箱式电阻炉的设计..

长春理工大学热工课程设计说明书题目箱式电阻炉的设计学院材料科学与工程学院专业无机非金属材料（建筑材料）班级0706121姓名向仕君学号182009年7月5日课程设计第2页设计任务书一、题目：箱式电阻炉的设计二、原始数据：电路形势：箱式电阻炉炉膛尺寸：120170260mm使用温度：1000℃表面温度：60℃电源电压：220V三、设计要求：1、设计认真，积极思考，独立完成，有所创新。2、设计说明书：一份思路清晰，论述充分；设计参数选择合理，设计计算步骤完整，结果准确；著名参考文献。3、设计图纸：2＃图纸1—3张图画布置合理，比例适当，图画清洁；绘图线条类型正确，位置准确；尺寸标注正确、齐全。课程设计第3页摘要本说明书重点阐述箱式电阻炉的具体设计过程。设计过程包括高温炉的简介，炉膛尺寸的确定，材料选择，电阻炉尺寸和结构设计，功率计算，供电电路的选择，电热提的尺寸确定及安装，以及热电偶使用，涉及到热量计算，功率计算，电热元件规格计算。本设计说明书可供实验电阻和工业电阻炉的维修和设计提供理论参考导和指导。课程设计第4页引言陶瓷工业在社会主义建设，国防科学和人民生活都占重要的地位，它不仅与人类的日常生活存在密切的关系，而且随着科学技术的发展，已经超越了日用，建筑及一般的工业用途的范围，而应用与电子，原子能等尖端材料中。生产陶瓷中一个重要的过程就是烧结，烧成时在热工设备中进行的，这里的热工设备指的是窑炉及其附属设备。窑炉从生产方式上分为间歇式和连续式，按电能转化为热能形式分为：电阻炉，感应炉，电弧炉，等离子炉等，在使用热源上又分为火焰式和电热式。目前，电子陶瓷，高温陶瓷及其他特种陶瓷的生产和科研处于火热期。在实验中，使用较多的是间歇式的电阻炉。本设计结合我们所学的《硅酸盐工业热工基础》中的传热学，材料学等方面的只是进行了电阻炉的设计，通过设计使我们学会了查阅资料，熟悉知识，锻炼了设课程设计第5页计和绘图等能力，提高了我们的设计思维水平。课程设计第6页目录第一章：高温炉的简介§1.1电热窑炉的简介§1.2电阻炉的简介§1.3选用箱式电阻炉的原因第二章：炉膛尺寸的确定§2.1炉膛容积的初步认识§2.2炉膛尺寸的确定第三章：材料的选择§3.1耐火材料的选择§3.2隔热材料的选择第四章：电阻炉尺寸及结构§4.1炉膛结构尺寸§4.2炉门结构和尺寸第五章：功率的计算§5.1电阻炉理论功率的确定§5.2时机功率的确定§5.3功率的校核课程设计第7页第六章：供电电路及功率调节§6.1供电电路§6.2功率的调节第七章：电热元件的选择和确定§7.1电热元件材料的选择§7.2电热元件尺寸的计算§7.3电热元件的安装第八章：热电偶材料选择§8.1热电偶材料简介§8.2热电偶材料的确定设计心得参考文献课程设计第8页第一章高温炉的简介随着科学技术的发展，原有的材料在很多情况下都不能适应，需要特种加工。其原料多为高纯氧化物，碳化物，氮化物等高温材料。这些现代化耐热材料的制造和检验都需要在高温下进行。因此新型的高温设备也就得到了相应的发展。除了一般工业上使用感应炉，电弧炉，电子束炉，等离子炉也相应发展起来。等离子体设备可产生10000~30000℃的高温。太阳炉能融化几乎所有现代高温材料。§1.1电热窑炉的简介一、概述：目前，在电子窑瓷，高温陶瓷及其他特种陶瓷生产与科研中，各种电炉层出不穷。对电路在高温，气氛及压力诸方面提出愈来愈高的要求。电热隧道窑，高温氢气鉏丝炉及钨棒炉已被广泛地采用。与火焰窑炉相比，电炉有许多优点：电炉热效率高，加热空间紧凑，空间热强度高，可课程设计第9页以获得2000℃以上的高温，这是火焰窑炉难以达到的，而且产品质量好，炉内气氛比较洁净，同时温度可以进行非常精确的控制，容易实现自动化生产，电炉不需要燃烧室、排风机或烟囱，结构简单，占地面积小，可在各种人工气氛下烧成。由于没有极高温度的燃烧室及炉灰的影响，所以耐火材料的使用寿命长。电炉的缺点是附属电器设备比较复杂，尤其是电费高，成本大。