一种高温电阻炉膛用电热元件结构及其布置方法与流程

本发明属于电阻加热炉技术领域，具体涉及一种高温电阻炉膛用电热元件结构及其布置方法。

背景技术：

电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。电热元件为电阻丝、碳硅棒等，根据温度不同，分为低温、中温和高温电阻炉，工作温度在650℃以下的为低温炉，650-1000℃为中温炉，1000℃以上为高温炉。在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。

现有通用电阻炉为台车式电阻炉，电热元件布置在炉膛两侧及炉底沟槽内，利用循环风机和回火风机外部设有的导流罩，使得热空气在炉内循环，从而达到对工件的加工温度均匀。大型台车式电阻炉的端墙及炉门上也布置有电热元件，优点是结构简单、通用性好、购置费用低等，缺点是此炉型只适用于中小型工件热处理加热用，当炉底移出时炉内热量散失大，炉温下降快。如若加热丝出现熔丝、断丝现象，处理维修、更换麻烦。

目前，电热元件的安装是采用陶瓷钉插入炉衬的纤维折叠块后进行固定的方式，导致电阻炉在1100℃的高温里进行工作时，炉壁会出现明显的裂纹和外壁超温现象，性能差，使用寿命短，且电热元件的安装大多采用陶瓷钉进行固定，由于陶瓷钉较挂钩笨重，其占用空间大，容易造成电热元件变形后直接碰触导电。同时，没有合理分区，导致电热元件对薄板坯加热不均匀。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高温电阻炉膛用电热元件结构，克服现有技术中存在的技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种高温电阻炉膛用电热元件结构的布置方法，分区布置且分区控制，有效解决电热元件对薄板坯加热的均匀性问题。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

每个区的电热元件通过多根加热丝首尾相接形成蛇形，所述电热元件的引出电极直径大于电热元件直径的3倍，引出电极材料与电热元件材料相同。

所述电热元件沿炉口进出方向分区布置，其中靠近炉口的电热元件功率大于其他区布置的电热元件功率。

所述电热元件吊挂在炉顶下方。

所述测控机构包括热电偶和温度控制仪，所述热电偶与温度控制仪电连接，所述温度控制仪电连接变压器，所述温度控制仪用于采集热电偶的温度数据，并与设定值比较后对变压器电压进行调节。

靠近炉口的电热元件功率大于其他区布置的电热元件功率的15-20％。

所述炉顶包括矩管框架和耐火层，所述耐火层通过吊杆固定在矩管框架的固定板上，所述吊杆为多个且下端设有吊挂结构，所述电热元件通过吊挂结构吊挂在炉顶下方。

所述电热元件为钨丝或钼丝。

一种高温电阻炉膛用电热元件结构的布置方法，包括以下步骤：

步骤1)根据高温电阻炉的最高使用温度，确定电热元件的材料；

步骤2)根据加热电阻炉容积确定电热元件的安装功率p，再确定每个区的安装功率，根据安装功率、电压、单根加热丝的电阻确定每个区的加热丝的根数；

式中，p为加热炉功率，kw；k为综合修正系数，随炉温的增高而增大，取值100-300；v为加热电阻炉容积；

步骤3)将每个区的多根加热丝首尾相接形成蛇形，沿炉口进出方向分区置挂于炉膛顶部，并分区布置测控机构，完成电热元件结构的布置。

所述加热电阻炉容积为炉膛容积和炉口接脖容积之和，炉口接脖容积是炉口与炉膛之间的容积。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种高温电阻炉膛用电热元件结构，加热元件布置于炉膛顶部，通过分区布置和控制，使加热炉炉温均匀。

电热元件通过吊杆吊挂在炉顶上，安装方便，而且避免电热元件变形后直接碰触导电。

与台车式电阻炉相比，电热元件更换方便，当设备使用不当造成熔丝、断丝，停炉后，不用整体更换，只需将断丝部分切掉更换或直接接丝；维修处理方便、简单、通用性强。

电热元件的引出电极的直径大于电热元件直径3倍，引出电极材料与电热元件材料一致，可以降低引出电极与接线连接处的温度。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的电热元件布置示意图；

