加热炉总结教材

加热炉分类结构技术特性电热体材料操作及调控热电偶定义：将电流通过金属或非金属电热元件，使其发出热量，借助辐射或对流作用加热元件的热处理炉。分类：高温炉（﹥1000℃）（1）按工作温度中温炉（1000-650℃）低温炉（﹤650℃）（2）按炉膛介质空气介质炉

控制气氛炉

液体介质炉（浴炉）（3）按炉膛形状：箱式、井式、罩式、直通式（4）按专业程度：通用和专用（5）按用途：退火、正火、淬火、回火、渗碳等（6）按作业规程：周期、连续、半连续箱式炉井式炉台车式电阻炉电阻炉的基本结构电热元件炉体炉衬炉门、炉底、炉顶、炉墙形成加热空间，起放置工件和保持加热温度场的作用。炉子的发热体，使电能转化为热能，加热工件。机械传动系统，炉子操作参数测量及控制系统，可控气氛供应和控制系统或真空系统等等。辅助装置主要的技术特性⑴电炉有效功率

电炉消耗电能=有效功率+损失功率电阻炉消耗电能转换来的热能，一部分用于对炉内工件的加热形成了电炉有效功率；另一部分则形成了电炉损失功率。⑵加热能力

指电炉的有效功率，从理论计算上在一个小时内能把指定的材料加热到额定温度的最大重量数，以kg／h计算。⑶升温速度

升温速度快，升温时间短，生产率高，单位制品的电耗量降低。炉衬材料影响电炉的升温速度。一、对电热体材料的要求（1）良好的高温力学性能和化学稳定性。（2）高的电阻率。（3）较小的电阻温度系数。（4）低的热胀系数。（5）良好的机械加工性能。电热体材料及其性能二、电热体材料性能（一）金属材料（1）镍铬合金

镍铬合金分二元合金和三元合金两种，二元合金基本是镍和铬，含铁量只有0.5~3%三元合金是镍铬铁合金。经常使用的镍铬合金有Cr15Ni60、0Cr23Ni13等。（2）铁铬铝合金铁铬铝合金的熔点比镍铬合金高，在空气中加热后表面形成一层Al2O3保护膜，其熔点比合金基体高。此种合金电阻率大，电阻温度系数小，价格低廉，但质脆，加工性能较差，弯曲时需要预热；高温时强度低，元件易于变形倒塌；加热后合金晶粒胀大，脆性增加，经不起冲击和弯曲；维修时比较困难。（3）钼（Mo）（熔点：2630℃）

a.高温状态下：强度高，但脆性大，所以加工性能差，常用直径2mm，常制成丝状、带状或棒状b.在高温下，与任何耐火材料都能反应，所以耐火材料必须选择纯度较高的。钼的再结晶温度1007℃，超过此温度，强度会变低，脆性增加；

c.常用温度：1600℃；在1800℃时，钼会强烈挥发，晶粒粗大，脆性增加d.蒸汽压较大，在空气中不能用，在渗碳气氛中，会使钼变脆（4）钨（W）（熔点：3410℃）

a.最高使用温度：2500℃

b.常用温度：2200—2400℃

c.在保护气氛中号称可用到：3000℃

d.在2400℃，真空状态中会强烈挥发

e.在氩气中可用到2600℃

f.钨丝加工性能差，加工时温度要小于600℃（5）钽（熔点：2900℃）

a.一般用在真空和保护气氛中（氮气中不能用）；

b.最高使用温度：2200℃；

c.常用温度：2000—2100℃；

d.不能在氮气和氢气中使用；

e.在空气中400℃开始氧化，600℃强烈氧化；

f.加工性能好，用真空电子束焊接。(1)硅碳棒（SiC-94.4%，SiO2-3.6%，其余Al、Fe、CaO）

空气中使用温度：600℃～1500℃

A．物理性能

硬度高，脆性大，耐急冷急热。高温变形小B．化学性能

具有良好的化学稳定性，酸对其无作用，但碱和碱土金属氧化物在一定温度条件下对其有侵蚀作用。高温下，水蒸气、氢气、卤素、硫等对其也有氧化和侵蚀作用。气氛影响其使用性能（二）非金属材料气氛影响：

