第7講材料加熱爐基礎(chǔ)

1、加熱爐需要一個(gè)合適的溫度場(chǎng)加熱爐爐膛空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足溫度場(chǎng)的要求爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足爐膛空間溫度場(chǎng)的要求箱式爐箱式爐臺(tái)車爐臺(tái)車爐井式回火爐井式回火爐中溫井式加熱爐中溫井式加熱爐井式氣體滲碳爐井式氣體滲碳爐多用爐多用爐真真空空爐爐燒結(jié)爐燒結(jié)爐加熱爐需要一個(gè)合適的溫度場(chǎng)因材料及其制品的加熱工藝要求而異爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足爐膛空間溫度場(chǎng)的要求爐體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)外熱式爐體加熱熱源處于坩堝或馬弗外如：氣體滲碳爐、低溫預(yù)抽真空爐可以方便地更換或調(diào)整加熱介質(zhì)內(nèi)熱式爐體加熱熱源與加熱材料處于同一空間外如：普通箱式爐和井式爐熱壁式爐體冷壁式爐體爐殼一般為空冷，爐襯為傳導(dǎo)傳熱，爐殼表面的溫度較高大多數(shù)中低溫加熱爐和空氣氣氛的

2、高溫爐的爐體結(jié)構(gòu)多為熱壁式爐體高溫氣氛爐和真空爐需要用爐殼密封一般采用多冷壁式爐體結(jié)構(gòu)，爐殼一般采取水冷方式，爐襯多為隔熱屏式結(jié)構(gòu)，以防止輻射換熱。爐體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定的溫度場(chǎng)的溫度場(chǎng)1、爐襯的熱阻在各個(gè)方向上應(yīng)接近或相同2、加熱功率的分布應(yīng)考慮熱量需求和熱損失減少爐襯蓄熱減少爐襯蓄熱和散熱和散熱1、周期作業(yè)電阻爐，爐襯蓄熱一般占總耗熱量的80%以上2、連續(xù)式電阻爐，散熱是主要的能耗，爐表溫度要有要求爐子的砌體要爐子的砌體要有足夠的機(jī)械有足夠的機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)度1、爐襯設(shè)計(jì)要考慮其高溫強(qiáng)度2、爐襯設(shè)計(jì)要考慮高溫尺寸穩(wěn)定性熱損失小熱損失小工作安工作安全可靠全可靠操作安全便于運(yùn)

3、操作安全便于運(yùn)輸和維修輸和維修安全可靠耐用熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)爐墻一般爐墻由耐火層、保溫層和保溫板組成耐火層直接承受爐內(nèi)高溫的作用和爐內(nèi)氣氛或爐內(nèi)加熱介質(zhì)的侵蝕，爐襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要決定于耐火層。保溫層主要起到保溫絕熱作用，使?fàn)t襯熱損失減火，爐殼溫度不致過(guò)高，而對(duì)爐襯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度只起輔助作用。1、當(dāng)爐溫低于300時(shí)，爐墻由兩塊鋼板中間填充保溫材料構(gòu)成。2、爐溫低于500時(shí)，爐墻可只用保溫材料，如直接用硅藻土磚砌筑。3、一般7001000中溫電阻爐爐墻由耐火層 (采用輕質(zhì)耐火粘土磚)115mm、保溫層(硅藻土磚或蛭石粉填充料)180232mm和石棉板510mm組成。4、10001300的高溫電阻爐爐襯

