中温盐浴炉的设计

a

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

中温盐浴炉的设计

学生姓名： 学生学号： 院（系）： 材料工程学院 年级专业： 2010级材料成型及控制工程 指导教师：

助理指导教师：

二〇一四年五月

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

盐浴炉是一种重要的热处理设备。本设计综合插入式和埋入式电极盐浴炉的优缺点，设计中温盐浴炉。该盐浴炉用单相电极。电极被分布在坩埚两侧，电极的长、宽、高为650mm、65mm、113mm。坩埚的长、宽、高分别为650mm、515mm、450mm。盐浴炉的功率为41kw。排气装置采用单侧抽风，排气装置的抽风口的长、宽确定为273mm、91mm。

该盐浴炉结构简单，节电作用比较明显，和炉膛的利用率高。坩埚与炉子砌层间留约20mm的间隙，以便更换坩埚。

关键词 盐浴炉，热处理，坩埚，电极

I

攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACT

ABSTRACT

The salt bath furnace is one of the important equipment for heat treatment. This design integrated into type and buried type electrode salt bath furnace, the advantages and disadvantages of Medium temperature salt bath furnace in the design. The salt bat -h furnace adopts single phase electrode. Electrode is distributed on both sides of cru -cible, and electrode of length, width and height is 650 mm, 65 mm and 113mm. Leng -th, width and height of the crucible is 650 mm, 515 mm and 450 mm. Air exhausting device adopts unilateral convulsions, and the exhaust port of length, width is 273 mm and 91 mm.

The salt bath furnace has simple structure, power saving effect is obvious, and the chamber of a stove or furnace utilization rate is high. Crucible and build by laying bricks or stones left about 20 mm space between the layers, in order to replace the crucible.

Key words Salt bath furnace，heat treatment，crucible， electrode

II

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录

目 录

摘 要 ..............................................................................................................................I ABSTRACT.....................................................................................................................II

1 绪论 ............................................................................................................................. 1

1.1盐浴炉的发展概况 ............................................................................................... 1 1.2盐浴炉分类 .......................................................................................................... 1

1.2.1插入式盐浴炉............................................................................................. 2 1.2.2埋入式盐浴炉............................................................................................. 2 1.3盐浴炉的应用 ...................................................................................................... 3 1.4本课题研究的目的及意义..................................................................................... 3 2 盐浴炉的设计 ............................................................................................................... 4

2.1盐浴炉设计的基本步骤 ........................................................................................ 4 2.2炉型选择 ............................................................................................................. 4 2.3坩埚的尺寸确定 ................................................................................................... 5

2.3.1坩埚尺寸确定的方法 .................................................................................. 5 2.3.2根据生产率要求确定坩埚的尺寸................................................................. 5 2.4炉体结构的设计 ................................................................................................... 8

2.4.1炉体的基本组成 ......................................................................................... 8 2.4.2炉体材料的选择和结构设计........................................................................ 8 2.5盐浴炉功率的确定 ............................................................................................... 9

2.5.1盐浴炉功率的计算方法............................................................................... 9 2.5.2热平衡法计算盐浴炉功率 ........................................................................... 9 2.5.3热效率法计算盐浴炉功率 ......................................................................... 10 2.5.4坩埚容积法计算盐浴炉功率.......................................................................11 2.6电极材料选择和电极设计................................................................................... 12

2.6.1电极材料的确定 ....................................................................................... 12 2.6.2电极的参数确定及功率核算...................................................................... 12 2.7变压器的选择 .................................................................................................... 14 2.8抽风装置设计 .................................................................................................... 14 2.9电极盐浴炉的起动电阻 ...................................................................................... 17 3盐浴炉设计的计算 ....................................................................................................... 19

3.1坩埚尺寸计算 .................................................................................................... 19

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录

3.2盐浴炉功率和电极的计算................................................................................... 19 3.3排气装置的计算 ................................................................................................. 20 3.4启动电阻的计算 ................................................................................................. 20 4盐浴炉的基本结构图 ................................................................................................... 22 结论............................................................................................................................... 24 参考文献........................................................................................................................ 25 致 谢 ............................................................................................................................. 26

