喷涂专用烘烤电阻炉的设计_电阻炉的设计要求

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喷涂专用烘烤电阻炉的设计

摘要：本文介绍了电阻加热炉的结构特点、电气控制原理和实际应用效果，完善了喷涂烘烤的加工工艺。

关键词：电阻加热炉 电气控制 热效率 保

温层 微风、强风循环 喷涂烘烤

喷涂专用烘烤电阻炉的设计

一． 前言

电阻加热炉按热量产生的方法不同，可分为间接加热和直接加热两大类。间接加热式电阻炉就是在炉内设有专用的电阻材料做的发热元件，电流通过加热元件时产生热量，再通过热传导、对流、辐射而使放置在炉内的工件进行加热。直接加热式电阻炉，电源直接接在所需加热的工件上，使强大的电流直接流过所需加热的工件，而使工件自己发热达到加热的目的。工业电阻加热炉大部分是采用间接加热式，只有一部分因加热工艺人的特殊需要而采用直接加热式。本炉采用的是间接加热式，发热元件选用红外线加热管，热效高，节约能源。二． 技术要求

1． 电阻加热炉升温速度快，热损失小，效率高。

2． 炉内温度均匀，多点温差±10℃。可设定炉内升温温度，最高温度400℃，可设定恒温时间。

3． 自动换风，工件进炉微风循环（强风将喷涂粉吹散），达到喷涂粉溶解温度时强风循环。

4． 自动控温，定时恒温，自动开启电动门联锁加热系统。5． 加工周期完成自动报警，自动开门。

6． 超温报警、自动停炉、停止加热、开门冷却。三． 电阻炉的技术特性

电阻炉加热，当电流在导体中流过时，因有电阻的存在，电能

即在导体中形成损耗，转换为热能，按焦耳楞次定律

Q=0.2412Rt Q——热能，卡； I——电流，安； R——电阻，欧姆； t——时间，秒。

按上式推算，当1千瓦小时的电能，全部转换为热能时，Q=（0.24×1000×3600）/1000=864千卡,在电热技术上按1千瓦小时=860千卡计算。电阻加热炉在结构上是使电能转换为热能的设备，它能有效地用来加热指定的工件，并保持高的效率。提高效率，节约能源，是电阻炉主要的技术特性。电阻炉消耗电能转换来的热能，一部分由电阻炉构筑材料及传导热的各种因素而散失到空间去，另一部分则用于对炉内工件的加热，而前面的一部分形成了电阻炉损失功率，后一部分形成了电阻炉有效功率。当电阻炉开始升温时，炉内砌砖体大量地吸收热量（砌砖炉衬）以提高本身温度，在停炉冷却下来时，又把部分热量散失到空间去，这一部分形成炉体蓄热损失。一台好的电阻炉应具有低的空炉损失及高的有效功率，较小蓄热损失。空炉损失小是衡量电阻炉效率好坏的重要指标，空炉损失小的电阻炉可以得到高的生产率及低的单位电能耗比。

电炉从室温升到工作温度的时间对电炉的经济指标是有明显影响的，升温时间短则炉子投入正常使用的时间就较长，每天的生产效率就较高。每公斤工件的电耗量就降低，所以要尽可能的采用热贯性

小的炉衬材料，并降低炉体蓄热量来加快电阻炉的升温速度。四． 电阻炉的结构设计特点

结合生产的实际需要及被加温工件的特殊性，来说明电阻炉的结构设计特点，示意如图（图一）：

1． 钢体框架结构为主体，为了减少蓄热损失，选用铁板做炉衬，吸收的热量相当于砌砖炉衬的1/5，主体与炉之间加装耐火及热绝缘性能较好的石棉带做热绝缘层，主体框架与炉衬用铁铆钉铆接，减少热传导损失。