要实现还原气的烧成，还需另外加入还原性气体。二、电热窑炉的分类：电炉按电能转变为热能的方式，一般分为电阻炉，感应炉，电弧炉，电子束炉和等离子炉五大类。1、电阻炉：当电源接在导体上时，导体有电流通过，由于导体有电阻。而发热的一种电热设备成为电阻炉。2、感应炉：电子电磁感应作用在导体内产生感应电流，而这感应电流因为导体的电阻而产生热能的一种电炉。3、电弧炉：热量主要由电话产生的电加热炉。4、电子束炉：利用高速运动的电子能量作为热源加热的课程设计第10页电炉。5、等离子炉：利用电能所产生的等离子体的能量来进行加热的电炉。由于电子陶瓷及高温陶瓷的烧成主要利用间接加热电阻炉，并且电阻炉也广泛应用于科研及实验室，故我们重点介绍。§1.2电阻炉简介一、电阻炉的概念电阻炉是把电流通到电热提上而发出热量，借热的传导，对流及辐射方式把热量传给制品。二、电阻炉的分类电阻炉通常是按照炉膛的结构及制品在电炉内的移动方式加以划分。可以分为如下几类：1、间歇操作电炉：这类电炉按炉温的高低，可以分为低温（工作温度低于600~700℃）、中温（工作温度为700~1250℃）和高温（工作温度大于1250℃）三类。下面介绍按其结构来课程设计第11页分类：（1）、箱式（室式）电阻炉：外形像箱子，炉膛呈长六面体，靠近炉膛内壁放置电热体。炉温在1200℃一下，通常采用镍铭丝，铁铭丝；炉温为1350~1400℃时，采用硅碳棒；炉温在1600℃可采用二硅化鉏棒为电热体。箱式电阻炉主要用于单个小批量的大、中、小型制品的烧成。（2）、井式电阻炉：炉膛高度大于长度和宽度（或直径），炉门开在顶面，用炉盖密封，电热体通常布置在炉膛的侧壁上，多为圆形，正方形或长方形。适应于烧制管状制品，深井电炉通常沿高度分为几个加热区，各区温度分别控制功率来调节，使电炉沿整个高度温度分布均匀。高温陶瓷氢气钼丝炉最高工作温度为1700至1800摄氏度，钨棒炉可达2500摄氏度。2.半连续操作电炉：这类电炉又分为钟罩式电阻炉和台车式电阻炉，钟罩式电阻炉及台车式电阻炉具有不在狭长的炉室内码装课程设计第12页制品的优点，便于操作，改善劳动条件。3.连续操作电热窑炉：电热隧道窑是陶瓷工业中较其他窑型先进的热工设备，已广泛使用，效果很好。它的构造与煤气窑相似，具有连续操作大批量生产的优点。应用较多的连续操作电热窑炉有：窑车式电热隧道窑；锟底式电热隧道窑；推板式电热隧道窑传送带式电阻炉；链式电阻炉。§1.3选用箱式电阻炉的原因箱式电阻炉的使用范围广，不同温度下可采用不同的电热元件，且制品的烧成范围也比较广，适用于的烧成范围也比较广，适用于大，中，小型的各类制品的生产加工，箱式电阻炉的炉膛是方形的，根据具体要求的尺寸不同可以定做不同的规格。形状为放倒的箱型，中间的空心部分为炉膛，本电阻炉的设计使用温度为1000摄氏度，可用于单个小批量的中小型制品的烧成。且选用箱式电阻炉经济实惠，制造工艺较简单，能有较长的使用寿命，性价比较高。课程设计第13页第二章炉膛尺寸的确定§2.1炉膛容积的初步认识一．电阻炉的影响因素：1.功率的影响：尺寸大，功率大。2.操作空间的影响。3.发热体的影响，发热体多，尺寸大。在具体确定电阻炉的尺寸时，除了依据制品的外型尺寸考虑杂炉内有效的放载制品外，还应该集合考虑电热体在炉内的安装方式。二．炉膛容积的初步认识1.窑的体积不易过大容积大，产量大，单位窑体热散失少，但容积过大，火焰不易到达窑的中心，是窑内温度气氛分布不均匀，降低产品质量，若窑均匀窑温和窑内气氛，不得不适当延长烧窑时间，这样有使燃耗量增加，拉长了窑的使用时间，降低了其使用寿命。课程设计第14页2.窑的体积不易过小容积过小，产量小，火焰易充满全窑，窑内温度和气氛分布易均匀，但容积过小，其开设窑门的地方散失所占比例大，如果不注意窑门的封闭，可能引起室内温度和气氛不均，因此容积大小应视具体情况而定。§2.2炉膛尺寸的确定一.