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

在工作温度下的熔盐体积：

G 式（2.2） V? r上式中V—工作温度下的熔盐的体积 （L）； r—工作温度下的熔盐的密度（kg/L）。

r见表2.1[8]。

表2.1 常用熔盐的物理性质

物理性质 熔点（℃） 工作温度

固体比热容（千液体比热容（千卡/千克?度）

溶解热（千

卡/千克）

密度kg/m3 卡/千克?度）

碱金属亚硝酸盐+硝酸盐 碱金属硝酸盐

碱金属氯化物+碳酸盐 碱金属氯化物

碱金属+碱土金属氯化物 碱土金属氯化物

145 170 0.32 0.37 30.5

170 1800 0.32 0.36 55

590 1900 0.23 0.34 88

670 1600 0.20 0.26 160

550 2280 0.14 0.18 82.5

960 2970 0.09 0.12 43.5

设炉膛的尺寸为长×宽×高=L×B×H。 熔盐的体积为

V?L?B?(H?C) 式（2.3） 式中 L—为长方形断面坩埚的长度； B—为长方形断面坩埚的宽度；

选择装料方法和确定料筐尺寸应先依工件的形状尺寸和性能要求选择向炉中装料的方法。根据一次装料量和装料方法就可以确定出装料筐(或炉子装料范围)的尺寸(参考图2.2)。通常都考虑装料筐截面为正方形(长方形坩埚)或圆形(圆

6

C—熔盐表面到炉膛口的距离，约为50～100mm。

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

筒形坩埚)。本设计载料筐截面选择为长方形。

图2.2 电极盐浴炉的坩埚尺寸

≈50　50～100≈50H>100bBaL 为了装料方便，避免碰撞坩埚内壁和保证加热均匀，坩埚与装料筐之间应保持一定距离。通常此距离可取50mm左右，即

B=b+2×50mm 式（2.4） 式中b—装料筐(或装料范围)宽度mm。

埋入式电极盐浴炉坩埚长度通常指坩埚横截面电极一边向前到对边的距离。坩埚的长度除了要和宽度一样保证顺利装料外，还要留出安放电极的位置，电极与载料筐之间也要保持一定距离，常常取50mm，因此

L=a+2×50mm 式（2.5） 式中 L—坩埚长度，mm；

a—装料筐长度。mm。

坩埚深度可依下面的公式进行计算：

H?HY?C 式（2.6） 式中 H—坩埚深度(mm)；

7

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

HY—盐浴面以下深度(mm)；

C—浴面至坩埚上口距离，一般C＝50～100mm，有强烈磁流循环时，C＝100～150mm。

上公式中的HY可通过下式进行计算：

式中 VY—熔盐体积（mm）；

Vj—工件和料筐(或夹具)体积(m3)；

VD—电极浸入熔盐部分的体积，对埋入式电极VD=0。 通过以上的方法可以计算出所设计盐浴炉的坩埚的基本尺寸。

HY?VY?Vj?VDBL 式（2.7）

2.4炉体结构的设计 2.4.1炉体的基本组成

电极盐浴炉的炉体基本结构与普通电阻炉特别是立式电阻炉基本上一致，它

们都是有炉架、炉胆、炉壳、保温层和炉盖等部分组成。其区别是在盐浴炉的炉体中另加了盛装盐液的坩埚，或加上电极装置。

2.4.2炉体的材料选择和结构设计

盐浴炉的炉体各个组成部分材料的选择非常重要，直接影响到盐浴炉的性能的好坏。下面来介绍下炉体各部分所需的材料。

炉体的炉架主要由角钢焊接而成，是炉子的骨架。在上面焊接炉壳，并常作为某些附属机械设备、电极和仪表的支架。

炉胆可用6～8mm厚钢板连续焊接而成。对于大型高温盐浴炉炉胆四周，最好再包焊角钢，以免胀裂漏盐。侧埋式盐浴炉的电极从后面引出，炉胆后侧面应开孔。孔的尺寸每边应较电极大10mm，以防电极与炉胆相碰短路。

