第7讲材料加热炉基础

1、加热炉需要一个合适的温度场加热炉炉膛空间结构设计满足温度场的要求炉体结构设计满足炉膛空间温度场的要求箱式炉箱式炉台车炉台车炉井式回火炉井式回火炉中温井式加热炉中温井式加热炉井式气体渗碳炉井式气体渗碳炉多用炉多用炉真真空空炉炉烧结炉烧结炉加热炉需要一个合适的温度场因材料及其制品的加热工艺要求而异炉体结构设计满足炉膛空间温度场的要求炉体结构的特点外热式炉体加热热源处于坩埚或马弗外如：气体渗碳炉、低温预抽真空炉可以方便地更换或调整加热介质内热式炉体加热热源与加热材料处于同一空间外如：普通箱式炉和井式炉热壁式炉体冷壁式炉体炉壳一般为空冷，炉衬为传导传热，炉壳表面的温度较高大多数中低温加热炉和空气气氛的

2、高温炉的炉体结构多为热壁式炉体高温气氛炉和真空炉需要用炉壳密封一般采用多冷壁式炉体结构，炉壳一般采取水冷方式，炉衬多为隔热屏式结构，以防止辐射换热。炉体结构及设计技术要求实现均匀稳定实现均匀稳定的温度场的温度场1、炉衬的热阻在各个方向上应接近或相同2、加热功率的分布应考虑热量需求和热损失减少炉衬蓄热减少炉衬蓄热和散热和散热1、周期作业电阻炉，炉衬蓄热一般占总耗热量的80%以上2、连续式电阻炉，散热是主要的能耗，炉表温度要有要求炉子的砌体要炉子的砌体要有足够的机械有足够的机械强度强度1、炉衬设计要考虑其高温强度2、炉衬设计要考虑高温尺寸稳定性热损失小热损失小工作安工作安全可靠全可靠操作安全便于运

3、操作安全便于运输和维修输和维修安全可靠耐用热壁式炉衬结构及设计炉墙一般炉墙由耐火层、保温层和保温板组成耐火层直接承受炉内高温的作用和炉内气氛或炉内加热介质的侵蚀，炉衬的结构强度主要决定于耐火层。保温层主要起到保温绝热作用，使炉衬热损失减火，炉壳温度不致过高，而对炉衬结构强度只起辅助作用。1、当炉温低于300时，炉墙由两块钢板中间填充保温材料构成。2、炉温低于500时，炉墙可只用保温材料，如直接用硅藻土砖砌筑。3、一般7001000中温电阻炉炉墙由耐火层 (采用轻质耐火粘土砖)115mm、保温层(硅藻土砖或蛭石粉填充料)180232mm和石棉板510mm组成。4、10001300的高温电阻炉炉衬

4、需用三层，即：高铝砖、轻质耐火粘土砖和保温填料，外加石棉扳。5、炉温超过1600以上的高温炉，内衬应采用刚玉砖、高纯度氧化铝及氧化锆等高级耐火材料。热壁式炉衬结构及设计炉膛温度，炉膛温度，炉衬材料炉衬材料密度密度，g/cm3厚度，厚度，mm700轻质耐火粘土砖膨胀珍珠岩0.6，0.80.1611345轻质耐火粘土砖硅藻土砖0.6，0.80.55113125950轻质耐火粘土砖普通硅酸铝纤维毡0.80.16113113轻质耐火粘土砖普通硅酸铝纤维毡蛭石粉0.80.160.156550100120轻质耐火粘土砖普通硅酸铝纤维毡硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合0.80.160.55，113102080120

