第9讲材料加热炉基础.ppt

在电阻加热炉中，利用导体自身电阻通电产生的热量加热工件。这个导体可以是工件(如：工件直接通电加热)或加热介质（如：盐浴炉），也可以是用导体材料制作成的加热体或加热元件。 电热材料的主要性能指标 最高使用温度 在干燥空气或加热气氛中材料表面可以承受的最高温度。 一般要求电热元件最高使用温度应比炉膛最高使用温度至少高出l00℃左右 电热元件要在高温下长期稳定地工作，必须具有优良的耐热性、足够的高温强度、不发生明显的蠕变和弯曲变形、不塌陷、不断裂、抗气氛腐蚀，并与耐火材料不发生物理熔渗，更不能发生化学反应。 电热元件在最高使用温度下的寿命，或者在某一环境下的最高使用温度，与炉膛构造、元件形状、断面大小、表面负荷、周围介质散热状况等有着十分密切的关系 电热材料的主要性能指标 电阻率及电阻温度系数 保证功率输出 当R、S不变时, ρt越大，则L越短，节省材料，便于安装。 当R、L不变时, ρt越大，S越大，则电热元件的强度提高，寿命延长。 过低电阻率的电热元件需要降低端电压，来设计截面尺寸和长度。 较大电阻温度系数的电热元件在不同温度下发出功率的变化也越大，需要用变压器调节电压来稳定功率输出。 电热材料的主要性能指标 表面负荷 电热材料在通电加热时单位表面所分担的功率 电热元件的温度会处于稳定状态 电热元件的温度会升高 如果表面负荷选择较大时，电热元件的实际温度会较高，甚至超过使用温度，其寿命会缩短甚至熔断 在一定温度和加热条件下，电热材料存在一个所能承受的最大表面负荷，称为表面允许负荷或表面允许负荷功率。 图1 电热元件发热与散热示意图 影响电热元件的散热的因素均是电热元件表面负荷选择应考虑的因素，最高使用温度和表面黑度是电热材料的本征影响因素。 在设计电热元件时，实际表面负荷一定要小于表面允许负荷。其数值的选取与电热元件采用的材料、规格、封闭程度、加工形状、支托元件的材料及元件使用气氛等有密切关系 电热材料的主要性能指标 热膨胀系数 为了使电热元件在加热过程不会因为热膨胀而产生大的尺寸变化，要求作为电热材料，热膨胀系数愈小愈好。而对于较大热膨胀系数的电热材料，在设计安装电热元件时应留有充分的膨胀余地。 高温强度 材料在高温下其结构强度均会大幅度降低，甚至软化而发生蠕变，电热材料也不例外。作为电热材料强度的基本要求是能够在高温下支撑自身重量，使其具有一定的尺寸和结构稳定性 抗环境腐蚀性能 1、电热元件除在空气中使用外，还有可能接触到以下不同类型的工作介质，如N2、H2、N2+H2、CO、CO2、CH4、SO2、SO3、S以及真空、耐火材料和绝热材料等。 2、在高温下，不同的介质与电热合金材料会发生物理和化学作用，产生程度不同的侵蚀作用，缩短电热元件的使用寿命。 3、为延长电热元件的使用寿命，必须了解环境介质与电热合金材料的作用机理，应当根据工作介质的特点来选择合适的电热合金材料。 加工性能 成本低，来源充足、符合国情 良好的加工成型性能便于安装及维修 电热材料的种类 电热合金的种类 分类 按其化学成分可分为：镍铬合金、镍铬铁合金和铁铬铝合金 按照最高使用温度分为四个等级：超高温级电热合金、高温级电热台金、中温级电热合金、低温级电热合金。 超高温级电热合金 1、牌号有：Cr26Al7.5、Cr27A17Mo2，Cr24A16Re，Cr22A16CoRe和用粉末冶金方法炼制的Cr22A15.8、Cr23A16。 2、最高使用温度为1400℃，它用于制造工作温度在1200～1300℃的单晶体扩散炉、粉末冶金制品烧结炉、陶瓷燃烧炉和高温热处理炉等的电热元件。 高温级电热合金 1、牌号有： Cr25A15、Cr21A16Nb、Cr23A16等。 2、最高使用温度为1300℃，主要用与制造工作温度在1100～1200℃加热炉用电热元件，如：制造淬火、正火、退水、固溶处理等热处理炉以及铜、铝以及其合金熔化炉的电热元件。 中温级电热合金 1、牌号有： Cr30Ni70、Cr20Ni80，Cr23A15、Cr20A13、Cr19A15，Cr21A16等。 2、最高使用温度为1100℃，主要用于制造工作温度为850～950℃加热炉用电热元件，例如高温回火炉、熔铝炉等。 低温级电热合金 1、牌号有：Crl5Ni60、Cr20Ni30、Cr20Ni25、Crl3A14，Crl9A13等 2、使用温度为950℃以下，主要用于制造上作温度在800～750℃以下的加热炉用电热元件，例如低温回火炉、烘干炉等。 电热合金的性能指标 电热合金的抗氧化性能 合金氧化速度高低和形成氧化膜的致密性、均匀性高低这两方面 镍铬系：NiCr2O4和Cr2O 和镍铬铁系合金： (Ni,Fe,Cr)2O4 C和r2O3 铁铬铝系：γ-Al2O3、α-Al2O3和FeAl20 电热合金氧