炉壳由炉架与钢板组成。先根据要求，用角钢焊成炉架。炉架的内侧应为一平面，在炉架的底部及四周焊上钢板即得到炉壳。炉底钢板承受的负荷较大，一般用5～8mm厚的钢板，四周钢板的厚度为3～4 mm。侧埋式盐浴炉的后侧面钢板较厚，并做成可拆式的。为保持炉面整洁，有的盐浴炉用厚度为5～6 mm的钢板作炉面板。并利用螺钉与炉架连接，做成可拆式连接。炉壳底部焊有两段工字钢或槽钢，高度为50～80mm，它起到支承炉体作用和防止炉体直接对地面传热。

炉体的保温层内层为耐火砖，外层为隔热砖。炉壳与隔热砖之间常留有约10～12mm的空隙，填以石棉绒或其他隔热材料，底部填一层厚约3～5mm的石棉板。这样不但有利于隔热保温，也可以对炉体的膨胀起缓冲作用。

8

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

坩埚在用钢板焊接成的炉胆内用耐火材料砌成或用钢和铸铁铸造或焊接而成。埚有金属坩埚和耐火材料坩埚两大类。电极盐浴炉所用的金属坩埚通常是有低碳钢、合金钢或铸铁铸造或焊接而成。铸造坩埚通常成圆筒形，焊接坩埚通常用钢板焊成长方形或正方形。金属坩埚的壁厚应均匀一致，形状应平滑成流线形，不存在尖锐边缘和棱角，焊缝应尽量减少，并采取双面焊接，以保持严密，防止漏盐。由于金属坩埚使用寿命较短，只用于工作温度较低的炉子或采用氰盐、碳酸盐或苛性碱等作加热介质的炉子，因而现在很少使用。

耐火材料坩埚的材料主要有耐火砖和耐火混凝土两种。砖砌坩埚一般采用标准重质耐火粘土砖或重质高铝砖。连续使用的盐浴炉及高温盐浴炉，采用高铝砖砌坩埚，使用寿命较长。在砌筑时必须错开砖缝，同时砖缝要小，一般要求不大于1mm，最好采用专门的耐火泥浆作为粘结剂。目前，大量使用的有磷酸盐耐火混凝土和矾土水泥耐火混凝土两种。两种混凝土相比磷酸盐耐火混凝土具有高强度、高耐火度、良好的高温韧性和热稳定性[9]。因而本设计坩埚的材料选用耐火砖。坩埚的厚度与炉子的工作温度和所用耐火材料的种类有关，具体可参考下表2.2[10]。

表2.2 坩埚的材料选择

工作温度（℃）

耐火层厚度（mm）

耐火混凝土

150～650 650～1000 1000～1350

150～180 160～230 180～250

耐火砖 180～200 180～230 220～270

100～150 120～160 140～200 绝热层厚度（mm）

2.5盐浴炉功率的确定 2.5.1盐浴炉功率的计算方法

盐浴炉功率大小是关系到炉子能否正常工作的一个重要技术指标，但是目前尚无一种简易准确的计算方法来确定电极式盐浴炉的功率。盐浴炉与电阻炉一样，它的功率通常都用经验方法确定。常用的计算方法有以下三种：①热平衡法；②热效率法；③坩埚容积法。

2.5.2热平衡法计算盐浴炉功率

盐液炉所需的总功率为各项热量支出所消耗功率之和。炉子的功率消耗主要包括以下几项：①加热工件热能消耗；②加热工夹具的能量消耗；③炉墙和炉底

9

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

的热损失；④盐液表面的辐射热损失；⑤炉子砌体和熔盐蓄热；⑥其他热损失。其中第⑤项热损失主要影响到炉子的升温时间，通常不计算在内，第②热损失也 常常合并到第一项内一同计算。因而盐浴炉的总功率为，