2． 炉墙与炉衬之间选用热导率v/m·k0.04的耐火及保温性能优良的硅酸铝纤维毯，炉墙双面抹灰增加密封性，炉门选用石绵带做密封，减少炉内的热能向炉外传导。

3． 炉衬上设有反射板，提高红外线加热器的效能，挂式加热器炉底部位电功率较大，上部功率较小，根据空气对流自然循环原理设制。炉顶部设有空气循环双速风机，加强炉内冷热空气循环，使炉内温度均匀，有利于炉内工件均匀受热，提高电阻炉的加温质量。

4． 电动自动门，开启门结构由齿轮、齿条传动，门轴采用通轴设计，门轴底部设有钢珠、弹簧。动轴套与定轴之间设有轴承、门脚轮结构。炉门开启灵活，密封性能好。五． 电阻炉保温层及电功率的推算

1.根据我多年的实践经验，并参考其他技术资料，较厚的保温层是保证电阻炉减少热损失的一个重要途径，700-1000℃的 电阻炉一般用113毫米的保温耐火层及113-180毫米厚的保温层，400-650℃的电阻炉中，用65-113毫米厚的保温耐火层及65-113毫米厚的保温层。结合上述数据，本设计选用240毫米的耐火保温性能优良的硅酸铝毯做保温层，因铁板炉衬不设耐火层，设10毫米的热绝缘层，减少热传导的损失。

2.电阻加热在升温、保温的过程中，存在各种热损失，所以将其作为热平衡计算的依据来确定电阻炉的总功率，决定需要安装加热器的数量。

估计电阻炉升温时间约为4h,保温时间2h，升温时间加保温时间为6h。

1)加热工件吸收的热量QI吸=G（c2·t2-c1·t1）/τ=20329KJ/h.式中，GI为工件质量400Kg;c2为工件在所需温度下的平均比热（0.602KJ/Kg,℃）;c1为工件在入炉温度下的平均比热（0.49KJ/Kg,℃）;t2和t1为工件所需温度350℃和入炉温度（15 ℃）；τ为工件的升温时间4h.2)炉衬散失的热量Q衬=(t炉-t空)·s/(δ/λ+0.0159)=10452KJ/h.式中，t炉为炉子的升温温度350℃；t空为炉墙外面的空气温度（15℃）；S为炉墙面积的总和（52.5㎡）;δ为炉墙和保温层的 厚度（0.5㎡）;λ为炉体材料的平均导热系数(0.301KJ/m·n·℃);0.0159为炉墙的热阻（㎡·n·℃/KJ）.3)炉体积蓄的热量Q蓄（设炉墙外表面温度30℃）

Q蓄=V·ρ·⊿t·c/τ=194688KJ/h.式中，V为炉体体积（30m3）;ρ为炉体材料的平均密度（507Kg/m3）;⊿t为炉体材料的平均温度（200℃）；C为炉体材料的平均比热（0.384KJ/Kg℃）;τ为炉子的升温和保温时间之和（6h），则Q总=QI吸+Q衬+Q蓄=225469KJ/h.4)电阻炉的计算功率W=Q总/3600=62.6KW 电阻炉的实际功率W，电阻炉在加热的过程中，为了控制炉温的整体均匀性，恒温时需要间断接通电源，取应用功率66KW.加热器在炉内的分布示意如图（图一）、功率（图二）所示。六.电气控制的设计

电气原理如（图二）所示，对电气控制原理作以下说明： 按起动按钮SBT，经停止按钮SB0，热继电器KR3的常闭触头、中间继电器ZJ0的常闭触头、正反车电气保护联锁、KM3的常闭辅助触头、关门接触器KM4得电吸合并自保。电动门电动机M1起动运行关门。当炉门运行到设定位置时，关门限位的行程开关K2的常开触头闭合，经起动中间继电器ZJ1的常闭触头、关门接触器KM4的常开辅助触头、延时起动加热系统的通电延时闭合的时间继电器SJ2、中间继电器ZJ0得电吸合并自保，中间继电器ZJ0的常闭触头断开，关门接触器KM4失电释放，关门电动机M1停止运行。