图2是电热元件引出电极示意图；

图3是吊杆结构示意图；

图4是炉顶端部示意图。

图中：

附图标记说明：

1、加热丝；2、吊杆；3、炉顶；4、矩管框架；5、螺母；6、耐火层；7、引出电极；8、吊挂结构；9、拉杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的高温电阻炉膛用电热元件结构的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

本发明提供的这种高温电阻炉膛用电热元件结构，加热元件布置于炉膛顶部，通过分区布置和控制，使加热炉炉温均匀。

实施例2：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

每个区的电热元件通过多根加热丝1首尾相接形成蛇形，所述电热元件的引出电极7直径大于电热元件直径的3倍，引出电极7材料与电热元件材料相同。如图1和图2所示。

电热元件的引出电极7的直径大于电热元件直径3倍，引出电极7材料与电热元件材料一致，可以降低引出电极7与接线连接处的温度。

实施例3：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

所述电热元件沿炉口进出方向分区布置，其中靠近炉口的电热元件功率大于其他区布置的电热元件功率。

靠近炉口区域，因开炉门过程中热量损失太大，所以靠近炉口部位需将单位面积的表面功率提高。在本实施例中，靠近炉口的电热元件功率大于其他区布置的电热元件功率的15-20％。

实施例4：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

所述电热元件吊挂在炉顶3下方。

电热元件通过吊杆2吊挂在炉顶3上，安装方便，而且避免电热元件变形后直接碰触导电。

与台车式电阻炉相比，电热元件更换方便，当设备使用不当造成熔丝、断丝，停炉后，不用整体更换，只需将断丝部分切掉更换或直接接丝；维修处理方便、简单、通用性强。

实施例5：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

所述测控机构包括热电偶和温度控制仪，所述热电偶与温度控制仪电连接，所述温度控制仪电连接变压器，所述温度控制仪用于采集热电偶的温度数据，并与设定值比较后对变压器电压进行调节。

在本实施例中，如图1所示，电热元件分三区布置。温控系统采用一台三通道温控仪(型号2604)进行对炉内温度控制，通过三支电偶进行温度采集，将采集的数据送入各自的通道中，分别控制炉子三个区的温度。当某一区温度偏低或偏高，温控仪通过内设的pid调节控制器控制变压器的电流电压，使炉温达到设定的温度值。

实施例6：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

所述电热元件吊挂在炉顶3下方。

其中，炉顶3包括矩管框架4和耐火层6，所述耐火层6通过吊杆2固定在矩管框架4的固定板上，所述吊杆2为多个且下端设有吊挂结构8，所述电热元件通过吊挂结构8吊挂在炉顶3下方。

如图3所示，吊杆2包括三部分，上部分为不锈钢，中部为钼材质，下部为钨材质，下部底端设有吊挂结构8。上部、中部和下部之间通过螺纹连接。

吊杆2主要作用一是将耐火纤维板进行连接与固定，二是通过该吊挂结构8固定吊挂加热丝1。吊杆2穿设在多层耐火层6的中部。

如图4所示，炉顶3的端部通过拉杆9穿过多层耐火层6后用螺母5固定。拉杆9包括上半节和下半节，上半节和下半节通过螺纹连接，上半节为不锈钢，下半节为钼材质。拉杆9的作用是将耐火层6进行连接与固定。下半节采用高温钼材质，目的是耐火。

实施例7：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构，包括电热元件，所述电热元件为多个且分区布置，每个区设有测控机构，所述电热元件设于炉膛顶部，所述电热元件包括多根加热丝1，所述测控机构用于测量温度和调节温度。

