真空中使用、分解氨、惰性气体或真空中使用vMo避免与含避免与含SiO2制品接触（制品接触（Mo与与SiO2在在高温下反应）高温下反应）792、非、非金属电热体材料金属电热体材料 主要用于高温电阻炉，以主要用于高温电阻炉，以硅碳系硅碳系电热体应用电热体应用最广。最广。硅碳系（硅碳棒）硅碳系（硅碳棒）v主要成分：主要成分：SiC，其含量在，其含量在94.499以上，以上，碳化硅含量愈高，其工作温度也愈高。最高碳化硅含量愈高，其工作温度也愈高。最高工作温度可达工作温度可达1500以上，正常工作温度在以上，正常工作温度在1250

39、1400。v特点：特点：电阻温度系数很大，使用中需加调压电阻温度系数很大，使用中需加调压器。器。80v缺点：缺点：一般硅碳棒使用一般硅碳棒使用6080h后就发生老化，后就发生老化，电阻值增大约电阻值增大约1520，以后将继续缓慢增，以后将继续缓慢增加。由于老化，炉子功率降低。碳棒的材质加。由于老化，炉子功率降低。碳棒的材质很脆，强度低，使用时不要碰撞；要防止碱、很脆，强度低，使用时不要碰撞；要防止碱、碱土金属、金属氧化物，硅酸、氢气和水蒸碱土金属、金属氧化物，硅酸、氢气和水蒸气的腐蚀。气的腐蚀。碳系（石墨、碳粒及各种碳质制品）碳系（石墨、碳粒及各种碳质制品）v特点：特点：热膨胀系数较小，电阻率

40、大，易加热膨胀系数较小，电阻率大，易加工，耐急冷急热性能好，价格低廉。工，耐急冷急热性能好，价格低廉。v适用性：适用性：常用来做高温真空炉中的电热体，常用来做高温真空炉中的电热体，其最高使用温度达其最高使用温度达3000。81硅钼系硅钼系v主要成分：主要成分：二硅化钼（二硅化钼（MoSi2）v特点：特点：耐高温，不易老化，电阻温度系数耐高温，不易老化，电阻温度系数大，须配备调压器使用。大，须配备调压器使用。v适用性：适用性：最高使用温度可达最高使用温度可达17001800，通常用粉末冶金法挤压成通常用粉末冶金法挤压成U形棒状使用。形棒状使用。硅钼棒在空气、水蒸气、二氧化氮和二氧硅钼棒在空气、水

41、蒸气、二氧化氮和二氧化碳气氛中使用，而且寿命很长。化碳气氛中使用，而且寿命很长。82常用电热体在不同气氛中的最高工作温度常用电热体在不同气氛中的最高工作温度83常用电热体常用电热体84三、电热体的寿命与表面负荷三、电热体的寿命与表面负荷1、影响电热体寿命的因素、影响电热体寿命的因素 工作温度、气氛、传热条件、加热与冷却工作温度、气氛、传热条件、加热与冷却速度等，其中速度等，其中工作温度工作温度是主要因素。是主要因素。2、表面负荷、表面负荷 (控制电热体的工作温度与寿命控制电热体的工作温度与寿命)表面负荷（表面负荷（W）指单位表面积上所辐射出的电功指单位表面积上所辐射出的电功率，单位率，单位w/

42、cm2。W过高，则寿命短；过高，则寿命短；W过低，则过低，则电热体数量多。电热体数量多。允许表面负荷（允许表面负荷（W允允）表面负荷的允许数，其大表面负荷的允许数，其大小取决于元件材料和工作温度，也就是小取决于元件材料和工作温度，也就是W实。实。85理想表面负荷（理想表面负荷（W理理）电热体与工件成为两个平电热体与工件成为两个平行的平面，其表面积相等，中间没有屏蔽和热损失，行的平面，其表面积相等，中间没有屏蔽和热损失，电热体辐射出的热量全部被工件吸收，此时电热体电热体辐射出的热量全部被工件吸收，此时电热体的表面负荷称为的表面负荷称为理想电热体的表面负荷。理想电热体的表面负荷。 Cn导来辐射系数

