上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉.ppt
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1、工业用电设备工业用电设备第第3章章 工业电炉工业电炉上海电力学院上海电力学院电力系电力系工业电炉工业电炉工业生产中应用的、利用电热效应产生的工业生产中应用的、利用电热效应产生的热量加热或熔化物料的设备,热量加热或熔化物料的设备,通常由炉体和配套的机电装置组成。通常由炉体和配套的机电装置组成。3.1工业电炉及其应用工业电炉及其应用第第3章章工业电炉工业电炉12/20/20222上海电力学院 电力系电炉的优点:电炉的优点:本章主要内容本章主要内容电炉的应用电炉的应用:p76表表3.1.1每一大类还可根据加热方式、炉体结构特点、物料输送方式、操作方式、每一大类还可根据加热方式、炉体结构特点、物料输送
2、方式、操作方式、电源特点、加热用途、炉内气氛与介质的不同等等分成许多小类。电源特点、加热用途、炉内气氛与介质的不同等等分成许多小类。工业电炉的类型:工业电炉的类型:按电热方式不同按电热方式不同电阻炉电阻炉电弧炉电弧炉感应炉感应炉等离子炉、电子束炉、介质(微波)加热设备等等离子炉、电子束炉、介质(微波)加热设备等(1 1)电热功率密度特大。)电热功率密度特大。(2 2)电炉的温度易于准确控制。)电炉的温度易于准确控制。(3 3)电炉炉内气氛易控,可以是需要的气氛,也可以抽成真空。)电炉炉内气氛易控,可以是需要的气氛,也可以抽成真空。(4 4)电电炉的炉的电热电热效率高,一般是效率高,一般是50%
3、50%60%60%,有的达,有的达80%80%90%90%。(5 5)电热电热清清洁卫洁卫生,不生,不污污染染环环境。境。(6 6)电电炉炉较较易于易于实现实现生生产过产过程的机械化和自程的机械化和自动动化,化,劳动劳动条件好,条件好,生生产产率高。率高。第第3章章工业电炉工业电炉3.1工业电炉及其应用工业电炉及其应用 12/20/20223上海电力学院 电力系3.2电阻炉电阻炉电阻炉:电阻炉:利用电流通过电阻体产生的热量来加热或利用电流通过电阻体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。熔化物料的一类电炉。电流热效应产生的热量电流热效应产生的热量:Q=I2RT=U2/RT3.2.1电阻炉的类型及
4、其工业应用电阻炉的类型及其工业应用 按加热方式不同:按加热方式不同:直接直接电热电阻炉:电流直接通过被加热的物料,电热电阻炉:电流直接通过被加热的物料,依靠物料本身的电阻发热。依靠物料本身的电阻发热。间接间接电热电阻炉:电流通过炉内的电热体或导电液体产生热量,电热电阻炉:电流通过炉内的电热体或导电液体产生热量,再经过一定的传热过程将热量传给被加热的再经过一定的传热过程将热量传给被加热的 物体。物体。目前绝大多数电阻炉属于这一类。目前绝大多数电阻炉属于这一类。第第3章章工业电炉工业电炉各种工业电阻炉的特点和用途各种工业电阻炉的特点和用途见见p77表表3.2.112/20/20224上海电力学院
5、电力系3.2.2直接电热电阻炉直接电热电阻炉电流直接通入被加热工件中的一种电流直接通入被加热工件中的一种电阻炉电阻炉(1 1)加热质地均匀、截面相同和较为)加热质地均匀、截面相同和较为 细长的金属材料。细长的金属材料。用途:用途:(2 2)处理或制造一些材料,例如石墨)处理或制造一些材料,例如石墨 化电炉、玻璃熔炼炉等化电炉、玻璃熔炼炉等第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 图3.2.1 直接电热电阻炉工作原理 1一接触器;2一变压器;3一导电触头;4一物料 12/20/20225上海电力学院 电力系石墨化电炉:焦炭石墨化电炉:焦炭2600-30002600-3000下经过几十小时的加
6、热,形成了下经过几十小时的加热,形成了 石墨石墨。炉子由低压(次级为炉子由低压(次级为100-200V100-200V)大电流(几大电流(几 kAkA)变压器供电,其输入功率已做到上百变压器供电,其输入功率已做到上百KWKW。玻璃熔炼炉玻璃熔炼炉:玻璃由其它热源加热至玻璃由其它热源加热至1200-1300后才导电后才导电再直接通电加热。(热效率高)再直接通电加热。(热效率高)1.石墨化电炉石墨化电炉焦炭压制成的电极坯,直流电流直接通过被处理的电极,加热数十小时,26003000高温,被处理电极中的碳原子重新排列而形成石墨结构的晶体,即所谓石墨化。第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3