5、硅酸铝纤维0.16，0.161601200耐火粘土砖轻质耐火粘土砖膨胀珍珠岩2.11.00.16113113120轻质耐火粘土砖轻质耐火粘土砖硅藻土砖蛭石粉1.31.00.550表7-1 常见的不同炉温时电阻炉炉墙组成示例炉膛温度，炉膛温度，炉衬材料炉衬材料密度密度，g/cm3厚度，厚度，mm1300耐火粘土砖轻质耐火粘土砖硅藻土砖膨胀珍珠岩2.11.00.550.16113113125901400高铝砖轻质耐火粘土砖超轻质耐火粘土砖膨胀珍珠岩2.31.30.40.16113113105100高铝砖轻质耐火粘土砖普通硅酸铝纤维毡2.30.40.80.166519520

6、高铝砖普通硅酸铝纤维毡2.30.16651201601600氧化铝空心球砖普通硅酸铝纤维毡1.20.16170501800氧化铝刚玉砖氧化铝空心球砖泡沫氧化铝砖2.61.20.580120113表表7-1 常见的不同炉温时电阻炉炉墙组成示例热壁式炉衬结构及设计热壁式炉衬砌筑要求尺寸及尺寸及砌法砌法1、炉墙用砌砖体尺寸应是砖尺寸(230、11365等)的整倍数。2、应计入灰缝尺寸，一般不大于2mm。3、在炉体高度方向上绝不能用砍削砖的办法来满足砌砖体尺寸。4、炉衬的砖缝必须相互交错，错开量应以砖长的二分之一为宜，个别情况不小于砖长的14。5、炉墙拐角处砌筑必须相互咬合。6、砌砖体必须留膨胀缝。每

7、米砌砖休的膨胀缝一般规定为：刚玉砖为1214mm,高铝砖为810mm，硅砖为1012mm，镁砖为1214mm,粘土砖和硅藻土砖为56mm。温度在700以下的硅藻土砖层，可不留膨胀缝。膨胀缝应错开，其内充填耐火纤维或马粪纸。7、隔热层用硅藻土砖必须干砌。砖缝空隙用干燥的隔热填料填满。固定在砌体内的金属预埋体应在砌砖时同时安装。8、除炉口等特殊情况，不得用重质耐火砖砌筑在与炉充直接接触的部位，以减少热损失。高温材料之间高温材料之间稳定性要求稳定性要求1、电热元件与支撑材料2、炉膛材料与加热介质或气氛3、炉衬材料之间热壁式炉衬砌筑要求表表7-2 一些耐火材料与电热材料的稳定性温度耐火材料电热材料钼钨

8、钽铬镍合金铁铬铝合金石墨1200以上强烈生成碳化物1400以上强烈生成碳化物1000以上强烈生成碳化物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挥发)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(钼挥发)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以下不起作用耐火砖1

9、200120012001200以下不起作用1350以下不起作用碱性耐火砖1600160012001200以下不起作用1350以下不起作用热壁式炉衬结构及设计炉顶炉顶炉顶结构形式分为平顶、拱顶及悬挂顶(吊顶)三种。图图7-1 常用炉顶结构示意热壁式炉衬结构及设计炉底炉底1、小型电炉的炉底结构和炉墙相似，需要有足够的强度、耐火度和保温性能。炉体可直接放在钢架上，炉底悬空，此种炉底的散热计算与炉墙基本相同2、对于尺寸较大的加热炉，炉底需要承载炉墙和被加热材料和工件的重量，经常受到冲击和磨损，所以，要求具有较高的抗压强度，通常比炉墙稍厚图图7-2 炉底砌筑示意图（上为格子形式，下为平铺实砌）炉底炉底砌

10、法砌法1、在炉底钢板上，先放一层保温板；2、再用硅藻土砖砌成方格子，格内填充膨胀蛭石粉或膨胀珍珠岩；3、上面再平铺几层保温砖（硅藻土砖或泡沫轻质砖），也可平铺实砌，再铺轻质耐火砖；4、其上在安置支撑炉底板或导轨的重质耐火砖及电热元件搁砖。热壁式炉衬结构及设计炉门或炉盖包括炉门洞口、炉门框和炉门1、炉门洞口尺寸通常稍大于装料尺寸，而小于炉膛截面尺寸，这样可以减少炉门开启式的热损失，保护电热元件。2、高温炉的炉门洞深度应较大，以减少炉口辐射热损失。3、炉门洞口砌体常受工件摩擦碰撞，应采用重质或其它较坚固的耐火砖砌筑。图图7-3 7-3 箱式炉的炉门结构示意图a.一般炉门 b. 装加热元件的炉门 1