关门后设定t时间起动炉内加热系统，时间继电器SJ2常开触头闭合，起动中间继电器ZJ1得电吸合，常闭触头断开，时间继电器SJ2、中间继电器ZJ0失电释放。起动中间继电器ZJ1-1常

开触头闭合，经恒温定时时间继电器SJ1的常闭触头、中间继电器ZJ3得电吸合并自保，ZJ3的常开触头闭合，炉内温度控制的温控仪TC得电，经热继电器KR1的常闭触头、温控仪的常开触头、加热接触器KM1吸合，炉内加热器受电升温。

起动中间继电器ZJ1-2常开触头闭合，经双速电动机的低速起动接触器KM2的常闭辅助触头、低速延时起动通电延时继电器SJ4得电吸合并自保。延时继电器设定加热时间t,常开触头闭合，经中间继电器ZJ4的常闭触头，中间继电器ZJ5得电吸合并自保，中间继电器ZJ5-1常开触头闭合，为设定恒温时间的时间继电器起动作准备。中间继电器ZJ5-2常开触头闭合，经热继电器KR2的常闭触头、双速电动机高速起动接触器KM6的常闭辅助触头、控制双速电动机变速的温控仪TC1的常闭触头、低速接触器KM2得电吸合并自保，KM2常闭辅助触头断开，中间继电SJ4失电释放，双速电动机低速起动运行。起动中间继电器ZJ1-3常开触头闭合，经双速电动机接星接触器KM5的常闭辅助触头、控制双速电动机变速的温控仪得电作变速准备。

炉内设定双速电动机高速运转的温度时，温控仪TC1-1的常开触头闭合，经热继电器KR4的常闭触头、时间继电器SJ3的常闭触头、联锁保护低速起动接触器的常闭辅助触头、双速电动机的高速起动接触器KM5、KM6得电吸合并自保，接触器KM5、KM6的常闭辅助触头断开，控制双速电动机变速的温控仪的常闭触头断开，低速起动接触器KM2、中间继电器ZJ2失电释放，双速电

动机高速起动运转。

炉内温度升至设定温度T℃时，加热温度控制仪动作，加热接触器KM1失电释放，KM1常闭辅助触头闭合，经中间继电器ZJ5-1的常开触头、恒温计时时间继电器SJ1得电并自保，开始恒温计时，达到设定恒温时间时，时间继电器SJ1的延时断开触头断开，中间继电器ZJ3失电释放，炉温温控仪TC失电，加热接触器失电释放，停止加热。SJ1延时闭合触头闭合，经中间继电器ZJ4的常闭触头，时间继电器SJ3得电并自保，常闭触头断开，双速电动机的高速起动接触器KM5、KM6失电释放，电动机停止运转，SJ3自保触头接通电铃，铃响恒温时间完成。

设定时间t后，时间继电器SJ3常开触头闭合，经开门限位行程开关的常闭触头，中间继电器ZJ4得电吸合并自保，中间继电器ZJ4-

1、ZJ4-2常闭触头断开、中间继电器ZJ5、时间继电器SJ3失电释放，电铃停响，经停止按钮SB0、热继电器KR3的常闭触头、正反车保护联锁KM4的辅助常闭触头、开门接触器KM3得电吸合，电动门电动机起动运行，行至开门设定位置时，限位行程开关常闭触头断开，中间继电器ZJ4失电释放，开门接触器KM3失电释放，电动机停止运行，一个工作周期完成。如果炉内超温TC1-2的常开触头闭合，QF4空气断路器脱扣线圈吸合，加热系统停电，加热停止，报警，自动开门冷却。按钮SBT1及SBT2可在特殊情况下关开门。六． 结论

1.电阻加热炉投入生产达到了技术设计要求，工件进炉升温时间

1.5h，恒温时间3h，炉墙外表面温度32℃，炉内多点测温±9℃，加工工件质量良好。

2.电气控制运行正常，开启炉门结构运行非常理想。

参考文献：

1． 热处理炉及车间设备。北京机械工业出版社。刘孝曾。1979。2． 物理全日制普通高级教科书。人民教育出版社物理室。2000。