P?P1?P2?P3?P4 式（2.8）

式中 P—盐浴炉的总功率(kw)；

P1—工件与夹具吸收热量消耗的功率(kw)；

P2—盐浴表面辐射热损失消耗的功率(kw)，此值可从表2.3中先查得单位盐液表面积上损失的功率，然后乘上盐液总表面积而得到；

P3—炉壁和炉底的导热损失的功率(kw)，此值也可从表2.3中先查出单位壁面上的损失功率，然后乘以总壁面面积而求得；

P4—其他热损失所需的功率(kw)，如电极柄、熔盐蒸发等损失的功率，此项功率损失通常估计为前三项之和的10%～20%，即 P4?(P%~20%)。1?P2?P3)?(10 用热平衡方法计算浴炉的功率过于麻烦而且不准确，计算结果与实际出入很大。根据熔盐的容积来估计浴炉的功率还是一种简便可行的方法，在一般情况下还有一定参考价值的[11]。

表2.3 电极盐液的盐液面和炉壁表面的散热损失

炉子工作温度（℃）

散热损失（kw/m2）

盐液表面

595 735 870 1010 1150 1290

30.2 53.8 97.5 163 236 332.5

炉壁表面 1.6 2.04 2.58 3.0 3.65 7.93

2.5.3热效率法计算盐浴炉功率

热效率计算法首先要算出加热工件所需的有效功率P1，然后按下式计算炉子的总功率P。

P?K1K2K3K4? ?P1 (kW) 式（2.9）

式中 K1—辅助操作和修理炉子的热损失系数： t炉<850℃时， K1=1.05～1.15； t炉=850～1000℃时，K1=1.15～1.25；

10

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

K2—加热夹具的热损失系数： 用夹具时:K2=1.15～1.4； 不用夹具时:K2=1；

K3—补充新盐和盐液蒸发的热损失系数： 周期作业时:K3 =1.05； 连续作业时: K3=1.15； K4—转换炉子中的热损失系数： 转换一次时:K4=1.05： 不转换时：K4=1；

?—炉子的热效率，与炉温有关，具体数值见表2.4。

表2.4 炉子的热效率?

炉子温度t炉（℃）

300～600 600～800 800～1000 1000～1300

炉子热效率? 50～65% 45～55% 40～50% 35～45%

这种经验计算法，虽然考虑了各种主要因素，并规定了有关系数的范围，但没有考虑到炉子结构特点对于各种因素的影响。实际上炉子的结构形状特别是坩埚横截面积对炉子热损失的影响是极其大的。例如对于工作温度为850℃的盐浴炉，坩埚截面积每增大0.1m2，炉子功率常需要加大8～9kW。采用这种方法确定炉子功率时，除应根据实际情况适当选取各个系数之值外，必要时并对计算结果适当加以修正，或利用其他方法加以核算。根据与现在标准炉子的数据进行比较，用这种方法确定的炉子功率一般都偏大一些。

2.5.4坩埚容积法计算盐浴炉功率

坩埚容积法比热平衡法计算简便，比热效率法更准确，因而它是一种比较有

效的计算功率方法。这种方法所依据的原理是，盐浴炉坩埚的容积(实际上是熔盐体积)与炉子功率有密切关系。在一定工作温度下，盐浴炉的功率与坩埚的容积保持一定的关系，坩埚容积不同，炉子单位容积所需的功率也随着变化，容积愈大时，单位容积所需功率值愈小。其关系式为：

P?K0V 式（2.10）

式中 P—盐浴炉的总功率(kW)；

V—坩埚的容积（熔盐的体积）（m3）；

11

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

K0—容积功率系数，即单位体积熔盐所需之功率（kW/m3），具体见表2.5[12]。

本设计运用坩埚容积法计算盐浴炉的功率。

表2.5 电极盐浴炉单位体积熔盐所需功率值K0

熔盐体积（dm3）

在以下温度所需的功率（kW/dm3）

150～650

0～10 10～20 20～50 50～100 100～300 300～500 500～1000 1000～2000 2000～3000

0.6～0.8 0.5～0.6 0.35～0.50 0.20～0.35 0.14～0.20 0.10～0.14 0.08～0.10 0.04～0.08 0.02～0.04

