电阻炉的发展概况

电阻炉的发展概况 ...................................................................................................................................................................... 1 1电阻炉简介 ............................................................................................................................................................................... 1 2电阻炉控制方法现状及发展趋势 ........................................................................................................................................... 3

1电阻炉简介

无论电阻炉（resistance furnace）是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、钎焊、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等。

自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。工作温度在650℃以下的为低温炉；650～1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉。在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型。可控气氛炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉。

电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳定性。常用的材料有金属和非金属两大类。金属电热元件材料有镍铬合金、铬铝合金、钨、钼、钽等，一般制成螺旋线、波形线、波形带和波形板。非金属电热元件材料有碳化硅、二硅化钼、石墨和碳等，一般制成棒、管、板、带等形状。

电阻炉与火焰炉相比，具有结构简单、炉温均匀、便于控制、加热质量好、无烟尘、无噪声等优点，但使用费较高。工业电阻炉分为工业电阻炉分二类，周期式作业炉和连续式作业炉。周期式作业炉分为箱式炉、密封箱式炉，井式炉，钟罩炉，台车炉，倾倒式滚筒炉。连续式作业炉分为窑车式炉，推杆式炉，辊底炉，振底炉，转底炉，步进式炉，牵引式炉，连续式滚筒炉，传送带式炉等。其中传送带式炉可分为：有网带式炉、冲压链板式炉。

电阻炉的加热机理：电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。电阻炉和火焰比，热效率高，可达50－80%，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。

电阻炉的功率：电阻炉的功率是根据电阻炉的热平衡原则确定的，通过热平衡计算，可以比较精确地算出电阻炉的功率。电炉所需的功率应包括炉子蓄热，工件加热需要热量、工件保温需要的热量、气氛裂解所需的热量，热损失等。其中炉子蓄热由电炉的规格、构造和主要尺寸、炉衬厚度，材料导热系数决定。一般地说，炉子越大，炉子蓄热越大，反之亦然。工件加热需要热量、工件保温需要的热量由炉子的产量、工件的性质和规格尺寸、工作温度、时间决定。炉子的产量越大，功率越大，反之亦然。气氛裂解所需的热量，由气氛的性质决定。热损失的热量，包括进料口部位、落料口部位的散热和其它部位的辐射损失等。炉子功率计算有利用热平衡原则确下的理论计算法、经验计算法。理论计算法，主要参数是产量、温度、升温时间。经验计算法常用三种：根据炉膛容积和工作温度计算功率或根据炉膛内表面积和工作温度计算功率或根据相同品种的炉子产量的类比推算功率。一般计算功率，经一种方法为主，以另一种或二种方法验算并进行修正。功率确定之后，根据电阻炉的分区情况，进行功率分配，选定加热元件的形式，选用材料，计算其参数，包括冷态电阻、电源电压、线径、长度。具体选材料要考虑材料的抗氧化性、抗高温性、抗渗碳性、加工艺性，表面负荷等。带状加热元件承受的表面负荷比丝状加热元件大

一点，最高可增加50%。

2电阻炉控制方法现状及发展趋势

热处理工艺对热处理温度实时控制的要求使所设计的控制器应具有较强的跟踪伺服信号的能力及良好的稳态性能，平稳的动态性能，同时还应具有一定的鲁棒性。即要求温度控制系统能够满意地跟踪设定的温度曲线。

经典控制中PID控制由于其工作稳定、可靠性高、鲁棒性强、且易于操作，所以在电阻炉温度控制系统中得到了普遍的应用。但是，由于控制系统的复杂性日益提高，工业产品对工艺的要求不断提高，大型台车式电阻炉一般存在加热空间大，炉内温度场分布不均匀、密封性差，系统存在大滞后、强耦合、多变量等特点，这就使常规PID控制难以满足大型电阻炉的控制要求。现代控制理论的发展虽然解决了线性多变量系统的控制问题，但是需要精确的数学模型使其难以满足复杂非线性系统的控制问题。于是，一些新型的智能控制方法随之产生，模糊控制、神经网络、预测控制、鲁棒控制得到了较快的发展和广泛的应用。其中，模糊控制由于采用模糊规则且对非线性系统具有无限逼近性，预测控制由于采用计算机控制易于工业实现且具有鲁棒性，使它们在实际应用中得到广泛的应用。