4、需用三層，即：高鋁磚、輕質(zhì)耐火粘土磚和保溫填料，外加石棉扳。5、爐溫超過(guò)1600以上的高溫爐，內(nèi)襯應(yīng)采用剛玉磚、高純度氧化鋁及氧化鋯等高級(jí)耐火材料。熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)爐膛溫度，爐膛溫度，爐襯材料爐襯材料密度密度，g/cm3厚度，厚度，mm700輕質(zhì)耐火粘土磚膨脹珍珠巖0.6，0.80.1611345輕質(zhì)耐火粘土磚硅藻土磚0.6，0.80.55113125950輕質(zhì)耐火粘土磚普通硅酸鋁纖維氈0.80.16113113輕質(zhì)耐火粘土磚普通硅酸鋁纖維氈蛭石粉0.80.160.156550100120輕質(zhì)耐火粘土磚普通硅酸鋁纖維氈硅藻土磚和膨脹珍珠巖復(fù)合0.80.160.55，113102080120

5、硅酸鋁纖維0.16，0.161601200耐火粘土磚輕質(zhì)耐火粘土磚膨脹珍珠巖2.11.00.16113113120輕質(zhì)耐火粘土磚輕質(zhì)耐火粘土磚硅藻土磚蛭石粉1.31.00.550表7-1 常見(jiàn)的不同爐溫時(shí)電阻爐爐墻組成示例爐膛溫度，爐膛溫度，爐襯材料爐襯材料密度密度，g/cm3厚度，厚度，mm1300耐火粘土磚輕質(zhì)耐火粘土磚硅藻土磚膨脹珍珠巖2.11.00.550.16113113125901400高鋁磚輕質(zhì)耐火粘土磚超輕質(zhì)耐火粘土磚膨脹珍珠巖2.31.30.40.16113113105100高鋁磚輕質(zhì)耐火粘土磚普通硅酸鋁纖維氈2.30.40.80.166519520

6、高鋁磚普通硅酸鋁纖維氈2.30.16651201601600氧化鋁空心球磚普通硅酸鋁纖維氈1.20.16170501800氧化鋁剛玉磚氧化鋁空心球磚泡沫氧化鋁磚2.61.20.580120113表表7-1 常見(jiàn)的不同爐溫時(shí)電阻爐爐墻組成示例熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)熱壁式爐襯砌筑要求尺寸及尺寸及砌法砌法1、爐墻用砌磚體尺寸應(yīng)是磚尺寸(230、11365等)的整倍數(shù)。2、應(yīng)計(jì)入灰縫尺寸，一般不大于2mm。3、在爐體高度方向上絕不能用砍削磚的辦法來(lái)滿足砌磚體尺寸。4、爐襯的磚縫必須相互交錯(cuò)，錯(cuò)開(kāi)量應(yīng)以磚長(zhǎng)的二分之一為宜，個(gè)別情況不小于磚長(zhǎng)的14。5、爐墻拐角處砌筑必須相互咬合。6、砌磚體必須留膨脹縫。每

7、米砌磚休的膨脹縫一般規(guī)定為：剛玉磚為1214mm,高鋁磚為810mm，硅磚為1012mm，鎂磚為1214mm,粘土磚和硅藻土磚為56mm。溫度在700以下的硅藻土磚層，可不留膨脹縫。膨脹縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，其內(nèi)充填耐火纖維或馬糞紙。7、隔熱層用硅藻土磚必須干砌。磚縫空隙用干燥的隔熱填料填滿。固定在砌體內(nèi)的金屬預(yù)埋體應(yīng)在砌磚時(shí)同時(shí)安裝。8、除爐口等特殊情況，不得用重質(zhì)耐火磚砌筑在與爐充直接接觸的部位，以減少熱損失。高溫材料之間高溫材料之間穩(wěn)定性要求穩(wěn)定性要求1、電熱元件與支撐材料2、爐膛材料與加熱介質(zhì)或氣氛3、爐襯材料之間熱壁式爐襯砌筑要求表表7-2 一些耐火材料與電熱材料的穩(wěn)定性溫度耐火材料電熱材料鉬鎢

