无机非金属材料课程设计-电阻炉设计.pdfVIP

箱式电阻炉设计说明书

1、设计任务

设计一箱式电阻炉，要求如下：

1）额定温度为1300℃；

2）升温速率为20℃/分钟；

3）炉膛有效尺寸长×宽×高不超过500×300×300。.

2、设计说明

2.1电炉电热材料的选择

本次设计要求的额定温度为1300℃，由于一般电热体的温度要比炉膛的温

度高50—100℃，因此所选用的电热材料的使用温度应至少为1350℃以上。满足

这一基本要求的常用电热体有钼棒、钨棒、铁铬铝合金、硅碳棒、硅钼棒、石墨

和碳棒。

钼棒硬而坚韧具有优异的力学性能，而且其熔点高且在高温下具有较大的持

久强度，其在真空炉中使用温度高达1650℃，钼还对无机酸具有突出的耐腐蚀

性能；但钼是一种易氧化的金属，在空气中300℃时钼便会被氧化为三氧化钼，

600℃时则会形成黑色的氧化层。由于本次设计的是一个空气电阻炉，因此钼并

不很符合本次设计对电热体的要求。

钨棒的熔点较钼来讲更高，在真空炉中的使用温度高达2000—2500℃，而

且相较于钼也更为廉价；但钨棒在空气中高温下化学性质也不稳定，会与氧气发

生剧烈反应生成三氧化钨，同时高温下钨还会与耐火材料发生反应。因此钨棒也

不适用与本次设计。

铁铬铝合金被加热后其表面生成一层氧化铝起到了保护作用，其在空气中的

使用温度为1300—1400℃，且具有电阻系数大，电阻温度系数小，表面容许负

荷高，比密度小，高率稳定，价格低廉等诸多优点；但其强度不高，使用寿命相

对较短，且过烧后不可回收。总体来讲铁铬铝合金基本满足本次设计的要求，是

备选的电热体之一。

硅碳棒在空气中的使用温度为1350—1450℃，其能承受较高的加热温度且

对化学试剂稳定性强，各种酸蒸汽对硅碳棒均不起化学作用，此外硅碳棒的使用

寿命也较长间断使用时间可达1000h，其价格也比较低廉；但其易于和一些金属

氧化物反应对其结构产生破坏作用。硅碳棒的综合性能优异且满足本次实际要求

也是备选的电热体材料之一。

硅钼棒在空气中连续使用温度为1650℃，其电阻恒定，抗热冲击性能强且

抗拉和抗弯强度较好，使用寿命较其它非贵重金属材料制成的发热体长；但其冲

击强度低，长期在400—700℃温度范围内使用时会发生低温氧化而被破坏，而

且其价格较为昂贵。总体来讲硅钼棒也能满足本次设计对电热体材料的要求。

石墨和碳在真空和有保护气氛的情况下使用温度均较高，都达到了2000℃

以上；但其在空气中均易被氧化，因此两种材料均不符合本次设计的要求。

综上所述，能满足本次设计要求的常用电热体只有铁铬铝合金、硅碳棒和硅

钼棒。其中铁铬铝合金使用温度相对较低，表面负荷功率较小，且脆性大，在

1/13

1300℃下极易因烧损而被破坏，因此也基本可以排除以铁格律合金为电热体的选

择。因此最终选用的电热材料应从硅碳棒和硅钼棒中选择。

考虑到经济因素和实际设计要求，硅钼棒的价格较为昂贵且其实际使用温度

远大于所需温度，在本次采用硅钼棒既不经济也是对其高温性能的一种浪费。因

此最终选择的电热体材料为硅碳棒。

2.2炉膛材料的选择

2.2.1耐火材料的选择

耐火材料可分为普通耐火材料、轻质耐火材料和特种耐火材料。

普通耐火材料的使用温度普遍较高，能较好的满足本次对最高温度的要求；

但这种材料的密度相对较大，使用中蓄热量较大，同时本次设计要求的升温速率

又很大。因此采用普通耐火材料所需的功率较高，而电炉的尺寸有一定限制过大

的功率可能引起电热体排布不下的情况产生。资料显示设计使用温度大于

1200℃的电炉若采用普通耐火材料时为减少蓄热一般需要采用三层材料。因此采

用普通耐火材料设计的电炉结构复杂蓄热大，，所需功率高并不能很好的满足本

次设计要求。

特种耐火材料一般价格昂贵而且都有其专门的用途本次设计的为一，个普通

的电阻炉，并不适合采用特种耐火材料。

轻质耐火材料密度小、蓄热量较小，因此升温时所需的最大功率较小；若采

用传统轻质耐火材料，一般仍需双层结构以减小蓄热。能满足本次设计基本要求

的传统轻质耐火材料有轻质粘土砖、轻质硅砖、轻质高铝砖。耐火纤维材料是一

种新型的轻质耐火隔热材料其密度极小、耐火度高、蓄热量小，且可同时充当耐

火和保温材料。因此使用该种材料所制造的电炉只需单层材料，但这种材料的价