650～950 1.0～1.2 0.8～1.0 0.5～0.8 0.35～0.50 0.20～0.35 0.14～0.20 0.1～0.12 0.08～0.10

—

950～1300 1.6～2.0 1.2～1.6 1.0～1.2 0.7～1.0 0.5～0.7 0.4～0.5 0.3～0.4 — —

2.6电极材料选择和电极设计 2.6.1电极材料的确定

作为电极盐浴炉电极的材料必须具有较高的电导率，耐高温氧化，耐熔盐腐蚀，使用寿命长，成本较低。常用的电极材料有低碳钢、不锈钢、耐热钢、石墨等。由于低碳钢价格较低，且性能较好，故实际上大多用低碳钢电极，只是硝盐炉需要耐腐蚀，因而常用不锈钢，高温埋入式电极盐浴炉有时用耐热钢或石墨电极。本设计为了减少成本且不影响性能，故选用低碳钢作为电极材料。

2.6.2电极的参数确定及功率核算

埋入式浴炉结构型式很多，现以单相二极侧埋式浴炉为例，来说明电极尺寸

确定原则及其功率核算。根据生产需要及变压器容量，埋入式浴炉的炉膛尺寸已

12

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

确定为L(长)×B(宽)×H(高)，那么电极的长度(与熔盐接触部分的长度)应选用L，电极间距离为B。电极的高度应尽量和耐火砖某一边具有相同的尺寸，即通常可选用40、65、113、230mm，以便于用标准耐火砖砌筑。

电极尺寸确定后，在一定的温度下，电极间参与导电的熔盐电阻可按下式计算：

N?BR? Lh 式（2.11） 式中 R—电极间参与导电的熔盐电阻(欧)；

N—电阻折合系数，一般取0.71～0.73，由实验确定； ?—在某一温度范围熔盐的电阻率(欧·mm2／米)； B—电极间距离(米)；

L—与熔盐接触部分的电极长度(mm)； h—与熔盐接触部分的电极高度(mm)；

BaCl2和NaCl在不同温度下的电阻率见表2.6，各种比例的BaCl+ NaCl在900℃时的电阻率见表2.7[13]。

表2.6 不同温度下BaCl2和NaCl的电阻率(ρ)

温度（℃） ρ/μΩ?m

NaCl BaCl2

800 3000 —

900 2660 —

1000 — 4870

1100 — 4330

1200 — 3940

1300 — 3650

表2.7 混合盐（BaCl2和NaCl）900℃时的电阻率(ρ)

BaCl2（%） ρ/μΩ?m

0 2660

35.0 3210

52.5 3656

65.4 3860

74.5 4320

88.2 4520

95.0 5150

因此，在不同的电压下(变压器二次电压)，盐浴炉能获得的功率，可按下式计算：

U2U2LhP?? ? B ? 10 3 式（2.12） R N式中 P—在某一电压下盐浴炉能获得的功率（千瓦）； U—电极的端电压，及变压器二次电压（伏）。

当变压器分接开关接在最高档时，浴炉能获得的最大功率为变压器额定容量的1.4～1.6倍，即：P最大=(1.4～1.6)S额定 式中 P最大—盐浴炉能获得的最大功率(千瓦)； S额定—变压器的额定容量(千伏.安)。

因为P最大一般仅在升温或特殊情况才短期使用，盐浴炉变压器每八个小时可超载1.4～1.6倍使用1.5小时。若P最大不符合要求，应调整炉膛尺寸或电极尺寸。电极的厚度应以砌砖和安装方便为原则。当电极尺寸确定后，还应核算：电极横

13

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

截面积电流密度和电极表面电流密度，一般可按下列经验数据来核算： 电圾横截面积电流密度≤100安／厘米2； 电极表面电流密度≤5～40安／厘米2。

2.7变压器的选择

电极浴炉要采用专用的盐浴炉变压器。考虑到工作安全，这种变压器都是输出电压箱别低的降压变压器。输出电压一般在5～30伏范围内。常用的可分为5～20伏和10～25伏两种类型。变压器的输入电压可用380或220伏。 变压器容量应为炉子功率(不是根据电极尺寸所获得的最大功率Pmax)P的1.1～1.2倍，变压器初级电压为380伏，次级电压为5.5～17.5V(插入式)，埋入式电极炉的次级电压为14～35伏，变压器相数应与炉子相数相同。可以依据这些选择变压器。

