井式電阻爐的節(jié)能設計要點分析

　　摘要：現(xiàn)階段，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，井式電阻爐得到了廣泛的應用，因此，文章重點分析了井式電阻爐結(jié)構(gòu)、爐內(nèi)內(nèi)襯、熱循環(huán)系統(tǒng)等設計要點，以此來提高井式電阻爐在運行中的節(jié)能效果，使企業(yè)實現(xiàn)更好的經(jīng)濟效益。

　　關鍵詞：井式電阻爐;節(jié)能;設計;要點

　　1.爐體結(jié)構(gòu)和爐膛形式

　　通常，使用圓爐對方爐進行替換，與方形爐相比，相同容量的圓形爐可將爐體表面積降低18%左右，并相應減少爐體表面積的熱量損失。在設計圓形爐時，爐內(nèi)壁中會均勻分布著電熱元件，待加工的工件置于中心，循環(huán)風扇置于中間，熱量會在工件周圍一直循環(huán)。為使工件與熱量之間的對流交換熱效率得到提高，可以改變這種設計結(jié)構(gòu)，將爐內(nèi)結(jié)構(gòu)改進成馬弗膛結(jié)構(gòu)，這樣可以使爐內(nèi)熱循環(huán)速度加快，從而使工件的熱交換面積得到增加，最終達到提高溫度傳熱效率的目的。

　　能源論文范文：工程機械自動化中節(jié)能設計理念的應用

　　在設計此結(jié)構(gòu)時，當具備較高熱量的循環(huán)介質(zhì)通過工件時，熱量會瞬間被工件吸收，此時，低熱量介質(zhì)通過馬弗膛結(jié)構(gòu)慢慢循環(huán)至電熱元件的側(cè)面。由電熱元件產(chǎn)生的高熱和低熱介質(zhì)開始慢慢傳遞熱量，介質(zhì)開始升溫，升溫的介質(zhì)在循環(huán)風扇的推動下，慢慢循環(huán)至工件的側(cè)面，工件再次吸收熱量，這樣的循環(huán)工作，可以使對流傳熱速度加快，將加工的工件溫度均勻迅速加熱至設定溫度。

　　2.爐內(nèi)耐火材料設計

　　耐火磚和不定形耐火澆注料具有較高的導熱系數(shù)。因材料自身的特性，在施工過程中必須由專業(yè)施工人員完成砌筑工作，并由專業(yè)管理人員完成管理，導致會花費大量成本費用。在設計和生產(chǎn)中，應按照井式電阻爐的不同工作溫度，來合理選擇材料，通常，礦棉和硅酸鋁纖維產(chǎn)品被廣泛應用，因為它們具備輕盈、耐高溫、低導熱率等優(yōu)點。

　　硅酸鋁產(chǎn)品主要的成分是氧化鋁，也是陶瓷的主要成分，也被常叫做陶瓷纖維。如果將氧化鋯或氧化鉻添加至陶瓷纖維中，可以提升陶瓷纖維的性能。國外在設計電阻爐內(nèi)襯時，普遍使用的是一種復合材料，這種材料由陶瓷纖維和礦物巖棉組成，使用這種材料的好處是可以使爐體重量得到減輕，并降低勞動力，同時還可以使保溫能力得到提升，將熱量損失降至最低�，F(xiàn)階段，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)出一種納米微孔絕熱材料，這種材料中含有無機納米級耐火粉，從而形成納米級微小氣孔，具備低導熱系數(shù)的特點，此材料間的接觸非常小，而且接觸形式為點接觸，具備較大的熱阻，從而使材料傳導效應變小。在對流傳熱過程中，納米顆粒之間會形成較大數(shù)量的納米級孔，納米孔的平均尺寸為20nm，平均在常溫下靜止空氣分子的熱運動自由程是50nm左右，從而將空氣分子在納米孔內(nèi)鎖定，使靜止空氣分子間的對流傳熱能力基本喪失，進一步降低對流傳熱變。

　　在高溫輻射傳熱過程中，需要將特殊的紅外添加劑添加至納米多孔隔熱材料中，以在高溫狀態(tài)下達到阻止和反射紅外線的作用，從而降低輻射傳熱效果。通過比較可以看出，納米隔熱材料的導熱系數(shù)和隔熱性能非常低，其性能遠優(yōu)于陶瓷纖維棉、巖棉等傳統(tǒng)材料，并且在高溫作用下，還具備收縮率小、不易燃、小蓄熱量、抗熱震、環(huán)保等優(yōu)點，是當前最好的隔熱材料。另外，納米絕熱材料制成的爐體，還具備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面小、保溫隔熱效果突出、節(jié)能效果佳的優(yōu)點。

　　3.爐內(nèi)電熱元件選擇

　　3.1鐵鉻鋁電熱合金的優(yōu)點

　　(1)鐵鉻鋁電熱合金可以在更高的空氣溫度下使用，其中HRE合金的最高工作溫度可達到1400℃;鎳鉻電熱合金中Cr20Ni80成分的合金最高工作溫度可達1200℃。(2)在大氣中相同的高使用溫度下，鐵鉻鋁電熱合金的壽命是鎳鉻元素的3到4倍。(3)表面高負荷，因為鐵鉻鋁合金可以適用于高溫作用下，因此部件表面也具備較高的負荷，這不僅可以快速提高爐溫，還可以減少合金材料使用量。(4)良好的抗氧化性能，在使用過程中，鐵鉻鋁合金會在表面產(chǎn)生Al2O3氧化膜，氧化膜具有致密的結(jié)構(gòu)，和基體合金具備較好的粘附性。另外，Al2O3具備較高的電阻率和熔點，因此使Al2O3的抗氧化能力較強，同時，其耐滲碳性也優(yōu)于鎳鉻合金表面生成的Cr2O3。