7、.2.2 石墨化电炉 1一炭砖;2一接电源用的石墨电极;3一被处理的电极;4一覆盖料;5一焦炭粉;6一焦炭;7一石墨粉;8一进水管9一导电用铜排;10一垫底料;1l一炉底;12一出水漏斗 12/20/20226上海电力学院 电力系3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 电流通过炉内的电热体所产生的热量,电流通过炉内的电热体所产生的热量,借辐射、对流和传导传递给被处理物料的电阻炉。借辐射、对流和传导传递给被处理物料的电阻炉。一一.间接电热电阻炉的特点间接电热电阻炉的特点a.采用不同材料的电热体可在炉内达到不同的最高工作温度;采用不同材料的电热体可在炉内
8、达到不同的最高工作温度;b.采用不同的电热体安装和布置方式,可在炉内得到各种所需的采用不同的电热体安装和布置方式,可在炉内得到各种所需的温度分布以及做成各种形式和大小的炉子;温度分布以及做成各种形式和大小的炉子;c炉子的热工制度比较易于进行精确的控制,炉子的热工制度比较易于进行精确的控制,并可在真空或任何需要的气氛下工作。并可在真空或任何需要的气氛下工作。间接电热电阻炉是工业生产和科研中应用最广泛的一种电炉。间接电热电阻炉是工业生产和科研中应用最广泛的一种电炉。12/20/20227上海电力学院 电力系第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 二二.间接电热电阻炉热量传递的类型间接电热电阻
9、炉热量传递的类型(a)辐射型辐射型(b)、()、(c)对流型对流型(d)、)、(e)传导型传导型1一电热体;2一物料;3一炉衬;4一马弗罩;5一风机 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/20228上海电力学院 电力系三几种间接电热电阻炉三几种间接电热电阻炉1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉2.箱式电阻炉箱式电阻炉3.盐浴炉盐浴炉4.电渣炉电渣炉5.电热流动粒子炉电热流动粒子炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/20229上海电力学院 电力系1.1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉利用红外线的辐射作用,把电流通过电阻产生
10、的热利用红外线的辐射作用,把电流通过电阻产生的热 量以红外线的形式传递给被加热物体的一种电阻炉量以红外线的形式传递给被加热物体的一种电阻炉波长、光谱、光热效应、光能波长、光谱、光热效应、光能波长波长(m)0.380.380.750.751.51.5661000光谱光谱紫外线紫外线紫蓝紫蓝青绿黄橙红青绿黄橙红近红外近红外中红外中红外远红外远红外光热效应光热效应随波长增加而增强随波长增加而增强光能光能波长增加光能减小波长增加光能减小综合考虑综合考虑光热效应、光能,选取光热效应、光能,选取=325 m的远红外线加热的远红外线加热效果最佳效果最佳第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 远红外线远
11、红外线12/20/202210上海电力学院 电力系1.1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 远红外线的产生远红外线的产生任何物质分子内部的热运动都能产生红外线。任何物质分子内部的热运动都能产生红外线。任何固体或液体物质,只要温度在绝对零度(任何固体或液体物质,只要温度在绝对零度(-273)以)以上,上,都不断地向外辐射红外线,并向四周辐射能量。都不断地向外辐射红外线,并向四周辐射能量。远红外线的选择性吸收远红外线的选择性吸收不同的物体对红外线吸收的能力是不同的;不同的物体对红外线吸收的能力是不同的;即使是同一种物质,对不同波长的红外线的吸收能力也不同
12、,即使是同一种物质,对不同波长的红外线的吸收能力也不同,只有当物体内部运动着的分子振动频率与入射的远红外线的只有当物体内部运动着的分子振动频率与入射的远红外线的频频率相符时,物体才能吸收远红外线。率相符时,物体才能吸收远红外线。物体对特定频率远红外线的吸收物体对特定频率远红外线的吸收3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202211上海电力学院 电力系例如:搪瓷辐射元件:以黑色金属板(管)为例如:搪瓷辐射元件:以黑色金属板(管)为传热基材传热基材,其表面,其表面 涂以高辐射能力的釉浆(即红外涂层),在涂以高辐射能力的釉浆(即红外涂层),在900-990900-990下熔下熔 烧后,
13、与电阻丝电热元件所组成整体。工作时,电流通烧后,与电阻丝电热元件所组成整体。工作时,电流通 过电阻丝时产生的电流热效应将涂有红外涂层的基体加热,过电阻丝时产生的电流热效应将涂有红外涂层的基体加热,从而辐射出红外线。从而辐射出红外线。常用的常用的电热电热元件有板状、管状和灯状三大类。元件有板状、管状和灯状三大类。远远红外线辐射源:红外线辐射源:用来产生红外线用来产生红外线电热元件、电热元件、辐射材料辐射材料远红外波段单色辐射率较高的辐射材料和传热基材组成。传热基材传热基材第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 组成:组成:1.1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉3.2.3间接电热电阻炉间接