8、鉭鉻鎳合金鐵鉻鋁合金石墨1200以上強(qiáng)烈生成碳化物1400以上強(qiáng)烈生成碳化物1000以上強(qiáng)烈生成碳化物1200以下不起作用1350以下不起作用BeO1900*以上2000*以上1600以上1200以下不起作用1350以下不起作用MgO1800*以上2000(MgO揮發(fā))1800以上1200以下不起作用1350以下不起作用Al2O21900以上1900以上1900以上1200以下不起作用1350以下不起作用ZrO21900*以上(鉬揮發(fā))1600*以上1600以上1200以下不起作用1350以下不起作用ThO21900以上2200*以上1900以上1200以下不起作用1350以下不起作用耐火磚1

9、200120012001200以下不起作用1350以下不起作用堿性耐火磚1600160012001200以下不起作用1350以下不起作用熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)爐頂爐頂爐頂結(jié)構(gòu)形式分為平頂、拱頂及懸掛頂(吊頂)三種。圖圖7-1 常用爐頂結(jié)構(gòu)示意熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)爐底爐底1、小型電爐的爐底結(jié)構(gòu)和爐墻相似，需要有足夠的強(qiáng)度、耐火度和保溫性能。爐體可直接放在鋼架上，爐底懸空，此種爐底的散熱計(jì)算與爐墻基本相同2、對(duì)于尺寸較大的加熱爐，爐底需要承載爐墻和被加熱材料和工件的重量，經(jīng)常受到?jīng)_擊和磨損，所以，要求具有較高的抗壓強(qiáng)度，通常比爐墻稍厚圖圖7-2 爐底砌筑示意圖（上為格子形式，下為平鋪實(shí)砌）爐底爐底砌

10、法砌法1、在爐底鋼板上，先放一層保溫板；2、再用硅藻土磚砌成方格子，格內(nèi)填充膨脹蛭石粉或膨脹珍珠巖；3、上面再平鋪幾層保溫磚（硅藻土磚或泡沫輕質(zhì)磚），也可平鋪實(shí)砌，再鋪輕質(zhì)耐火磚；4、其上在安置支撐爐底板或?qū)к壍闹刭|(zhì)耐火磚及電熱元件擱磚。熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)爐門(mén)或爐蓋包括爐門(mén)洞口、爐門(mén)框和爐門(mén)1、爐門(mén)洞口尺寸通常稍大于裝料尺寸，而小于爐膛截面尺寸，這樣可以減少爐門(mén)開(kāi)啟式的熱損失，保護(hù)電熱元件。2、高溫爐的爐門(mén)洞深度應(yīng)較大，以減少爐口輻射熱損失。3、爐門(mén)洞口砌體常受工件摩擦碰撞，應(yīng)采用重質(zhì)或其它較堅(jiān)固的耐火磚砌筑。圖圖7-3 7-3 箱式爐的爐門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖a.一般爐門(mén) b. 裝加熱元件的爐門(mén) 1

11、、爐門(mén)框可用鑄造或鋼板焊接制造，后者重量輕，便于啟閉，但容易變形，影響密封性。2、對(duì)于可控氣氛爐常用耐熱鋼制造，或者利用水冷套冷卻爐門(mén)框。對(duì)于高溫爐，爐門(mén)框常開(kāi)條切口，作為熱膨脹縫。3、為了防止熱損失，爐門(mén)要有足夠厚的保溫層，爐門(mén)要比爐門(mén)孔大，有一部分爐門(mén)和爐墻重疊，重疊尺寸不小于65mm，通常為130mm。3、爐門(mén)要壓緊爐門(mén)框。爐門(mén)上常設(shè)有適當(dāng)?shù)膲壕o機(jī)構(gòu)，使?fàn)t門(mén)關(guān)閉后與爐門(mén)框緊密接觸。4、爐門(mén)的啟閉機(jī)構(gòu)種類很多，一般爐門(mén)多用滑輪機(jī)機(jī)構(gòu)，由人工啟閉。大型電爐的爐門(mén)和啟閉頻頻的爐門(mén)，可用電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓機(jī)構(gòu)啟閉。熱壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)爐架及爐殼1、用來(lái)承受砌體的重量、拱頂產(chǎn)生的橫推力以及爐子工作時(shí)