　　(5)鐵鉻鋁合金的比重小于鎳鉻合金，當制造一樣的電熱元件時，使用鐵鉻鋁的材料要少于鎳鉻材料。(6)高電阻率，鐵鉻鋁合金比鎳鉻合金具有更高的電阻率，在元件設計時可以使用規(guī)格較大合金材料，這樣可以提高電熱元件的使用年限。當使用相同規(guī)格材料時，電阻率越高使用的材料越少，電熱元件在爐中的位置占用就越小。(7)良好的抗硫性。當設備在處理含硫工件時，鐵鉻鋁的耐腐蝕性較好，而鎳鉻的耐腐蝕性則較差，如果用這種材質(zhì)的設備處理含硫工件，則會導致設備發(fā)生嚴重腐蝕。

　　3.2鎳鉻電熱合金的優(yōu)點

　　(1)鎳鉻電熱合金含有鎳成分，在高溫作用下其強度高于鐵鉻鋁電熱合金，并且在高溫下不易變形，在選擇布局電熱元件的余地較大。(2)長時間使用塑性良好，長時間使用冷卻后鎳鉻合金不會變脆，具備可靠性好、維修方面的優(yōu)點;(3)高發(fā)射率，與鐵鉻鋁合金相比，完全氧化的鎳鉻合金具有更高的發(fā)射率。因此，當表面負荷一樣時，鎳鉻合金元件的溫度略低于鐵鉻鋁的溫度。(4)無磁性，鎳鉻合金本身是非磁性的(Cr15Ni60僅在低溫下具有較弱的磁性)，這更適用于某些在低溫下使用的器具。而鐵鉻鋁合金只有在600°C以上才是非磁性的。

　　通過以上比較，兩種電熱合金材料各有優(yōu)缺點，因此，產(chǎn)品選擇使用時，可以根據(jù)不同的使用條件對它們進行個性化設置。當選擇電熱合金材料的成分時，除了主要成分外，還可以適量添加其他成分來對合金材料的性能進行改善，使其能夠滿足使用條件。例如，可以將適量的硅添加至鎳鉻合金中，可以使合金的抗熱震能力得到提高。添加適量Zr、Ce等成分元素可以使合金的最高允許溫度得到提升。將適量Co，Nb等添加至鐵鉻鋁合金中，可以使其高溫強度得到增強，并提高使用年限。因此，在實際設計時，可以根據(jù)實際情況，在材料中添加需要的成分，來提高電熱合金材料的性能。

　　4.爐門密封結(jié)構(gòu)

　　為了增加電阻爐中的對流傳熱，必須安裝一個熱循環(huán)風扇。在高速氣流的作用下，可以提高傳熱速度，使工件加熱時間縮短。將傳統(tǒng)的爐門密封條(普通盤根)用陶瓷纖維盤根代替，陶瓷纖維盤根一般是由質(zhì)量上乘的陶瓷纖維制成，耐磨性和耐高溫性較好。為了使密封效果得到提升，將單密封爐門的設計改為雙密封爐門，通過氣缸壓縮方式來提高爐門軟密封性能，最大限度降低外界空氣流入爐內(nèi)，使爐內(nèi)的熱量損耗降低，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

　　5.溫控儀表選擇

　　目前，人工智能控制的恒溫器已經(jīng)出現(xiàn)，人工智能溫度控制器是通過人工智能溫控器來控制溫度。啟動儀器后，可以根據(jù)被控對象的特性自動找到自整定功能，并以最優(yōu)參數(shù)對其進行控制，全程不需要手動對PID等參數(shù)進行調(diào)整，具備操作簡便、溫控精度高的優(yōu)點，誤差基本在±0.1℃，不存在超欠調(diào)等問題。通過測試對比人工智能溫度控制器與普通儀器發(fā)現(xiàn)：設置比較條件，在高溫爐內(nèi)裝滿加熱材料，工作標準溫度設定為200.0℃，當溫度升高時，人工智能溫度控制器的最大過沖為0.8°C，穩(wěn)定時間約為26分鐘后，溫度穩(wěn)定后精度控制誤差為±0.1°C，控制精度遠高于普通溫度控制器。設備加熱迅速，工件達到預設溫度耗時短，可以大大節(jié)約電能消耗量。人工智能溫度控制器還具備安裝操作方便、簡單，數(shù)據(jù)標準化管理的優(yōu)勢，總體上來說，可以提高生產(chǎn)管理效率和生產(chǎn)效率。

　　結(jié)束語

　　由于井式電阻爐在運行中會消耗較高的能耗，因此，在設計井式電阻爐時，必須通過一系列新方法、技術(shù)來分析和計算電阻爐的各個方面，以優(yōu)化其性能和結(jié)構(gòu)，從而降低井式電阻爐在運行中消耗的能耗，使企業(yè)生產(chǎn)效率得到提升。

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　　作者：楊群1鮑忠凱2

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