目前我国各厂生产的盐炉变压器主要是ZUDG(单相)和ZUSG(三相)型的空气变压器。功率由25到150千瓦，输出电压在5.5～17.6范围内，分5～7级控制，输入电压都是380伏，有的工厂自制有35和55危的油浸式变压器，最近某厂还生产了新型的磁性调压式变压器。

盐浴炉变压器均采用无载换档，但是当断电时，会使炉温产生较大的波动，如果不断电换档，会使在分接开关的接触点处产生电弧，烧坏设备。在高速钢刃具热处理用电极式盐浴炉中为了减少炉温波动，维持连续生产，最好采用带负荷连续无级功率调节器，在这方面通常采用磁性调压器和可控硅调压器，它与盐浴炉组成自动控温的闭环控制系统，控温精度高、运行可靠。 下面是介绍一些常用的变压器具体见表2.8[14]。

2.8抽风装置设计

为减少和防止熔盐蒸汽对环境的污染，维护生产人员的身体健康，盐浴炉通常装设排气装置，不仅是盐浴炉、各种浴炉都应装设排气装置。盐浴炉的排气装置一般有两种形式：一是在炉体上部装设排气罩;二是在炉口侧面装设计排气口。最常用的排气装置有上部排气罩及侧面排气罩。具体见图2.3。

目前各电炉厂生产的标准电极盐浴炉的通风罩，其下部成圆柱形或角柱体的垂直部分，高度一般在550～600mm范围内。上部为角锥体形，高度约300～500mm。若采用强力通风时，风量可依出料口处的风速等于0.7～1.5米／秒计算。罩顶排风管直径通常在140～200mm范围内。通风罩与排风管之间应活动联接，以便拆卸修炉。

