电阻炉是铸造、热处理车间最基础的设备之一, 其优点是热效率高, 炉温易控制, 对环境无污染, 劳动条件好。
炉体拱顶和供电系统是电阻炉设计中的两个关键部分。炉子的结构设计和施工, 必须由有一定专业技术知识的人员和专门施工人员来完成。
本文就自行设计重建的75kw箱式电阻炉砌体拱顶及供电系统的设计经验进行介绍。
1 砌体拱顶的设计
就中温炉而言, 砌体拱顶设计合理, 使用寿命可达5万小时。一般拱顶破坏的形式有:纵横向裂缝, 拱顶下沉或掉砖, 拱顶端头与后墙脱开等。出现这些问题的主要原因是由于设计不当以及选择的砖型材料及砌体的膨胀间隙不合理。
在设计拱顶前, 首先要按生产量确定炉子的几何尺寸。一般按炉膛面积a确定, a=g/kpt:g为一次装炉重量 (包括工装) , p为炉子生产率, t为加热时间, k为炉底面积利用率。
炉底长度与炉底宽度之比为2∶1, 炉膛高度为炉底宽度的0.5～0.8倍。炉底面积经计算为1.91m2, 炉膛的有效体积v为1.03m3。拱顶长度为炉膛长加上后墙的厚度, 为2.088m。采用错砌拱顶, 拱顶厚度为230mm。拱顶平面示意图见下图。
求得中间环拱圈数n1=15环;拱顶每环砖数n2=21.72块, 取为n=22块;求得总楔度α=240mm。选用t19砖20块, 其楔度为200mm, t20砖2块, 其楔度为40mm。纵向一共22条、15个中间环, 在22条中有2条 (编号7、17) 为调缝砖, 其中间环为t20砖15块, 两端齐缝环为t30砖4块。其余20条中9条 (编号1、3、5、9、11、13、15、19、21) 中间环为t19砖15块、两端齐缝环为t29砖各一块;其它11条的中间环为t19砖15砖, 两端齐缝环为t19砖各一块半。
根据各种砖型的尺寸, 经校核, 各条砖型组成的拱顶长度一致, 所以经过校核, 拱顶“周向”上下弧线与砌体实体吻合, 其误差小于20mm, 完全可以用砖缝大小调节过来。
关于拱顶以下的用砖, 因台车式及固定式炉底用砖不同, 不再介绍。
2 关于膨胀间隙的探讨
凡是受热膨胀的砌体, 原则上均应留出膨胀缝。拱顶在工作时受热膨胀, 拱顶鼓起;工作完冷却时, 拱顶下沉。这个变化幅度不能太大, 否则砖缝中的耐火泥因不能同步膨胀和收缩, 受剪应力切搓作用慢慢变成粉沫, 以至发展到砌体松动。若拱角砖稍有周向位移, 拱顶就有倒塌的危险。另外, 在拱顶的长度方向是属于受阻膨胀, 若不留间隙, 会使拱顶砖沿纵向凸起或开裂。权衡周向与纵向对拱顶寿命的影响, 周向膨胀的危害性远大于纵向。经计算, 长度方向的膨胀量为11.5mm, 周向膨胀量为7.3mm。因周向膨胀使径向向外伸长量为7mm。若拱角不动, 就会引起拱顶向上面凸起, 这个凸起量不允许太大, 否则砖缝会开裂。控制的方法可采用半受阻状态, 即在拱角砖四边设有4个死点, 砖与炉壳紧砌。而在2088mm长度的其它地方, 砌体与炉壳之间夹一层15～20mm厚的硅酸纤维板, 这样既能使拱角局部微量膨胀, 又不能全线外移。
纵向膨胀间隙留10mm, 位置在后墙上端、拱顶末端的齐缝环中, 成弓字形沿弧周一条, 这样确保炉子的保温性。整个炉子后墙 (包括两侧拱角、后墙) 与炉壳中间夹一层15mm硅酸纤维板。
3 供电系统的设计
炉膛体积v=1.03m3, 按公式求得安装功率n为75kw, 采用星形接法, 两侧、炉底各一组。相功率为25kw, 相电压为220v, 相电阻为1.94ψ。选用电阻丝材料是cr20ni80, 在炉温为920℃时, 丝温为1000℃。电阻系数为1.141, 设允许表面功率为2w/cm2;电阻元件直径6mm, 电阻丝长计算为55m, 取为68m, 电阻元件实际表面功率计算为1.9, 小于允许功率2, 安全。
螺旋直径56mm, 每圈螺旋线长度176mm, 电阻元件圈数为386圈。炉膛有效长1.8m, 电阻丝放在每层长1.5m的格砖上, 共6层, 距炉口400mm, 一般炉壁表面热负荷提高25%, 在此段安放120圈。其余1.1m段安放266圈。400mm段螺距20mm, 1.1m段螺距24mm。
炉底板采用cr23ni18耐热钢板, 所以炉底电阻元件表面功率降低20%, 为1.6。电阻丝直径7mm, 长度66m, 取72m。电阻元件实体表面功率为1.5, 安全。
螺旋直径56mm, 每圈螺旋长176mm, 圈数409圈, 螺距22mm。
4 效益
自行修建75kw箱式电炉, 其费用仅是外购价格的1/2。炉子砌体经过7年的生产完整无损, 拱顶砖平整如新。炉子热效率70%以上, 前后炉温差小于5℃;炉子保温性好, 省电, 炉体所有外表面温度低于国家标准规定。电路系统从未发生熔断等故障, 确保了安全生产。