14、电热电阻炉12/20/202212上海电力学院 电力系远红外线能透入被加热物体表面一定深度,加热速度快,远红外线能透入被加热物体表面一定深度,加热速度快,电能消耗少,加热质量高。电能消耗少,加热质量高。与一般电阻加热相比,与一般电阻加热相比,可缩短加热时间可缩短加热时间1/31/2,节约用电,节约用电30%以上。以上。设备费用低、操作简单、干燥质量好、安全可靠设备费用低、操作简单、干燥质量好、安全可靠在各行业的中、低温加热方面得到广泛应用在各行业的中、低温加热方面得到广泛应用远远红外线加热的特点:红外线加热的特点:第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 1.1.远红外加热电阻炉远红外加热
15、电阻炉3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202213上海电力学院 电力系2.2.箱式电阻炉箱式电阻炉 第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 广泛应用于冶金、机械工业各种小型料坯及机械零件广泛应用于冶金、机械工业各种小型料坯及机械零件的加热或热处理等。的加热或热处理等。图3.2.6 中温箱式电阻炉结构简图 1一炉门;2一电热体;3一热电偶;4一炉膛;5一炉底板;6一炉衬;7一炉壳;8一电热体引出端 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202214上海电力学院 电力系3.3.盐浴炉盐浴炉 在槽(即炉膛)内以熔融的盐为传热导电介质在槽(即炉膛)内以熔融的盐为传热
16、导电介质进行进行加热的一种电阻护。加热的一种电阻护。除用盐外除用盐外还还可用碱、油、可用碱、油、铅铅等作等作为为加加热热介介质质,那就是碱浴炉、油浴炉、,那就是碱浴炉、油浴炉、铅铅浴炉。浴炉。这类这类炉子炉子统统称浴炉,其中以称浴炉,其中以盐盐浴炉用得最浴炉用得最为为广泛。广泛。第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 图3.2.7 几种不同结构的盐浴炉简图(a)外热式盐浴炉(坩埚盐浴炉)(b)具有管状电热元件的内热式盐浴炉(c)电极盐浴炉1一外部加热元件;2一盐槽;3一管状电热元件;4一电极;5一炉衬 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202215上海电力学院 电力系特点
17、:特点:(1 1)盐盐液液对对金属的金属的传热传热快,工件加热速度快快,工件加热速度快(2)盐液导热性比气体好,工件各部分加热比较盐液导热性比气体好,工件各部分加热比较均匀均匀(3)不同的盐分可得到不同的熔点,不同的盐分可得到不同的熔点,(25025013001300之间的任何温度,都可以找到适当的盐或几种盐的混合物之间的任何温度,都可以找到适当的盐或几种盐的混合物)常用盐:常用盐:aNO3、KCl、NaCl、NaSiO3(4)工件不被氧化。结构简单工件不被氧化。结构简单(5)盐耗量大,环境污染较严重,热损耗大)盐耗量大,环境污染较严重,热损耗大用途:对工具、量具、模具进行热处理用途:对工具、
18、量具、模具进行热处理第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.3.盐浴炉盐浴炉3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202216上海电力学院 电力系4电渣炉电渣炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 钢或某些合金进行钢或某些合金进行再精炼用的一种电炉设备。再精炼用的一种电炉设备。特点:电阻熔炼炉。特点:电阻熔炼炉。自耗电极用被熔炼金属本身制成的自耗电极用被熔炼金属本身制成的用途:生产航空轴承钢、高温合金、电阻用途:生产航空轴承钢、高温合金、电阻合金、精密合金、有色金属以及大合金、精密合金、有色金属以及大型优质合金钢锭、板坯和各种异形型优质合金钢锭、板坯和各种异形铸件
19、。铸件。图3.2.9 电渣炉原理图1一自耗电极;2一水冷结晶器;3一渣池;4一金属熔滴;5一金属熔池;6一锭子;7一收缩空隙;8一垫板;9一底水箱;10一渣壳 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202217上海电力学院 电力系5电热流动粒子炉电热流动粒子炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 新型电炉之一新型电炉之一优点:升温快、耗电少、优点:升温快、耗电少、开停炉方便、炉温均匀、开停炉方便、炉温均匀、工件热处理质量好。工件热处理质量好。缺点:流化床表面起伏较大,缺点:流化床表面起伏较大,不适于局部加热;不适于局部加热;要有除尘设备要有除尘设备。图3.2.10 电极式流