为了使盐浴炉便于采用吊车进行装料出料，还普遍在电极盐浴炉上采用边缘

14

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

抽风装置。就是在盐浴炉上口边缘安装横向开口的排风罩，排风罩与排风管道相连接，由强抽风机将盐浴蒸汽抽入排风管道内。

表2.8 电极盐浴炉供电变压器

型号

容量（千瓦）

ZUDG—253 ZUSG—353 ZUDG—503 ZUSG—753 ZUSG—1003 ZUSG—60 ZUSG—140 ZUSG—150

150

3

380

5.8～17.4

1650

1485×925×1561

140

3

380

6.5～17.4

1500

1670×958×1427

60

3

380

6.48～17.4

920

1460×850×1220

100

3

380

5.6～17.6

1200

1300×850×1400

75

3

380

5.6～17.6

1060

1300×850×1270

50

1

380

5.4～17.3

500

850×600×1210

35

3

380

6.38～17.27

500

1020×755×1110

25

相数

高压 1

380

低压 6.38～17.6

385

720×710×1250

电压（伏）

总重 （公斤）

外形尺寸 （mm）

边缘抽风罩的设计应根据所需要的排风量进行计算，排气量按下式计算。

01 式（2.13） qV?360SV式中 qV—排气量（m2/h）； S—操作口截面积（m2）；

V1—操作口吸入气体流速（m/s），见表2.9。

表2.9 操作口吸入气体流速 炉子类型 1300℃盐浴炉 650～950℃盐浴炉 小于等于650℃盐浴炉

有害挥发物质 盐蒸汽 盐蒸汽 盐蒸汽

吸入气体流速 1.2 1.0 0.7

排气罩出口直径按下式计算：

15

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

d?式中 d—排气罩出口直径（m）；

qV 式（2.14）

900?V2 V2—排气口气体流速，V2=6～8（m/s）。

w1w2w图2.3 盐浴炉排气装置 （左）上部抽风装置；（右）侧部抽风装置

若采用排气口装置排气时，排气口的宽度等于坩埚上口的宽度，高度为100mm左右，也可按下述公式进行计算。 首先按公式计算排气量：

，?3V3LB（ qVB0.2） 式（2.15） 2L，式中 qV—估算排气量(m3／s)；

V3—盐液面蒸汽流动速度，通常取0.4～0.5m／s； L—坩埚上口的长度(m)； B—坩埚上口的宽度(m)。 排气口的面积为：

16

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

，qV Sk? 式（2.16）

V4式中 Sk—排气口的面积(m2)；

V4—排气口气体流动速度，常在5～15m／s范围内。

排气口通长为长方形，宽长比为1～4。长形排气口可分成几段，小型盐浴炉常采用单侧排气；大型盐浴炉用双侧排气。 本设计采用排气口装置排气，采用单侧抽风。

2.9电极盐浴炉的起动电阻

盐类在固体状态时的电阻很大，所以各种电极盐炉不能利用固体盐进行起动。起动电阻就是一个电阻加热体，所以它的计算方法也是确定加热体的断面尺寸和长度，而后确定螺旋柱体或波纹体的尺寸。起动电阻通常用低碳钢制作。可用圆钢、方钢或扁钢。前两种常绕螺旋体，扁钢常弯曲成波纹体。波纹之间的距离可取25mm左右。起动电阻至电极的安装距离可取30mm左右，但最好有几圈能伸入两电极中间的间隙中。

起动炉子时，不必要把全部盐都加热到炉子工作温度，只要将电极之间的那部分盐加热到盐的熔点以上100～200℃使盐熔化即可。通常可以1／3的盐量计算。

熔化1／3的盐所需的热量可分为三部分：①从常温将盐加热到熔点所需热量Ｑ1；②盐熔化时所吸收的热量Q2；③将盐从熔点加热到高于熔点200℃所需热量Q3。

从常温将盐加热到熔点所需热量Ｑ1：

1 Q1?GC固千卡 式（2.17） （t熔-t0）3式中 G—坩埚装盛盐的总重量，公斤，

C固—固体盐比热，千卡／公斤·度，见表2.1； t熔—盐的熔点，见表2.1； t0—常温，可取20℃。

盐熔化时所吸收的热量Q2：

1 Q2?Gg解千卡 式（2.18）

3式中 g解—盐的熔解热，千卡／公斤，见表2.1。

将盐从熔点加热到高于熔点200所需热量Q3：

1 Q3?GC液?200千卡 式（2.19）

3式中C液一熔盐比热，千卡／公斤·度，其值见表2.1。

17

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计

总能量为：

Q总?Q1?Q2?Q3千卡 =

要求P?1 (Q1?Q2?Q3)千瓦/时。 式（2.20）

860Q总 式（2.21） t式中 t—选定的起动时间。

起动电阻的直径和长度可以如电阻炉加热体的计算方法计算。但实际上都选一定截面积的电阻体，再根据表面负荷计算电阻体的长度l，即

P100P l?（2.22） ?1000毫米?米 式

?d??d?式中d—电阻体直径，mm；

?—电阻体允许表面负荷，当温度为900～1200℃时可以采用?=3～4瓦/厘米2

当温度为650～850℃时，可取4～6瓦／厘米2。要求起动电压V?1000PR，

1式中 R—起动电阻体的电阻值，R??欧姆；

A式中 ?—电阻体电阻系数，对耐热合金可取1.1～1.4欧姆?mm2／米对低碳钢可取 0.11～0.12欧姆·mm2／米。

18

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 盐浴炉设计的计算

3 盐浴炉设计的计算

本设计指导老师给出的初始条件：①加热料筐最大尺寸—550×415×200；②炉子生产率—75kg/h；③最高工作温度—900℃；④盐浴的成分35oCl2+65% NaCl。

3.1坩埚尺寸计算

根据最大料筐的尺寸为550×415×200mm，盐浴炉炉膛长度L=550+2×50=650 mm，炉膛宽度B=415+2×50 = 515mm，炉膛高度H=200+100+50+100=450mm，炉膛内装熔盐的容积为V=6.50×5.15×3.5=117.16升。