12、產(chǎn)生的附加作用力和各種外力；2、增加爐子的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，便于安裝各種附屬機(jī)構(gòu)等。1、爐架用各類型鋼（如角鋼、槽鋼）焊接，起到支撐和骨架的作用。2、爐底采用810mm,爐殼其它部分多用35mm鋼板。坩堝與爐膽1、對(duì)于熱壁式加熱爐，有時(shí)采用坩堝熔化材料，坩堝材料選擇時(shí)應(yīng)可考慮使用溫度，并適用于熔化材料。2、要用熱壁式加熱爐進(jìn)行保護(hù)氣氛加熱，必須設(shè)計(jì)加工一個(gè)密封結(jié)構(gòu)的爐膽。這種爐型一般稱為外熱式氣氛爐。3、采用爐膽實(shí)現(xiàn)真空加熱的爐型稱為外熱式真空爐，真空爐爐膽材料的強(qiáng)度校核時(shí)應(yīng)考慮真空負(fù)壓的作用，一般外熱式真空爐只用于低溫真空加熱。冷壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)1、高溫保護(hù)氣氛爐和真空爐多采用冷壁式爐體結(jié)構(gòu)。

13、2、冷壁式爐體設(shè)計(jì)與熱壁式爐體相比較最大的區(qū)別是要求爐殼具有密封作用，爐殼必須采用水冷結(jié)構(gòu)。3、冷壁式結(jié)構(gòu)作為高溫爐的爐體結(jié)構(gòu)，爐襯主要防止輻射熱損失，所以，其結(jié)構(gòu)和制作材料也與熱壁式爐襯有一定區(qū)別。應(yīng)用特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、為了保證爐殼在使用過(guò)程中，由于內(nèi)壁受熱不均引起變形和密封結(jié)構(gòu)因溫度過(guò)高而損壞，爐殼結(jié)構(gòu)一般為雙層水冷結(jié)構(gòu)，即爐殼由兩層鋼板組成；2、爐殼大對(duì)數(shù)采用圓筒形，這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度好、易加工、焊接縫少、節(jié)省材料。在一些特殊場(chǎng)合，也有用方形或長(zhǎng)方形爐殼。設(shè)計(jì)加工注意事項(xiàng)1.采用焊接性能良好的軋制鋼板。低碳鋼板、低碳合金鋼板、不銹鋼板、復(fù)合鋼板。2.爐殼上除過(guò)留有必要的電極引出孔、觀察孔

14、和測(cè)溫孔空外，應(yīng)盡量少開(kāi)孔或者不開(kāi)孔，盡量減少泄露環(huán)節(jié)。3、爐蓋（底）與爐殼采用密封法蘭結(jié)構(gòu)連接。爐殼直徑較大時(shí)，爐蓋上可開(kāi)一個(gè)小爐門(mén)，便于裝配和操作。4.在爐殼上，密封形式有兩種。對(duì)固定不動(dòng)的部件采用靜密封，存在有軸心移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的部位采用動(dòng)密封?？筛鶕?jù)需要選擇合適的密封結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意的是，在選用密封結(jié)構(gòu)時(shí)，氣氛保護(hù)爐和真空爐的不同。4、為了保證爐殼的氣密性，焊縫必須做探傷檢驗(yàn)，水冷夾層應(yīng)做水壓試驗(yàn)，密封結(jié)構(gòu)應(yīng)做檢漏試驗(yàn)。對(duì)于真空度高的真空爐爐殼應(yīng)采用氦質(zhì)譜儀進(jìn)行檢漏。爐爐殼殼冷壁式爐襯結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)冷壁式爐體主要用作氣氛爐和真空爐爐體，在選用爐襯材料時(shí)，必須避免與爐氣產(chǎn)生可能的高溫化學(xué)反應(yīng)和物理腐蝕，