43、导来辐射系数W/(cm2K4 一定时，一定时，W理理f ( T1, T2 )42414n10010010CTTW 理11167.521nC黑度黑度T1、T2电热体和电热体和工件的表面温度工件的表面温度86实际表面负荷（实际表面负荷（W实实）即即W允允 实际电热体的传热条件并不理想实际电热体的传热条件并不理想W实实 W理理W实实W理理，有效辐射系数，有效辐射系数，0.330.60W实实选用原则选用原则（见教材（见教材P84） 总原则，电热体允许表面负荷的大小要根据电热体总原则，电热体允许表面负荷的大小要根据电热体的工作环境好坏来决定，条件好取高些，否则取低的工作环境好坏来决定，条件好取高些，否则

44、取低些。些。具体参看具体参看P85表表4-15、4-16、4-17 例如：钼丝提高加热速度，不可重复使用，生产例如：钼丝提高加热速度，不可重复使用，生产中中W实实值很宽。值很宽。8788一、电热体的理论计算一、电热体的理论计算 电热体的计算，主要包括其截面积（电热体的计算，主要包括其截面积（直径、直径、宽度和厚度宽度和厚度）、长度、重量及一些结构尺寸）、长度、重量及一些结构尺寸的计算。的计算。1、尺寸和重量、尺寸和重量直径为直径为d的丝状电热体的丝状电热体带状电热体带状电热体892、电热体的形状及结构尺寸、电热体的形状及结构尺寸1）丝状电热体：）丝状电热体：多绕成螺旋形多绕成螺旋形螺旋柱长螺旋

45、柱长度度L，以，以适合炉膛适合炉膛布置为准布置为准。902）带状电热体）带状电热体多绕成波纹形多绕成波纹形波纹高波纹高:H10b波纹间距波纹间距:h(1030)a弯曲半径弯曲半径:r(48)a波纹体长度：波纹体长度： L=Lh/2(H+1.14r)91二、电热体在炉内的布置二、电热体在炉内的布置1、电热体的布置、电热体的布置 电热体在炉内的安装部位主要根据炉温分布电热体在炉内的安装部位主要根据炉温分布和工艺要求而定，同时还要考虑到炉子的结和工艺要求而定，同时还要考虑到炉子的结构和电热元件的形状。构和电热元件的形状。箱式炉：炉底和侧墙箱式炉：炉底和侧墙大型箱式炉：炉底、侧墙、炉顶甚至炉门大型箱式

46、炉：炉底、侧墙、炉顶甚至炉门922、金属电热元件的安装、金属电热元件的安装侧墙侧墙侧墙侧墙侧墙侧墙侧墙侧墙炉顶炉顶炉顶炉顶炉底炉底炉底炉底93安装在辐射管内安装在辐射管内 在可控气氛炉中，为便于更换和保护电热元在可控气氛炉中，为便于更换和保护电热元件不受炉气侵蚀，将电热元件绕在芯棒或骨件不受炉气侵蚀，将电热元件绕在芯棒或骨架上，再套上圆形辐射管。辐射管既可竖安架上，再套上圆形辐射管。辐射管既可竖安又可横安于侧墙，也可安装在炉顶、炉底。又可横安于侧墙，也可安装在炉顶、炉底。 辐射管常采用辐射管常采用Cr24Ni17SiNRE、Cr23Ni18、Cr15Ni35等钢制造，通常由离心铸造而成。等钢制造，通常由离心铸造而成。也有采用陶瓷材料做辐射管的。也有采用陶瓷材料做辐射管的。94953、非金属电热体的安装、非金属电热体的安装硅碳棒：可垂直或水平安装硅碳棒：可垂直或水平安装v根数保证均匀和连线方便根数保证均匀和连线方便v棒间距棒间距2d，但小于，但小于1.5倍其与工件之间的距离倍其与工件之间的距离MoSi2：高温下易发生塑性变形，只能高温下易发生塑性变形，只能垂直安装。垂直安装。