炉膛尺寸的确定原则在具体确定电阻炉的尺寸时，要考虑制品的尺寸，炉的产量以及电热元件的安装形式，电热元件若安装在两侧炉宽就不能太大，否则在炉的宽度方向上温度分布不均匀，电热元件在炉膛上下，炉的高度也不能太大，理由也一样。对于棒状加热体，由于元件发热部分的长度一定，为使炉温均匀及元件的合理，炉膛高度和宽度应等于元件的发热部分的长度。功率大于5kw的大中型电阻炉，其工件与炉壁距离约为50至100毫米，功率小于5kw的小型电阻炉工件与课程设计第15页炉壁距离约为10到25毫米。二.炉膛的尺寸的确定考虑各方面的因素，本着炉膛尺寸确定的原则，此次设计箱式电阻炉炉膛尺寸确定为260*175*120mm.第三章材料的选择砌窑要用耐火材料，耐火材料必须具有一定的强度和耐火性能，以便保证窑炉烧到要求的温度而不倒塌，砌窑也要用隔热材料，隔热材料的作用是减少窑炉墙壁的积热和散热，节约燃料，随着新型高温窑炉的出现，现在有不少新型的耐火材料和隔热材料，而且在试制高强高温隔热材料，将来利用一种材料就可以砌筑理想的窑炉。§3.1耐火材料的选择一耐火材料的主要性能耐火材料的好坏，应从它的耐火度，荷重软化点，热稳定性和抗化学腐蚀性，高温体积稳定等几方面来决课程设计第16页定。耐火材料的性能好坏的决定因素主要是学成分，其次是生产时的工艺过程。在生产耐火砖时，作为骨架的瘠性物料颗粒配比。成型压力和烧成好坏三个因素占重要地位。要求有高的熔点的化学成分，瘠性材料颗粒配比要求大中小颗粒配合成最紧密的堆积，成型压力高，烧成时希望烧熟而不过烧。二几种常见的耐火材料1.粘土质耐火砖含三氧化二铝30～46％，二氧化硅50～56％，碱金属与碱土金属氧化物5～7％.它是采用含三氧化二铝不小于30％的耐火粘土作原料。一部分预先烧成熟料，研碎作瘠性材料，其余一部分不预先烧的软质粘土作粘结剂，便于成型，成型后在1300～1400℃％烧成。粘土砖属于弱酸性耐火材料，热稳定性较好，荷重软化开始温度在1250～1300℃以上，软化开始和终了温度间隔很大。粘土砖在工业上使用甚广，广泛应用砌筑隔瓷工业窑炉，使用温度1300℃以下课程设计第17页2.半硅砖：含三氧化二铝小于30%，二氧化硅大于65%，是采用天然的含石英杂质的粘土或高岭土，如沙质石英岩，酸性粘土，泡沙石等作为原谅。也可用石英或沙粒作瘠性材料掺在耐火粘土中来制造半硅砖。半硅砖属半酸性耐火材料，其荷重软化开始温度比粘土砖稍高，急冷急热性比硅砖好，但比粘土砖稍差。a)高铝砖：含三氧化二铝46%以上，以天然高岭石和含水铝氧石为主要矿物组成的高铝矾土为原料，在1450～1500℃左右烧成。高铝砖的耐火度及荷重软化点比粘土砖的高，开始软化温度在1420～1500℃以上，抗化学腐蚀性好，但其热稳定性较低，使用温度根据含三氧化二铝的多少在1400～1600℃.b)硅砖：含二氧化硅93%以上，一石英岩为原料，加入铁磷，石灰乳作矿化剂，以亚硫酸纸浆废液等作粘结剂，在1350～1430℃烧成。属酸性耐火材料，荷重软化开始温课程设计第18页度高，一般在1620℃以上。热稳定性差，不适宜砌筑间歇性的窑炉。c)镁砖：含氧化镁80～85%，是碱性耐火材料，镁砖分烧结镁砖和不烧结镁砖，烧结镁砖是用煅烧良好，组织均匀的烧结镁石作原料，用亚硫酸纸浆废液作粘合剂，加压成型，在1600～1700℃烧成。镁砖耐火度甚高，一般超过2000℃，荷重软化点低，1500℃就开始软化，热稳定性不好。不烧镁砖是烧结镁砂加卤水捣打而成。d)镁硅砖：是以方镁石为主要矿物组成，以镁橄榄石作为基质结合的一种镁质耐火材料，用高镁硅石或在橄榄石原料中加入烧结镁砂制成，制造工艺和理化性能与镁砖相同，其烧成温度1620～1650℃，荷重软化开始温度约为1550℃以上。e)镁砖铝：含氧化镁80%以上，三氧化二铝5～10%用含钙少的镁砂加入约8%的工业三氧化二铝粉，以亚硫酸纸浆废液等课程设计第19页作粘结剂，高压成型后，在1580℃烧成，其耐火度高达2130℃，荷重软化点和稳定性都比镁化砖好，各种镁砖使用温度在1700～19