A．有水蒸气会有影响

B．在氢气中使用，温度应小于1200℃

C．在氨气中使用，500—600℃时，NH3中分解出的元素会与之反应；当1350℃时会产生SiN，影响寿命

D．在氮气，氢气混合气中使用时，温度应小于1250℃

F．在硫磺蒸汽中，当1200℃时会产生SO2,SO3会腐蚀SiC，故应小于1200℃

G．在CO中，会产生游离碳，与碳化硅反应，使电流增大，烧坏变压器硅碳棒（SiC）的性能1.该元件质地硬而脆,膨胀系数小、能耐急冷急热,不易变形,有良好的化学稳定性,抗酸能力极强,与强酸不反应,抗碱能力较差,在高温下能腐蚀分解棒体。氯气能使元件分解，氢氮气有不同程度的侵蚀作用。如果在空气和水蒸气中长期使用，元件会缓慢老化，二氧化硅含量增多,电阻值增长,发生如下反应:SiC+2O2=SiO2+CO2

SiC+4H2O=SiO2+4H2+CO2

致使元件中SiO2含量逐渐增多，电阻随之缓慢增加，为之老化。如水蒸气过多，会促进SiC氧化，由②式反应产生的H2与空气中的O2结合H2O再反应产生恶性循环。降低元件寿命。氢气能使元件机械强度降低。氮气在1200℃以下能防止SiC氧化。氯气1350℃以上与SiC发生反应，使SiC分解2.硅碳棒的电阻值，随着元件温度的变化而变化，因为元件是一种非线性型电阻体。从室温至850±50℃电阻由大变小,850±50℃以上又由小变大。也就是说:元件的电阻温度系数有负值阶段也有正值阶段。在棒的一端所标电阻是按部颁标准规定在1050±50℃时测定的,便于安装时搭配。3.老化：在高温下，空气中的O2、CO2、H2O使其氧化，生成SiO2薄膜，使其电阻增大，当硅碳棒冷却时，这层薄膜脱落而暴露出新的SiC表面，继续加热时，又继续被氧化，这样经过多次加热，硅碳棒的电阻越来越大，以致最终不能使用(2)硅钼棒（MoSi2）

1．物理性能

室温时，强度高，脆性大，到1350℃时，开始软化。耐热冲击性好2．化学性能

400～800℃时会产生低温氧化。高温下耐氧化，耐高温（1200～1650℃）3.气氛

适用于空气、氮气、惰性气体中，但不适用于还原性气氛中，1350℃时，应尽量避开含硫和氯气氛。在弱氧化气氛中，寿命最长。所配耐火材料为酸性或中性材料(三）碳系电热元件（石墨管、石墨棒、石墨布）

1．一般使用于真空油淬炉（1400℃）、气淬炉（1350℃）、碳管炉中

2．石墨（熔点：3600℃）常用1400—2500℃

3．耐高温，加工性能好，价格低；使用寿命主要决定于其氧化、挥发的速度

4．在保护气氛中（氢气、氮气、二氧化碳、氩气），最高温度可达3000℃

5．石墨的导电性能：随着温度升高而降低

6．耐温度急变性好KSL系列箱式高温炉操作及调控真空管式高温炉1)保持参数M5：定义为输出变化为5％时，控制对象基本稳定后测量值的差值。它主要决定调节算法中积分作用，和PID调节的积分时间类同。M5越小，系统积分效果越强。M5越大，积分效果越弱（积分时间增加）。设置M5=0时，系统取消积分作用及人工智能调节功能。调节部分成为一个比例微分（PD）调节器。2)速率参数P：类似PID调节器的比例带，但变化相反。P值越大，比例﹑微分作用成正比增强，而P值越小，比例﹑微分作用相应减弱。P参数与积分作用无关。智能调节仪性能参数的说明3)滞后时间t：定义为假定没有散热，当其升温速率达到最大值63.5％时所需的时间。t参数对控制的比例﹑积分﹑微分均起影响作用，t越小则比例﹑积分作用均成正比增强，而微分作用相应减弱，但整体反馈作用增强；反之，t越大则比例﹑积分作用相应减弱，而微分作用相应增强，其设置对控制效果影响很大。如果t≤1系统的微分作用被取消。4)控制方式CtrL：(请不要把该参数设置为别的数值，可能会导致该系统无法工作)CtrL=2启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置为3。CtrL=3采用先进的AI智能调节算法，自整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定功能，以防止误操作重复启动自整定。5)最大输出限流OPL：设置了分段限流功能时（200℃以下）的最大输出。6)最大输出限流OPH：没有设置分段限流功能时的最大输出。7)参数锁禁LOC：高温炉的内部功能参数锁，一般无需客户改动。（请不要把该参数设置为别的数值，可能会导致该系统无法工作真空管式高温炉规格型号维护注意事项