11、、炉门框可用铸造或钢板焊接制造，后者重量轻，便于启闭，但容易变形，影响密封性。2、对于可控气氛炉常用耐热钢制造，或者利用水冷套冷却炉门框。对于高温炉，炉门框常开条切口，作为热膨胀缝。3、为了防止热损失，炉门要有足够厚的保温层，炉门要比炉门孔大，有一部分炉门和炉墙重叠，重叠尺寸不小于65mm，通常为130mm。3、炉门要压紧炉门框。炉门上常设有适当的压紧机构，使炉门关闭后与炉门框紧密接触。4、炉门的启闭机构种类很多，一般炉门多用滑轮机机构，由人工启闭。大型电炉的炉门和启闭频频的炉门，可用电动、气动或液压机构启闭。热壁式炉衬结构及设计炉架及炉壳1、用来承受砌体的重量、拱顶产生的横推力以及炉子工作时

12、产生的附加作用力和各种外力；2、增加炉子的整体结构强度，便于安装各种附属机构等。1、炉架用各类型钢（如角钢、槽钢）焊接，起到支撑和骨架的作用。2、炉底采用810mm,炉壳其它部分多用35mm钢板。坩埚与炉胆1、对于热壁式加热炉，有时采用坩埚熔化材料，坩埚材料选择时应可考虑使用温度，并适用于熔化材料。2、要用热壁式加热炉进行保护气氛加热，必须设计加工一个密封结构的炉胆。这种炉型一般称为外热式气氛炉。3、采用炉胆实现真空加热的炉型称为外热式真空炉，真空炉炉胆材料的强度校核时应考虑真空负压的作用，一般外热式真空炉只用于低温真空加热。冷壁式炉衬结构及设计1、高温保护气氛炉和真空炉多采用冷壁式炉体结构。

13、2、冷壁式炉体设计与热壁式炉体相比较最大的区别是要求炉壳具有密封作用，炉壳必须采用水冷结构。3、冷壁式结构作为高温炉的炉体结构，炉衬主要防止辐射热损失，所以，其结构和制作材料也与热壁式炉衬有一定区别。应用特点结构特点1、为了保证炉壳在使用过程中，由于内壁受热不均引起变形和密封结构因温度过高而损坏，炉壳结构一般为双层水冷结构，即炉壳由两层钢板组成；2、炉壳大对数采用圆筒形，这种结构强度高、刚度好、易加工、焊接缝少、节省材料。在一些特殊场合，也有用方形或长方形炉壳。设计加工注意事项1.采用焊接性能良好的轧制钢板。低碳钢板、低碳合金钢板、不锈钢板、复合钢板。2.炉壳上除过留有必要的电极引出孔、观察孔

14、和测温孔空外，应尽量少开孔或者不开孔，尽量减少泄露环节。3、炉盖（底）与炉壳采用密封法兰结构连接。炉壳直径较大时，炉盖上可开一个小炉门，便于装配和操作。4.在炉壳上，密封形式有两种。对固定不动的部件采用静密封，存在有轴心移动和旋转动作的部位采用动密封。可根据需要选择合适的密封结构。应该注意的是，在选用密封结构时，气氛保护炉和真空炉的不同。4、为了保证炉壳的气密性，焊缝必须做探伤检验，水冷夹层应做水压试验，密封结构应做检漏试验。对于真空度高的真空炉炉壳应采用氦质谱仪进行检漏。炉炉壳壳冷壁式炉衬结构及设计冷壁式炉体主要用作气氛炉和真空炉炉体，在选用炉衬材料时，必须避免与炉气产生可能的高温化学反应和物理腐蚀，