3.2盐浴炉功率和电极的计算

根据熔盐重量与炉子的生产率之比，校核炉膛容积是否适当，G=Kd=3×75 =225公斤。

由表2.1查得熔盐在900℃时的密度r=2.28公斤／公升，实际熔盐的体积为

Vt? G225??98.68升。r2.28

且V > Vt。

故炉膛尺寸符合，可以暂时定为650×515×450mm。

根据炉膛尺寸为650×515×450mm；熔盐容积应V=6.50×5.15×3.5=117.16升。 查表2.5得K0=0.35，则 P炉?K0V=0.35×117.16 ≈ 41千瓦。

变压器容量S =1．2P炉?1.2×41 = 49.2千伏安，参考表2.8可知选ZUDG—503型变压器(变压器容量为50千伏安)。

为了便于砌砖，电极高度暂定113mm，电极长度(与熔盐接触部分)为650mm，厚65mm；两电极间距离515mm；变压器次级最大绕组由并联改为串联，使二次最高电压为35伏；由表2.7查得35％BaCl2+30％NaCl的电阻率ρ=3210μΩ?m，N=0.72。则

2 U U 2 Lh 352?113?650P最大????75.6千瓦。33RN?B?10 0.72?3210?0.515?10 瓦

变压器分接开关接在最高档时，浴炉能获得的最大功率与变压器额定容量之比为：P最大：S = 75.6 ：49.2 ≈ 1.54。

变压器分接开关接在最高档时，二次电压为35伏，盐浴炉能获得最大功率

19

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 盐浴炉设计的计算

为75．6千瓦，故最大二次电流为： I2?

电极横截面积电流密度为：

P最大U最大75.6?103??2160安。35I横?I22160??29．4安/厘米2F横11.3?6.5

I横?100安/厘米2。

电极表面积电流密度为：

I表?I22160??2．94安/厘米2F表65?11.3

I表?40安/厘米2。

通过上述计算可知，盐浴炉的电极尺寸，相对位置与炉子所需功率及变压器容量的匹配是适当的，电极横截面积及表面积也符合要求，故确定炉膛尺寸为650×515×450mm，电极高度为113mm，电极长度（与熔盐接触部分）为650mm，变压器容量为50千伏安。

3.3排气装置的计算

排气装置的设计。排气量：

， qV?3V3LB（B0.2） 2L0.5150.2)?3600

2?0.65 =3?0.4?0.65?0.515( ≈800m3/h。

可以取排气量为900m3/h，抽风方式采用单侧抽风，排气口蒸汽流动速度取10m/s，则排气口面积为：

，qV900 Sk?=?0.025m2。

V410?3600 排气口的宽长比为3，设宽度为B排，长度L排则 3B排?B排?0.025，B排? L排=3×91=273mm。

0.025?0.091m?91mm 33.4启动电阻的计算

选用直径15mm的低碳钢条制作起动电阻，预计在2小时内将浴盐的1／3熔化并加热到熔点以上200℃。

由表2.1查得盐的固体比热为0.14，液体比热为0.18千卡／公斤·度，熔解

20

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 致谢

致 谢

本论文在选题和完成过程中得到了孙青竹老师的悉心指导。孙青竹时常询问完成进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨、热忱鼓励。孙老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，虽然仅历时几个月，却给我以终生受益无穷之道。对孙老师的感激之情是无法用言语表达的。

感谢在这四年里给予我知识和帮助的恩师们，感谢你们对我的培养，是你们帮我树立了正确的人生观，并帮我精彩地渡过了人生中这重要的四年。你们不仅教会我知识还教会了我如何做人。

在这里我还要感谢我的父母，你们生我、养我、育我，在这几十年里不辞辛劳的培养我。感谢我的大姐，是你在我失去希望的时候给予我前进的动力。在我最需要帮助的时候，你们给了我希望。我还要感谢我的室友，感谢你们在这四年里日日夜夜陪伴在我身边，陪我度过了这快乐的四年。

我真诚的感谢你们！

26

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kd4g.html