1.炉体若采用硅钼棒做加热元件，依据硅钼棒的物理特性，常温下脆性很大，因此在加热元件安装好后不能随意拆装和搬动炉体。不宜在400-700℃温度段长时间运行，否则硅钼棒将发生低温氧化，导致元件损坏2.炉体若采用硅碳棒做加热元件时，长时间运行，阻值会逐渐增大，这种现象叫“老化”。炉子在运行一段时间后，由于硅碳棒的老化现象，会造成炉子的升温速率及理想温度达不到原来的数值。请适当调节OPH值，并观察电流表主电流在合适的大小。个别元件由于某中原因损坏需更换时，要根据当时其它元件阻值的增长情况，选补阻值适宜的元件，不可随意更换新元件。若元件损坏较多或阻值增长过大，无法达到所需炉温时最好全部更换成新元件3.冷炉使用时，由于炉膛是冷的，须大量吸热，所以低温段升温速率不易过快，各温度段的升温速率差别不易太大，设置升温速率时应充分考虑所烧结材料的物理化学性质，以免出现喷料现象，污染炉管热电偶直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成测量精度高，响应快，范围大(－200℃～1300℃，特殊情况下－270℃～2800℃)原理：塞贝克效应(Seebeckeffect），两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端(热端)为工作端，温度较低的一端(冷端)为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。4.在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。与测量仪表连接用专用补偿导线5.由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响7.

标准热电偶:国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，有与其配套的显示仪表可供选用。指定S、B、E、K、R、J、T七种热电偶分度号热电极材料正极负极S铂铑10纯铂R铂铑13纯铂B铂铑30铂铑6K镍铬镍硅T纯铜铜镍J铁铜镍N镍铬硅镍硅E镍铬铜镍8.电极材料要求：测温范围内，热电性质稳定；电阻温度系数小，导电率高，比热小；测温中产生热电势要大，并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系6.热电偶冷端补偿计算方法：从毫伏到温度：测量冷端温度，换算为对应毫伏值，与热电偶的毫伏值相加，换算出温度从温度到毫伏：测量出实际温度与冷端温度，分别换算为毫伏值，相减后得出毫伏值，即得温度双铂铑（铂铑30-铂铑6）热电偶(B)1.该热电偶在室温下热电动势极小（25℃时为-2μV，50℃时为3μV），故在测量时一般不用补偿导线，可以忽略参考端温度变化的影响。它的长期使用温度为1600℃，短期使用温度为1800℃。铂铑6合金的熔点为1820℃，限制其使用温度上限。双铂铑热电偶的电动势率较小，因此，需配备灵敏度较高的显示仪表。2.B型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用，也可以在真空环境下短期使用，即使在还原性气氛下使用，其寿命也是R、S型热电偶的10～20倍。因R及S型热电偶在高温下，将发生铂铑正极向负极扩散的现象，引起热电偶劣化，为了防止上述现象的发生，在铂中添加铑制成铂铑合金，不仅可以改善耐热性能，而且还可以提高合金对铂的热电动势率。当铑含量在20%以下时，铂铑合金对铂的热电动势急增，但超过此值，随铑含量的增加，变化不大，且显著硬化，加工困难。故此类合金中铑含量不能超过40%（重量比）。3.铂铑合金比纯铂的晶粒长度倾向小，而且，随铑含量的增多而减少，并可使热电性能更稳定，机械强度更高。因此，双铂铑热电偶在1800℃的高温测量中得到广泛应用。单铂铑（铂铑10-铂）热电偶(S)该种热电偶的特点是热电性能稳定、抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。长期使用温度为1400℃，超过此温度时，即使在空气中，纯铂丝也将因再结晶致使晶粒粗大。故长期使用温度限定在1400℃以下，短期使用温度为1600℃。在所有的热电偶中，它的准确度等级最高，通常用作标准或作为测量高温的热电偶，它的使用温度范围广、均质性及互换性好。镍