所述电热元件为钨丝或钼丝。

在本实施例中，加热炉为氢气电阻加热炉，电热元件材料选择钨或者钼，由于该加热炉温度1650℃，电热元件的温度应该在1700℃～1800℃。钼的熔点为2610℃，钼具有高强度、高硬度、机械性能优异的特点，而且在高温下仍能保持高强度和高硬度，所以选择钼丝为电热元件。

实施例8：

本实施例提供了一种高温电阻炉膛用电热元件结构的布置方法，包括以下步骤：

步骤1)根据高温电阻炉的最高使用温度，确定电热元件的材料；

步骤2)根据加热电阻炉容积确定电热元件的安装功率p，再确定每个区的安装功率，根据安装功率、电压、单根加热丝1的电阻确定每个区的加热丝1的根数；

式中，p为加热炉功率，kw；k为综合修正系数，随炉温的增高而增大，取值100-300；v为加热电阻炉容积；

步骤3)将每个区的多根加热丝1首尾相接形成蛇形，沿炉口进出方向分区置挂于炉膛顶部，并分区布置测控机构，完成电热元件结构的布置。

所述加热电阻炉容积为炉膛容积和炉口接脖容积之和，炉口接脖容积是炉口与炉膛之间的容积。

在本实施例中，加热炉为氢气电阻加热炉(炉膛尺寸4350×3280×610)，电热元件材料选择钨或者钼，由于该加热炉温度1650℃，电热元件的温度应该在1700℃～1800℃。钼的熔点为2610℃，钼具有高强度、高硬度、机械性能优异的特点，而且在高温下仍能保持高强度和高硬度，所以选择钼丝为电热元件。

如图1所示，将加热炉的功率分布于三个区。根据加热电阻炉容积确定电热元件的安装功率p，再确定每个区的安装功率，根据安装功率、电压、单根加热丝1的电阻确定每个区的加热丝1的根数；

式中，p为加热炉功率，kw；k为综合修正系数，随炉温的增高而增大，取值100-300；v为加热电阻炉容积。

其中，k与炉温、隔热屏种类、加热时间长短、作业形式有关系。1400℃时k＝150～200，1600℃时k＝200～250，1800℃时k＝250～300。因为该炉膛容积大、装料多、炉子热损失和蓄热都大，故k值取大值300。

加热电阻炉容积、安装功率与单位炉膛内表面积功率的关系如表1所示。

表1加热电阻炉容积、安装功率与单位炉膛内表面积功率的关系

根据炉膛尺寸，初步排列出三区加热丝1每区的长度，丝选φ3直径的钼丝，计算单根钼丝的电阻值：

式中：r0为单根丝电阻值(ω)；ρ为钼在1800℃的电阻系数ρ＝0.556ω·mm²/m；s为加热丝1的截面积mm²；l为单根加热丝1的长度。

电压的选择：电热元件的工作电压不应过高，因在高温下耐火材料的绝缘电阻急剧下降，电热元件的蒸发增加。绝缘子表面导电率增大，电极间易产生电弧放电，增加了工作中的危险性。电压过高，电热元件则细而长，造成安装困难而且使用寿命缩短；电压过低，电热元件则粗而短，元件用量增多，提高了成本，通常电压都控制在100v以下。

根据前面所算的加热炉功率初步确定三区的功率分布，计算每一区电流i及电阻率r。式中：i为电流，a；p为每区功率，w；r为每区电阻值(ω)。

确定每区的电热元件的根数

计算单区加热丝1的元件实际表面功率(w/cm²)

式中：wb－元件实际单位表面功率(w/cm²)；p为单区的功率(w)；n为每根电热元件的根数；d为单根丝的直径(cm)；l为单区丝的长度(cm)；wy为元件允许的单位表面功率(w/cm²)。

根据以上公式计算每区电热元件功率、根数，直到数值满足表2为止。

表2电热元件允许的单位表面功率wy(w/cm²)

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。