20、动粒子炉结构简图1一电极板;2一耐热砂;3一微孔透气砖4一风室;5一进风管;6一炉底板;7一耐火砖;8一隔热砖;9一排气口;10一支架;11一工件3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202218上海电力学院 电力系3.2.4间接电热电阻炉的供电与温度控制间接电热电阻炉的供电与温度控制1.供电供电间接电热电阻炉的供电一般采用低压间接电热电阻炉的供电一般采用低压220V或或380V电阻炉的功率在电阻炉的功率在25kW以下时,可用单相以下时,可用单相220V或或380V电电源将电热体串联供电;源将电热体串联供电;功率在功率在2575kW时,用三相时,用三相380V星形或角形接法供电星形
21、或角形接法供电功率在功率在75kW以上时,则应考虑采用两组或两组以上的以上时,则应考虑采用两组或两组以上的三相三相380V星形或角形接法供电,星形或角形接法供电,即每组电热体的功率以即每组电热体的功率以3075kW最为适宜,必要时采用最为适宜,必要时采用串、并联以获得所需要的功率。串、并联以获得所需要的功率。某些情况下采用降压变压器某些情况下采用降压变压器P84第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 12/20/202219上海电力学院 电力系2.功率调节功率调节常用的功率调节方式常用的功率调节方式:4)用不同的接线方法调节)用不同的接线方法调节l)用变阻器调节用变阻器调节2)用变压器调
22、节)用变压器调节3)用饱和电抗器(阻流线圈)调节)用饱和电抗器(阻流线圈)调节5)用晶闸管交流调功电路调节)用晶闸管交流调功电路调节第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.2.4间接电热电阻炉的供电与温度控制间接电热电阻炉的供电与温度控制12/20/202220上海电力学院 电力系3.温度控制温度控制1)位式控制位式控制2)连续控制系统连续控制系统3)脉冲控制系统脉冲控制系统采用热电温度计的电阻炉采用热电温度计的电阻炉温度自动控制系统示意图温度自动控制系统示意图3.2.5间接电热电阻炉间接电热电阻炉的节电措施的节电措施P86第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.2.4间接
23、电热电阻炉的供电与温度控制间接电热电阻炉的供电与温度控制12/20/202221上海电力学院 电力系3.3电弧炉电弧炉电弧:电位不同的两电极,其间电场达到一定程度时,电弧:电位不同的两电极,其间电场达到一定程度时,其间的介质被击穿,产生电弧,又称电弧放电其间的介质被击穿,产生电弧,又称电弧放电电弧炉:利用电弧的电热来熔炼金属的一种电炉电弧炉:利用电弧的电热来熔炼金属的一种电炉放电电流越大、电弧越强,物料获得的热量越大,放电电流越大、电弧越强,物料获得的热量越大,温度也就高,把物料加热到熔化温度也就高,把物料加热到熔化第第3章章工业电炉工业电炉12/20/202222上海电力学院 电力系工业上应
24、用的电弧炉可分为二类:工业上应用的电弧炉可分为二类:(a)直接电热式交流电弧炉直接电热式交流电弧炉(b)矿热炉矿热炉1电极;电极;2电弧;电弧;3炉料炉料 包括:交流炼钢电弧炉、直流电弧炉、真空自耗炉包括:交流炼钢电弧炉、直流电弧炉、真空自耗炉第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202223上海电力学院 电力系3.1.1交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉 炼炼钢钢电电弧弧炉炉是是电电弧弧炉炉中中最最主主要要的的一一种种炉炉种种,是是钢钢铁铁冶冶炼炼工工业业中的重要冶炼设备,其优点:中的重要冶炼设备,其优点:热效率较高,一般可达热效率较高,一般可达6565以上,约比平炉高一倍;以
25、上,约比平炉高一倍;温度高,弧区温度最高可达温度高,弧区温度最高可达30003000以上,可将钢水加热以上,可将钢水加热 到到1600 1600 ,能满足冶炼不同钢种的要求,能满足冶炼不同钢种的要求,可以较方便地在冶炼过程中采用相应的熔炼工艺,可以较方便地在冶炼过程中采用相应的熔炼工艺,对钢的成分进行控制;对钢的成分进行控制;成套的炼钢电弧炉设备包括:成套的炼钢电弧炉设备包括:电炉本体、主电路设备和控制设备电炉本体、主电路设备和控制设备 除尘设备除尘设备四大部分四大部分第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202224上海电力学院 电力系炼钢电弧炉炼钢电弧炉1 1炼钢电弧炉
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